氙燈試驗箱校準結構參數分析

國民經濟高速發展促進了對各種新型材料需求的日益增長，為了科學評價新型材料的耐候性、耐光性，必然通過各種型式的氣候老化試驗(自然大氣曝露和人工條件加速試驗)進行驗證。人工條件加速試驗通常采用人工光源的氣候老化試驗設備來加速老化過程，這些人工光源包括氙弧燈、熒光紫外線燈、碳弧燈和金屬鹵化物燈。

氙弧燈的光譜范圍包括波長大于270nm紫外線、可見光和紅外輻射。氙弧燈輻射經適當濾光后，其光譜能夠使人們了解并確定由氣候因素導致的各種失效機理和發生過程。對這些過程的理解，有助于材料科研人員開發出能遏制這些機理發生的新型配方和工藝，提高產品的環境適應性和使用可靠性。導致材料降解的三大氣候因素為：光(日光輻射)、水(濕度)和溫度。對于曝露在戶外的材料，雖然熱、濕度和機械變形等都會加速材料老化并影響材料的最終性能，但太陽光的輻能量分布與陽光中的紫外、可見射是限制其使用壽命的主要因素。部分最相似。

氙燈試驗箱(Xenonweather-ometer)是采用氙弧燈光源的氣候老化試驗設備，其氙弧燈輻射經過不同的光學過濾器組合過濾，減少了紫外短波輻射、盡可能除去紅外輻射，可以獲得不同光譜能量分布的光，較常用的如模擬戶外類似夏日正午陽光或模擬透過玻璃的陽光，因此氙燈試驗箱的應用更為普遍、越來越得到大家的認可，由于氙燈試驗箱的特殊性，多數用戶的設備校準由原有制造商或代理負責。現探討氙燈試驗箱校準技術及相關問題，以引起同行的關注。

一、氙燈試驗箱的應用與發展狀況

全世界每年因老化而造成的產品損失達數億美元，氣候老化試驗氙燈曝露試驗最初應用于紡織品、塑料行業，現在已越來越廣泛地應用于汽車、涂料、建筑材料等行業。國內的氙燈試驗箱主要依靠進口，較早進入我國市場的制造商主要有美國At1as公司、Q—Pane l公司，國內實驗室購買的氙燈試驗箱多數是這些公司的產品，其中數量較多的典型產品有美國Atlas公司的Ci 3000、Ci4000、Ci5000等，價值40~100萬元。有代表性的是美國ATLAS公司，他們具有世界規模的氣候老化試驗基地，同時也是的氙燈試驗箱制造商。由于氙燈試驗箱的實用性和重要性，各研究機構、試驗基地紛紛投入巨資建立氣候老化試驗室、購買氙燈試驗箱，這也為該行業留下巨大的市場空間，我國的制造商已紛紛研制各種類型的氙燈試驗箱。

二、氙燈試驗箱的主要結構類型

氙燈試驗箱的主要結構類型有旋轉鼓型和平板型兩種。旋轉鼓型的氙燈試驗箱，它使用一個垂直安裝在設備中央的氙燈管作為光源，氙燈管周圍裝有一套光學過濾器，燈管采用水冷卻系統：試驗樣品面向光源安裝在圍繞中心燈管旋轉的樣品架上。它在平板型的氙燈試驗箱，測試室的頂部安裝了一個或多個氣冷氙燈管，平板型的光學過濾器被置于燈管下部，同時在測試室頂部和側部裝有反射系統以增強輻照度的均勻性；試驗樣品被靜態安置在燈管下方的樣品盤上。美國Atlas公司的產品主要是旋轉鼓型，Q—PANEL公司的產品多數屬平板型，這兩種類型的氙燈試驗箱各有優點：旋轉鼓型系統結構較復雜，但樣品架圍繞中心氙燈旋轉，試驗樣品能獲得較均勻的輻照：平板型系統結構較簡單，但樣品盤是固定不動，不同位置的試驗樣品受到輻照有差異。氙燈試驗箱一般由溫度、相對濕度和輻照度控制系統構成，其中輻照度控制系統包括氙燈管、光學過濾器和輻照度測控等組件，其關鍵技術至今還是制約我國氙燈試驗箱技術發展和品質提高的瓶頸。

三、氙燈試驗箱的主要技術參數

氙燈試驗箱的主要技術參數是：黑標準溫度(BST)或黑板溫度(BPT)、箱內溫度(DBT)、濕度(R．H)和輻照，黑標準溫度或黑板溫度為被試驗樣品可能承受的實際溫度，黑標準溫度近似于導熱性差的深色試驗樣品曝露面的溫度，黑板溫度與黑標準溫度的本質區別在于黑板的非絕熱底座：箱內溫度是試驗箱工作空間的溫度，這些溫度參數都反映被試驗樣品所承受的溫度狀態。濕度是試驗箱工作空間的相對濕度，反映被試驗樣品所承受的濕度狀態。對于許多材料而言，濕度的控制是很關鍵的，大多數的氙燈曝露試驗標準都有濕度控制的要求。輻照度是一定光譜范圍或特定波長內單位表面積上所照射的輻照通量，表示為W／m。輻照度時間積分量為輻射曝曬量(單位為J／m)。輻照度用于測量被試驗樣品承受輻照通量，直接反映被試驗樣品承受光曝曬量。Ci 5000氙燈試驗箱的主要技術參數如下：

(1)溫度參數：黑標準溫度：40~120℃，黑板溫度：40—110℃：箱內溫度：室溫~80"C。

(2)濕度：光照段濕度為10％一75％R．H，黑暗段濕度可達100％。

(3)輻照度：根據氙弧燈光學過濾器的組合而定．輻照度：(0．26～1．67)W／m@340nm、(0.7 1～3.1 1)W／m@420nm。5氙燈試驗箱的現有校準方法氙燈試驗箱校準還沒有相應的校準規范及合適的測量儀器，原有制造商或代理分別使用專用的測量儀器和不同的校準方法。校準平板型氙燈試驗箱，使用的測量儀器有CR20輻射計、CH200濕度計和CT202溫度計。校準旋轉鼓型C i 3000、Ci4000、Ci 5000氙燈試驗箱，校準項目包括黑標準溫度、黑板溫度、箱內溫度、箱內濕度和輻照度，其中設備的關鍵部件一標準氙弧燈必須送回原廠ATLAS公司進行校準，測出特定波長340nm或420nm的輻照度實際值。為了便于了解，現將其代理的Ci4000氙燈試驗箱校準方法列在表1。

基于商業利益，原有制造商或代理不透露相應的技術資料，保密其核心技術。選用這些校準方法有兩個必須面對的問題，首先是測量儀器的溯源，黑標準溫度、黑板溫度和標準氙弧燈等標準儀器必須送檢到國外，這也是氙燈試驗箱校準受制于人的主要原因；其次是技術保密，這顯然不利于校準市場的開放與校準技術的發展。http://m.zgshfp.com