碳弧灯老化：详细标准与技术要求全解析
在材料研究与产品质量把控领域，碳弧灯老化测试作为评估材料耐候性的重要手段，备受关注。随着各行业对材料耐久性要求的提升，明晰其详细标准与技术要求至关重要。
一、碳弧灯老化测试基础认知
碳弧灯老化测试通过模拟自然阳光中的紫外线、可见光及部分红外线辐射，结合温度、湿度、喷淋等环境因素，加速材料在长期光照和复杂气候下的老化进程，从而预测其实际使用寿命与性能变化。该测试主要设备包含碳弧灯光源、温湿度控制系统、喷淋装置、样品支架等。其中，碳弧灯光源又分封闭式与开放式。封闭式碳棒电弧封闭在玻璃球中，光谱能量分布与自然光有较大差异，早期多用于纺织品耐光性测试；开放式则具有不同的光谱特性与适用场景 。
二、核心技术要求
（一）光谱范围
光谱范围直接影响测试效果。一般来说，测试需覆盖 280 - 700nm 波段，此范围含短波紫外线，相比氙灯等光源更为严苛。例如在评估塑料材料因短波紫外线引发的脆化现象时，该光谱范围能有效加速老化过程，凸显材料问题 。
（二）辐照强度
辐照强度是控制老化速率的关键参数。通常要求在 340nm 波长处，辐照强度维持在 0.35W/m² ，且允许 ±5% 的偏差。如在汽车外饰件的碳弧灯老化测试中，精准的辐照强度能模拟其在户外真实环境下受阳光照射的强度，保证测试结果与实际使用情况的相关性 。
（三）温湿度条件
温度：以黑板温度作为关键参考，常控制在 63℃±3℃ 。黑板温度模拟材料表面因吸收光辐射而产生的温度，该温度下材料热降解与光氧化反应协同作用，加速老化。在建筑涂料的碳弧灯老化测试中，稳定的黑板温度可确保测试结果能准确反映涂料在户外高温环境下的耐候性能 。
湿度：相对湿度一般控制在 50%±5%。合适的湿度环境能模拟潮湿气候条件，加速材料的水解、霉变等老化反应。比如在对户外纺织品进行碳弧灯老化测试时，恰当的湿度控制有助于评估其在雨天或高湿度环境下的耐久性 。
（四）喷淋周期
喷淋模拟自然降雨，冲刷材料表面老化产物，加速进一步老化。常见喷淋周期为每 120 分钟光照后，进行 18 分钟喷淋。例如在户外塑料制品的碳弧灯老化测试中，合理的喷淋周期可模拟其在实际使用中经受雨水冲刷的场景，更全面地评估材料性能 。
三、国际国内标准解读
（一）国际标准
ASTM 标准
ASTM G152 - 2022《非金属材料碳弧灯老化测试》：提供了碳弧灯测试详细的设备要求，如对碳弧灯的类型、滤光器规格等作出规定；明确了参数设置，包括辐照强度、温度、湿度等关键数值；还给出数据解读指南，指导如何分析测试结果以评估材料耐候性 。
ASTM D5031 - 2023《封闭式碳弧灯涂料加速老化测试》：针对涂料及相关涂层耐候性测试，规定使用封闭式碳弧灯设备。更新内容涵盖光源类型需符合 G153 规范，黑标温度控制在 63±2.5°C（连续光照阶段），相对湿度 50±10%（非喷淋阶段），详细规定 6 种测试循环，如 Cycle No.1 为 102 分钟纯光照（63°C 黑标温度），随后 18 分钟光照 + 喷淋（38°C），且喷淋水压保持 0.12 - 0.14MPa 。
ISO 标准： **ISO 4892 - 4：2004《塑料实验室光源曝露试验方法》** 与我国 GB/T 16422.4 接轨，规定开放式碳弧灯的辐照强度、温度及湿度条件，适用于塑料材料在开放式碳弧灯下的老化测试条件、参数及评估方法 。
JIS 标准： **JIS D 0205：1987《汽车零部件耐候性测试》** 适用于日本汽车行业，要求样品在阳光型碳弧灯下模拟户外环境，对汽车零部件如车漆、内饰件、密封条、橡胶部件等进行耐候性测试 。
（二）国内标准
GB/T 16422.4 - 2014《塑料人工气候老化试验方法（开放式碳弧灯）》：规定塑料材料在开放式碳弧灯下的老化测试条件、参数及评估方法。碳弧灯光源由上下碳棒间碳弧构成，碳弧光经滤光后辐射到试件表面，随着滤光器使用时间增加，需定时清洗和更换 。
GB/T 14522《机械工业产品用塑料、涂料、橡胶材料人工气候老化试验方法 荧光紫外灯》：虽主要针对荧光紫外灯，但在碳弧灯老化测试方面，与 ASTM G152 等国际标准存在差异。例如 ASTM G152 采用连续辐照模式，辐照度固定 550W/m²；而 GB/T 14522 允许周期循环，包含黑暗阶段，湿度控制范围更宽 。
四、测试流程中的标准遵循
（一）样品准备
依据材料类型与测试标准，选择具有代表性的样品，如塑料、涂料、橡胶、纺织品等，并确保其尺寸、形状符合要求。例如在塑料薄膜碳弧灯老化测试中，需按照 GB/T 16422.3 - 2014 标准，准备合适尺寸的薄膜样品 。
对样品进行预处理，清洗表面杂质、干燥，消除可能影响测试结果的表面污染。如对汽车涂料样品，需严格清洗，保证表面无油污、灰尘等，以免干扰老化测试效果 。
（二）设备校准
每次测试前，全面检查碳弧灯、温湿度控制系统、喷淋系统是否正常运行。例如检查碳弧灯碳棒损耗情况，确保其能正常发光且光谱稳定；校验温湿度传感器准确性，保证测试环境温湿度符合标准要求 。
严格按照测试标准，如 ASTM G152、GB/T 16422.4 等，设定辐照强度、温度、湿度、喷淋周期等参数，确保设备运行状态与标准要求一致 。
（三）测试实施
将样品稳固固定在转盘支架或样品架上，保证样品均匀受光，避免相互遮挡。如在对多个小型塑料样品进行测试时，需合理排列在样品架上，使每个样品都能接收到相同强度的光照 。
启动试验箱，按照预设周期，如光照 + 冷凝循环、光照 + 喷淋循环等运行。实时监控辐照强度、温度、湿度等关键参数，确保在测试过程中参数稳定在标准允许范围内 。
（四）结果评价
外观评价：通过肉眼或显微镜观察样品是否出现开裂、鼓泡、粉化、变色等现象。例如在建筑外墙涂料碳弧灯老化测试后，观察涂层表面是否有裂纹产生，若出现裂纹，则表明涂料耐候性可能存在问题 。
色差测试：使用色差仪测量样品老化前后的 ΔE 值，一般 ΔE＜1.5 视为颜色变化在合格范围内。如汽车内饰纺织品经碳弧灯老化测试后，通过色差仪检测其颜色变化，判断其在光照下的颜色稳定性 。
力学性能测试：测试拉伸强度、断裂伸长率等力学性能指标，计算性能保留率，通常保留率＞80% 判定为合格。在橡胶材料碳弧灯老化测试中，通过对比老化前后拉伸强度，评估橡胶在老化环境下的力学性能保持情况 。
化学结构分析：利用 FTIR（傅里叶变换红外光谱）等技术分析材料氧化程度，如检测羰基含量变化。在塑料材料老化测试中，通过 FTIR 分析老化后塑料分子结构中羰基含量增加情况，判断其氧化降解程度 。
碳弧灯老化测试的标准与技术要求紧密关联，从测试原理、技术参数设定，到遵循国内外标准开展测试流程与结果评价，每个环节都对准确评估材料耐候性至关重要。各行业在应用该测试方法时，需严格按照对应标准与技术要求执行，以获取可靠、可比的测试结果，为材料研发、产品质量提升提供有力支撑 。