阳光碳弧灯老化试验是一种通过模拟自然阳光照射，评估材料耐候性（抗老化性能）的经典测试方法。其核心是利用碳弧灯模拟太阳光的光谱分布，加速材料在光照、温度、湿度等环境因素下的老化过程，从而预测材料在实际使用中的耐久性。以下从原理、设备、应用及注意事项等方面展开说明：
一、基本原理
阳光中的光辐射（尤其是紫外线、可见光和部分红外线）是导致材料老化的主要因素，会引发聚合物降解（如断裂、交联）、颜料褪色、表面粉化等问题。
碳弧灯通过碳电极间的电弧放电产生连续光谱，其光谱分布与太阳光有一定相似性（尤其在紫外-可见光区域），但需通过滤光系统（如石英滤光片、硼硅酸盐滤光片）过滤掉多余的短波紫外线（<290nm，自然阳光中几乎无此部分）和红外辐射，使最终辐照度更接近自然光照条件，从而更真实地模拟户外老化。
二、试验设备：碳弧灯老化试验箱
核心组件包括：
1.
碳弧灯光源：由一对碳电极组成，通电后产生高温电弧（约3000-4000℃），发射广谱光。
2.
滤光系统：关键部件，通过多层滤光片（如内层石英、外层硼硅玻璃）调整光谱，匹配太阳光的有效辐射范围（约290-2500nm）。
3.
样品架：通常为旋转式或多层搁板，确保样品均匀受光。
4.
环境控制系统：
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温度：黑板温度计（BPT）或黑标温度计（BST）监测样品表面温度（通常50-85℃）；
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湿度：可控湿度（0-95% RH），模拟不同气候条件；
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喷水系统（可选）：模拟雨淋或凝露（如周期性喷水）。
三、试验条件与标准
试验参数需根据材料类型和应用场景设定，常见标准包括：
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ASTM G152：《非金属材料暴露于碳弧灯光源的试验方法》（美国材料与试验协会）；
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JIS D0205：日本工业标准（针对汽车部件）；
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GB/T 16422.3：中国标准（等同采用ISO 4892-3，但ISO 4892-3实际针对氙灯，碳弧灯标准需参考具体行业标准）。
典型试验条件示例：
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辐照度：340nm处约0.51W/m²（或总辐照度控制在一定范围）；
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黑板温度：65±3℃；
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相对湿度：50±5%；
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试验周期：500-5000小时（根据材料老化速率调整）。
四、主要应用领域
碳弧灯老化试验广泛用于评估户外暴露材料的耐候性，常见对象包括：
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高分子材料：塑料（如PVC、PE、PP）、橡胶（轮胎、密封件）、涂料（外墙漆、木器漆）、胶粘剂；
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纺织品：户外服装、遮阳布、地毯；
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汽车部件：车漆、内饰（塑料/皮革）、橡胶密封条；
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建筑材料：门窗型材、防水卷材、屋顶材料。
五、评价方法
试验后需通过多维度指标评估材料老化程度，常用方法包括：
1.
外观变化：目视评估褪色、粉化、裂纹、起泡等；通过色差仪测量颜色变化（ΔE*）；用光泽度仪测试表面光泽保留率。
2.
物理性能变化：拉伸强度、断裂伸长率（塑料/橡胶）、硬度（涂料）、撕裂强度（纺织品）等力学性能衰减。
3.
化学结构分析：红外光谱（FTIR）检测分子链断裂或氧化产物；紫外-可见光谱（UV-Vis）分析颜料或添加剂的分解。
六、与其他老化试验方法的对比
方法 | 光谱匹配 | 加速倍数 | 适用场景 | 局限性 |
|---|---|---|---|---|
阳光碳弧灯 | 接近太阳光（紫外-可见） | 中等 | 传统户外材料（如早期涂料、橡胶） | 光谱含过量红外，设备体积大、成本高 |
氙弧灯老化 | 更接近太阳光（全光谱） | 中等偏高 | 广泛应用（当前主流） | 需精确滤光，成本较高 |
紫外荧光灯（UVA/UVB） | 仅紫外部分（无可见光/红外） | 高 | 快速筛选紫外敏感材料（如塑料） | 与自然光照差异大，易过试验 |
七、优缺点总结
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优点：光谱覆盖范围广（含紫外、可见光、红外），更接近自然阳光的综合老化效应；可模拟温湿度协同作用，更贴近户外实际环境。
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缺点：设备复杂、成本高；碳弧灯光谱中仍含少量自然阳光中不存在的短波紫外（需严格滤光）；试验周期较长（通常数天至数月）。
总结
阳光碳弧灯老化试验曾是户外材料耐候性测试的主流方法，尤其适用于需要综合模拟光、热、湿效应的场景。尽管氙弧灯因光谱更接近自然阳光逐渐成为主流，但在部分传统行业（如汽车、涂料）中，碳弧灯试验仍因标准延续性被保留使用。实际选择时需结合材料特性、标准要求和测试目的综合考虑。