碳弧燈老化：詳細標準與技術要求全解析
在材料研究與產品質量把控領域，碳弧燈老化測試作為評估材料耐候性的重要手段，備受關注。隨著各行業對材料耐久性要求的提升，明晰其詳細標準與技術要求至關重要。
一、碳弧燈老化測試基礎認知
碳弧燈老化測試通過模擬自然陽光中的紫外線、可見光及部分紅外線輻射，結合溫度、濕度、噴淋等環境因素，加速材料在長期光照和復雜氣候下的老化進程，從而預測其實際使用壽命與性能變化。該測試主要設備包含碳弧燈光源、溫濕度控制系統、噴淋裝置、樣品支架等。其中，碳弧燈光源又分封閉式與開放式。封閉式碳棒電弧封閉在玻璃球中，光譜能量分布與自然光有較大差異，早期多用于紡織品耐光性測試；開放式則具有不同的光譜特性與適用場景 。
二、核心技術要求
（一）光譜范圍
光譜范圍直接影響測試效果。一般來說，測試需覆蓋 280 - 700nm 波段，此范圍含短波紫外線，相比氙燈等光源更為嚴苛。例如在評估塑料材料因短波紫外線引發的脆化現象時，該光譜范圍能有效加速老化過程，凸顯材料問題 。
（二）輻照強度
輻照強度是控制老化速率的關鍵參數。通常要求在 340nm 波長處，輻照強度維持在 0.35W/m2 ，且允許 ±5% 的偏差。如在汽車外飾件的碳弧燈老化測試中，精準的輻照強度能模擬其在戶外真實環境下受陽光照射的強度，保證測試結果與實際使用情況的相關性 。
（三）溫濕度條件
溫度：以黑板溫度作為關鍵參考，常控制在 63℃±3℃ 。黑板溫度模擬材料表面因吸收光輻射而產生的溫度，該溫度下材料熱降解與光氧化反應協同作用，加速老化。在建筑涂料的碳弧燈老化測試中，穩定的黑板溫度可確保測試結果能準確反映涂料在戶外高溫環境下的耐候性能 。
濕度：相對濕度一般控制在 50%±5%。合適的濕度環境能模擬潮濕氣候條件，加速材料的水解、霉變等老化反應。比如在對戶外紡織品進行碳弧燈老化測試時，恰當的濕度控制有助于評估其在雨天或高濕度環境下的耐久性 。
（四）噴淋周期
噴淋模擬自然降雨，沖刷材料表面老化產物，加速進一步老化。常見噴淋周期為每 120 分鐘光照后，進行 18 分鐘噴淋。例如在戶外塑料制品的碳弧燈老化測試中，合理的噴淋周期可模擬其在實際使用中經受雨水沖刷的場景，更全面地評估材料性能 。
三、國際國內標準解讀
（一）國際標準
ASTM 標準
ASTM G152 - 2022《非金屬材料碳弧燈老化測試》：提供了碳弧燈測試詳細的設備要求，如對碳弧燈的類型、濾光器規格等作出規定；明確了參數設置，包括輻照強度、溫度、濕度等關鍵數值；還給出數據解讀指南，指導如何分析測試結果以評估材料耐候性 。
ASTM D5031 - 2023《封閉式碳弧燈涂料加速老化測試》：針對涂料及相關涂層耐候性測試，規定使用封閉式碳弧燈設備。更新內容涵蓋光源類型需符合 G153 規范，黑標溫度控制在 63±2.5°C（連續光照階段），相對濕度 50±10%（非噴淋階段），詳細規定 6 種測試循環，如 Cycle No.1 為 102 分鐘純光照（63°C 黑標溫度），隨后 18 分鐘光照 + 噴淋（38°C），且噴淋水壓保持 0.12 - 0.14MPa 。
ISO 標準： **ISO 4892 - 4：2004《塑料實驗室光源曝露試驗方法》** 與我國 GB/T 16422.4 接軌，規定開放式碳弧燈的輻照強度、溫度及濕度條件，適用于塑料材料在開放式碳弧燈下的老化測試條件、參數及評估方法 。
JIS 標準： **JIS D 0205：1987《汽車零部件耐候性測試》** 適用于日本汽車行業，要求樣品在陽光型碳弧燈下模擬戶外環境，對汽車零部件如車漆、內飾件、密封條、橡膠部件等進行耐候性測試 。
（二）國內標準
GB/T 16422.4 - 2014《塑料人工氣候老化試驗方法（開放式碳弧燈）》：規定塑料材料在開放式碳弧燈下的老化測試條件、參數及評估方法。碳弧燈光源由上下碳棒間碳弧構成，碳弧光經濾光后輻射到試件表面，隨著濾光器使用時間增加，需定時清洗和更換 。
GB/T 14522《機械工業產品用塑料、涂料、橡膠材料人工氣候老化試驗方法 熒光紫外燈》：雖主要針對熒光紫外燈，但在碳弧燈老化測試方面，與 ASTM G152 等國際標準存在差異。例如 ASTM G152 采用連續輻照模式，輻照度固定 550W/m2；而 GB/T 14522 允許周期循環，包含黑暗階段，濕度控制范圍更寬 。
四、測試流程中的標準遵循
（一）樣品準備
依據材料類型與測試標準，選擇具有代表性的樣品，如塑料、涂料、橡膠、紡織品等，并確保其尺寸、形狀符合要求。例如在塑料薄膜碳弧燈老化測試中，需按照 GB/T 16422.3 - 2014 標準，準備合適尺寸的薄膜樣品 。
對樣品進行預處理，清洗表面雜質、干燥，消除可能影響測試結果的表面污染。如對汽車涂料樣品，需嚴格清洗，保證表面無油污、灰塵等，以免干擾老化測試效果 。
（二）設備校準
每次測試前，全面檢查碳弧燈、溫濕度控制系統、噴淋系統是否正常運行。例如檢查碳弧燈碳棒損耗情況，確保其能正常發光且光譜穩定；校驗溫濕度傳感器準確性，保證測試環境溫濕度符合標準要求 。
嚴格按照測試標準，如 ASTM G152、GB/T 16422.4 等，設定輻照強度、溫度、濕度、噴淋周期等參數，確保設備運行狀態與標準要求一致 。
（三）測試實施
將樣品穩固固定在轉盤支架或樣品架上，保證樣品均勻受光，避免相互遮擋。如在對多個小型塑料樣品進行測試時，需合理排列在樣品架上，使每個樣品都能接收到相同強度的光照 。
啟動試驗箱，按照預設周期，如光照 + 冷凝循環、光照 + 噴淋循環等運行。實時監控輻照強度、溫度、濕度等關鍵參數，確保在測試過程中參數穩定在標準允許范圍內 。
（四）結果評價
外觀評價：通過肉眼或顯微鏡觀察樣品是否出現開裂、鼓泡、粉化、變色等現象。例如在建筑外墻涂料碳弧燈老化測試后，觀察涂層表面是否有裂紋產生，若出現裂紋，則表明涂料耐候性可能存在問題 。
色差測試：使用色差儀測量樣品老化前后的 ΔE 值，一般 ΔE＜1.5 視為顏色變化在合格范圍內。如汽車內飾紡織品經碳弧燈老化測試后，通過色差儀檢測其顏色變化，判斷其在光照下的顏色穩定性 。
力學性能測試：測試拉伸強度、斷裂伸長率等力學性能指標，計算性能保留率，通常保留率＞80% 判定為合格。在橡膠材料碳弧燈老化測試中，通過對比老化前后拉伸強度，評估橡膠在老化環境下的力學性能保持情況 。
化學結構分析：利用 FTIR（傅里葉變換紅外光譜）等技術分析材料氧化程度，如檢測羰基含量變化。在塑料材料老化測試中，通過 FTIR 分析老化后塑料分子結構中羰基含量增加情況，判斷其氧化降解程度 。
碳弧燈老化測試的標準與技術要求緊密關聯，從測試原理、技術參數設定，到遵循國內外標準開展測試流程與結果評價，每個環節都對準確評估材料耐候性至關重要。各行業在應用該測試方法時，需嚴格按照對應標準與技術要求執行，以獲取可靠、可比的測試結果，為材料研發、產品質量提升提供有力支撐 。