卤素灯老化试验是一种利用卤素灯模拟太阳辐射，评估材料耐候性（抗紫外线、光热老化等性能）的环境试验方法。其核心是通过卤素灯发出的连续光谱（包含紫外、可见光及红外辐射），结合温湿度等环境因素，加速材料的老化过程，从而预测其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
卤素灯属于白炽灯的改进型，通过在灯泡内充入卤素气体（如碘、溴），利用“卤素循环”反应（卤素原子与钨蒸气反应生成卤化钨，卤化钨在高温灯丝上分解为钨和卤素，循环补充灯丝损耗），显著提高灯丝寿命（普通白炽灯寿命约1000小时，卤素灯可达2000-5000小时）和发光效率。
卤素灯的光谱分布以可见光（约400-700nm）和红外（>700nm）为主，紫外部分（200-400nm）相对较弱（约占3%-5%），但仍包含UVA（315-400nm）和部分UVB（280-315nm）波段。通过滤光系统（如石英滤光片）可进一步调整光谱，减少多余短波紫外（如<290nm的自然阳光中不存在的部分），使其更接近太阳光的有效辐射范围（290-2500nm），从而模拟户外光照对材料的老化作用。
二、试验设备：卤素灯老化试验箱
核心组件包括：
1.
卤素灯光源：多组卤素灯（如单端或双端结构）排列，提供广谱光辐射。功率通常为250-1000W/灯，具体取决于试验箱尺寸和辐照度要求。
2.
滤光系统：关键部件，通过石英滤光片或硼硅酸盐玻璃组合，过滤掉过量短波紫外（如<290nm）和部分红外辐射，使最终光谱更接近自然阳光。不同滤光片组合可适配不同标准（如ASTM G154的“窗玻璃滤光”或“无滤光”模式）。
3.
样品架：多为旋转式（转鼓式）或多层水平搁板，确保样品均匀受光，部分设备支持倾斜角度调节（模拟不同纬度的太阳入射角）。
4.
环境控制系统：
•
温度控制：通过黑板温度计（BPT）或黑标温度计（BST）监测样品表面温度（通常40-100℃，具体根据材料和标准设定）；
•
湿度控制：通过加湿/除湿系统调节相对湿度（0-95% RH），模拟高湿或低湿环境；
•
喷水系统（可选）：周期性喷水模拟雨淋或凝露（如12分钟喷水/102分钟干燥循环），测试材料的耐水老化性能。
三、试验条件与标准
试验参数需根据材料类型（塑料、涂料、纺织品等）和应用场景（户外、室内、汽车等）设定，常见标准包括：
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ASTM G154：《非金属材料暴露于荧光和其他紫外光源的标准操作》（卤素灯属于其中“其他光源”的一种，常与氙灯、紫外荧光灯并列）；
•
ISO 4892-2：《塑料 实验室光源暴露试验方法 第2部分：氙弧灯》（虽以氙灯为主，但部分卤素灯试验可参考其框架）；
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GB/T 16422.2：中国标准（等同采用ISO 4892-2，氙灯为主，卤素灯试验需参考行业特定标准）；
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SAE J2527：美国机动车工程师学会标准（针对汽车外饰件的卤素灯/氙灯老化试验）。
典型试验条件示例（以ASTM G154为例）：
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光谱范围：290-2500nm（经滤光后）；
•
辐照度：340nm处0.35-0.55W/m²（或总辐照度控制在1120-1800W/m²）；
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黑板温度：65±3℃（光照阶段），50±3℃（黑暗/喷水阶段）；
•
相对湿度：50±5%（光照阶段），95±5%（喷水阶段）；
•
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
卤素灯老化试验因光谱覆盖可见光和红外，且成本低于氙灯，广泛用于以下材料的耐候性评估：
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高分子材料：塑料（如PE、PP、ABS、PVC）、橡胶（密封件、轮胎）、聚氨酯（泡沫、弹性体）；
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涂料与涂层：外墙涂料、木器漆、防腐涂层（测试耐光褪色、粉化、开裂）；
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纺织品：户外遮阳布、地毯、服装面料（评估褪色、纤维脆化）；
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汽车部件：内饰（塑料面板、皮革）、外饰（车灯外壳、标志）、橡胶密封条；
•
建筑材料：门窗型材、防水卷材、屋顶瓦片（模拟长期光照下的老化）。
五、评价方法
试验后需通过多维度指标量化材料老化程度，常用方法包括：
1.
外观变化：
•
目视评估：褪色、黄变、裂纹、起泡、粉化等；
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仪器测量：色差仪（ΔE*值，反映颜色变化）、光泽度仪（光泽保留率）、雾影仪（表面模糊度）。
2.
物理性能衰减：
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力学性能：拉伸强度、断裂伸长率（塑料/橡胶）、硬度（涂料）、撕裂强度（纺织品）；
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热性能：差示扫描量热法（DSC）分析结晶度变化；
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耐水性：吸水率、膨胀率（针对吸湿性材料）。
3.
化学结构分析：
•
红外光谱（FTIR）：检测分子链断裂（如C-C键、酯键断裂）、氧化产物（羰基、羧基增加）；
•
紫外-可见光谱（UV-Vis）：分析颜料或光稳定剂的分解（如吸收峰位移或强度降低）；
•
凝胶渗透色谱（GPC）：测定高分子链的分子量分布变化（分子量下降提示降解）。
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 |
|---|---|---|---|---|
卤素灯老化 | 可见光/红外接近自然光，紫外较弱（需滤光） | 中等偏低 | 对红外敏感材料（如塑料热老化）、需综合光热效应 | 紫外辐射强度低，不适用于强紫外敏感材料 |
氙弧灯老化 | 全光谱最接近自然光（需精密滤光） | 中等偏高 | 通用型户外材料（当前主流） | 设备成本高，维护复杂 |
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（如塑料褪色） | 与自然光照差异大，易过试验 |
碳弧灯老化 | 紫外-可见光接近，红外过量（需滤光） | 中等 | 传统户外材料（如早期涂料、橡胶） | 光谱含多余短波紫外，设备笨重 |
七、优缺点总结
•
优点：
1.
光谱在可见光和红外区域与自然阳光高度匹配，能更真实模拟光热协同老化（尤其适合对红外敏感的材料）；
2.
设备成本低于氙灯试验箱，维护相对简单（卤素灯寿命较长，更换成本低）；
3.
可灵活调节温湿度和喷水条件，模拟复杂户外环境（如雨淋、高湿）。
•
缺点：
1.
紫外辐射强度较低（仅为自然阳光的10%-20%），对仅因紫外引发老化的材料（如某些塑料）加速效果有限；
2.
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，否则可能导致过试验）；
3.
试验周期较长（通常需数千小时），效率低于紫外荧光灯试验。
总结
卤素灯老化试验是一种兼顾成本与真实性的耐候性测试方法，尤其适用于需要综合模拟光、热、湿效应，且对红外辐射敏感的材料（如塑料、涂料）。尽管氙灯因全光谱匹配更优逐渐成为主流，但卤素灯试验在传统行业（如建筑、汽车内饰）中仍因设备经济性和光谱适应性被广泛应用。实际选择时需结合材料特性（如对紫外/红外的敏感程度）、标准要求和测试目的（如快速筛选或精确模拟）综合决策。