一、实验室加速老化试验的必要性
塑料、橡胶、涂料等高分子材料暴露在自然气候条件和光照辐射过程中会出现失光、褪色、泛黄、剥落、开裂、丧失拉伸强度和整层脱落等老化现象，即使是室内光线或者透过窗玻璃的阳光也会对诸如颜料或染料之类的物质造成损害，自然界的阳光和湿气对材料的破坏，每年造成难以估计的经济损失,因此对于户外使用的建筑外用涂料和汽车涂料等，其耐候性已成为重要的检测项目。
国内外现在评价涂料耐候性和耐光性的方法也很多。而普遍采用的有自然老化试验或氙灯老化试验、紫外光老化试验等人工加速气候老化试验的方法。自然老化无疑是最重要最可靠的老化试验方法。其主要原因是自然气候老化实验结果更符合实际。虽然我们可以在任何地方进行自然气候老化试验，但国际上比较认可的试验场地是美国的佛罗里达，因为其阳光充足。但是，由于自然老化周期相对较长，不同年份、季节、地区气候条件的差异性导致了试验结果的不可比性；即使是佛罗里达，气候也不可能年复一年的完全相同，故试验结果的再现性不理想。正是因为试验的可比性和结果的再现性制约着自然老化试验的发展。
人工加速老化试验模拟强化了自然气候中的某些重要因素，如阳光、温度、湿度、降雨等，缩短了老化试验的周期，且由于试验条件的可控性，试验结果再现性强。试验机提供的测试数据在对新材料的选择、对现有材料的改进或评估影响产品耐用性的组成变化等方面有极大的帮助并且可以极好地预测产品将在户外遭遇的变化。人工加速老化作为自然老化的重要补充，广泛运用于高分子材料的研究、开发、检测。
二、试验对比的目的
广东兴发铝业有限公司作为建筑铝型材行业的龙头企业一直以来积极参加相关标准的编制，为了使我们的产品不但能符合标准的要求，更要提高客户对我们的满意度。我们实验室在按现行产品标准检验的同时，也不断开展相关试验，寻求最高效的内部监控手段。建筑铝型材产品标准GB5237.4于2008年正式改版，并于2009年开始全面实施。我们就粉末喷涂耐候性进行了三项人工加速老化试验相关性的研究，其中包括：氙灯老化试验：Q-Sun 1000小时、紫外光老化试验：UVA 3000小时、紫外光老化试验：UVB 300小时。
三、试验方法的介绍
我们一共选取了18个试样进行试验，样品颜色类同，每个试样分别锯三个试板进行三项老化测试。因为标准GB5237.4-2008中已经明确规定了氙灯试验时间为1000小时，因此我们在本实验中不再作多个时间段的检测，只在最终点进行性能评价；紫外灯（UVA-340）老化试验总时间为3000小时，每500小时作一次性能评价；紫外灯（UVB-313）老化试验总时间为300小时, B灯破坏力较强，所以只做300小时的短时间性能测试，每100小时作一次性能评价。性能评价以保光率（%）和试验前后的色差（△E*ab）为主。
1、氙灯老化试验：
试验时间：1000小时
循环周期：光照102min；光照+纯水喷淋18min
实验室温度：38℃±3℃
黑板温度：65℃±2℃
湿度控制：50%
氙弧辐射试验被认为是最能模拟全太阳光谱的试验，因为它能产生紫外光、可见光和红外光。正因为如此，在国内外被认为是最广泛采用的方法。GB/T1865（等同于IS0113411:1994）详细地介绍了这种方法。氙弧灯光源稳定性带来试验系统的复杂性使这种方法有所局限，但能通过提高更换灯管的频度或者可用传感器控制辐照度以减轻灯光老化的影响。尽管存在因灯老化引起的光谱能量分布变化，氙弧灯仍不失作为耐候性和耐日光照射试验的一种可靠的和反映实际的光源。试验在模拟润湿条件时采用水喷淋和温度自动控制系统。水喷淋方法的局限是当温度相对较低的水喷到温度相对较高的试板上时，试板会冷却下来，这会使材料遭破坏的过程减缓。
2、紫外灯（UVA-340）老化试验
试验时间：3000小时
循环周期：光照8小时（60℃）；冷凝4小时（50℃）
紫外光灯照射老化试验利用荧光紫外光灯模拟太阳光对耐久性材料的破坏性作用。这与前面提到的氙弧灯有区别，荧光紫外灯在电学原理上与普通的照明用冷光日光灯相似，但能生成更多的紫外光而非可见光或红外光线。UVA-340型的灯在主要的短波长紫外光光谱范围能很好地模拟太阳光,其光谱能量分布（SPD）与从太阳光谱中360nm处分出的光谱图很近似。
3、紫外灯（UVB-313）老化试验
试验时间：300小时
循环周期：光照8小时（60℃）；冷凝4小时（50℃）
UV-B型灯也是通常使用的加速人工气候老化试验用灯。它比UV-A型灯对材料的破坏速度更快，所以我们只选取了300小时的试验时间。UV-B型灯比360 nm更短的波长能量输出对很多材料会造成偏离实际的试验结果。
使用紫光灯老化试验的一个主要优势在于它能够模拟较为符合实际的室外潮湿环境对材料的破坏作用。材料置于室外时，据统计每天至少有12 h频繁地遭受潮湿作用。因为这种潮湿作用大多表现为凝露的形式，因而在加速人工气候老化试验中采用一个特殊的冷凝原理来模仿室外潮湿。在这样的冷凝循环过程中，要加热试验箱底部的水槽以产生蒸汽。热蒸汽保持试验箱的环境在高温下有100％相对湿度。试验箱设计使试板实际上构成试验箱的侧壁。这样试板的背面暴露在室温的室内空气下。室内空气的冷却作用使被测的试板表面的温度比蒸汽温度降低几度。这几度的温差可使水在冷凝循环过程中连续不断地降到被测试表面。
我们实验室所用的冷凝水是性质稳定的纯水。纯水能提高实验结果的重现性，排除水沉积物污染问题并且简化试验设备安装和操作。
四、试验结果数据分析
1、氙灯1000小时老化试验结果数据整理
图1
图2
2、紫外灯（UVA-340）3000小时老化试验结果数据整理
图3
图4
3、紫外灯（UVB-313）300小时老化试验结果数据整理
图5
图6
五、数据分析总结
由试验结果的数据分布图显示得知氙灯1000小时老化试验保光率在80%-100%之间，色差（△E*ab）在0.10-0.40之间； 3000小时 UVA-340老化试验里面，500小时、1000小时的保光率也能较均匀地分布在80%-100%之间，其中500小时和1000小时的数据分布曲线与氙灯1000小时的相似，再看色差（△E*ab）分布图，只有500小时的色差（△E*ab）在0.20-0.60之间，其余曲线均远远偏离氙灯1000小时的色差范围； 300小时 UVB-313老化试验中只有100小时的保光率和色差曲线在80%-100%和0.10-0.40之间。由此可见紫外灯500小时UBA-340和100小时UVB313的试验结果都接近于氙灯1000小时的试验结果。
六、结语
本文介绍了建筑铝型材行业常用的几种人工加速老化试验，并通过试验数据的对比分析各种老化试验的相关性。GB5237.4-2008规定涂层耐老化试验方法是氙灯加速老化，但在国外氙灯加速老化和紫外光老化试验都是应用广泛的试验方法，这两种方法是基于完全不同的原理，氙灯加速老化试验箱仿制全部的太阳光谱，包括紫外光、可见光和红外光，其目的是模拟太阳光照。紫外光老化试验并不能更好仿效太阳光线，而是模仿太阳光的破坏效果。长期在室外暴露的耐久性材料，受短波紫外光照射引起的老化损害最大。究竟哪种试验方法是最好的呢?没有确切的答案。选择哪种方法取决于要测试的材料，材料的最终应用场合等因素。各项加速老化试验都有其优点和局限性，我们通过试验寻找出它们的相关性，希望能产品种类和产量不断增多的情况下，能随时选择高效的试验，从而提高企业内部监控效率，确保质量关，从而不断提高客户满意度。
