上海力汕 XD-150LS 氙灯老化试验箱在材料耐候性评价中的应用

摘要
由阳光、温度和湿度引发的材料老化问题，对产品耐久性构成重大挑战。上海力汕 XD-150LS 氙灯老化试验箱以 “模拟自然 + 加速老化” 为核心原理，搭载可复现太阳光全光谱的氙弧灯（与自然光光谱相似度超 90%），精准还原户外阳光中的紫外线、可见光等破坏性光波。该设备结合控温、喷淋与湿度调节模块，构建 “光照–高温–喷淋–低温凝露” 的交替循环环境，完整模拟导致材料老化的三大核心因素。本文详细阐述了该试验箱的工作机制、技术参数、测试流程及实际应用，证实其可将户外数月至数年的老化过程压缩至数天至数周内完成，为材料研发、质量检测及行业合规性验证提供可靠数据支持。

1. 引言
在涂料、塑料、纺织、汽车制造等行业中，材料的耐候性直接决定产品的使用寿命。传统户外自然老化试验耗时漫长（需数月至数年），且易受不可控因素（如地区气候差异、季节变化）影响，难以满足产品快速研发的需求。氙灯老化试验箱作为人工加速老化测试的核心设备，通过在实验室环境中模拟自然环境因素，有效解决了这一难题。其中，上海力汕 XD-150LS 氙灯老化试验箱凭借其与自然光的高光谱相似度、精准的环境控制能力及对多项国际标准的兼容性，表现尤为突出。本文聚焦该设备的设计原理、技术参数及应用场景，为材料耐候性测试提供参考依据。

2. 上海力汕 XD-150LS 氙灯老化试验箱的核心工作原理
上海力汕 XD-150LS 氙灯老化试验箱（Xenon Lamp Aging Test Chamber）的运行基于两大核心理念：全光谱太阳光模拟与多因素循环老化。

2.1 氙弧灯的全光谱太阳光模拟
该试验箱采用 1.8KW 国产氙弧灯（使用寿命 1200 小时）作为核心光源。与仅能发射部分紫外线的普通荧光灯不同，氙弧灯搭配硼酸玻璃滤光片，可复现自然太阳光的全光谱（波长范围 280~800nm），涵盖紫外线（UV，280~400nm）与可见光（400~800nm）。如表 1 所示，氙灯光谱与自然太阳光的相似度超 90%，确保材料在试验箱内的光致老化机制与户外自然老化保持一致。例如，氙灯光谱中的紫外波段（尤其是 340nm）能有效模拟太阳光中短波紫外线对高分子材料造成的光降解作用，这对评价塑料、涂料的耐候性至关重要。

表 1：氙灯光谱（上海力汕 XD-150LS）与自然太阳光光谱对比

2.2 多因素循环老化环境构建
为全面模拟户外老化条件，试验箱整合了温度、湿度、喷淋三大核心环境控制模块，构建 “光照–高温–喷淋–低温凝露” 的交替循环体系。具体循环逻辑与控制参数如下：
光照阶段：氙灯开启，辐照度可在 0.30~0.57W/m²（340nm 波段）或 0.66~1.22W/m²（420nm 波段）范围内调节，黑板温度（BPT）控制在 45~85℃，模拟材料在阳光下的表面温升过程。
• 高温阶段：维持试验箱温度在室温（RT）~80℃，温度波动≤±0.5℃，加速材料的热氧化反应。
• 喷淋阶段：采用孔径 0.8mm 的喷嘴，以 0.12~0.15Mpa 的压力进行喷淋，喷淋时间（1~9999 分钟）与循环周期（1~240 分钟）可调节，模拟雨水侵蚀作用。
• 低温凝露阶段：将试验箱温度降至 50℃±2℃（关灯状态），湿度维持在 80~95% 相对湿度，模拟夜间材料表面的结露现象，促进涂层与金属材料的电化学腐蚀。

该循环环境完整覆盖了材料老化的三大核心因素（阳光、温度、湿度），并通过强化关键因素强度（如提高紫外线辐照度、扩大温湿度范围），实现老化过程的压缩。例如，汽车涂料在户外 6 个月的老化现象，可在试验箱内 2~3 周内复现。

3. 上海力汕 XD-150LS 氙灯老化试验箱的技术参数
上海力汕 XD-150LS 的性能由严格的技术参数支撑，确保测试的准确性与重复性。表 2 列出了其核心技术规格，并与其他上海力汕型号（XD-010LS/XD-010LF）进行对比，以供参考。
表 2：上海力汕氙灯老化试验箱技术参数表

XD-150LS 的核心优势包括：（1）样品架与灯中心距离可调节，适配不同厚度的样品；（2）风冷设计，相比 XD-010LS/XD-010LF 的水冷方式更易于维护；（3）紧凑的内部尺寸，适合小批量研发测试（如新型涂料配方筛选）。

XD-150LS_AL

4. 上海力汕 XD-150LS 的标准测试流程
为确保测试结果的可靠性，上海力汕 XD-150LS 需严格遵循标准流程，共分为 7 个步骤（见图 1）：
图 1：上海力汕 XD-150LS 测试流程示意图
样品制备 → 2. 设备检查 → 3. 条件设定 → 4. 样品放置 → 5. 试验运行 → 6. 中间 / 最终测试 → 7. 结果评价

4.1 样品制备
按测试标准裁剪样品（如塑料样品尺寸 75×150mm，涂料样品 100×200mm），确保样品具有代表性。
采用上海力汕辅助仪器测量初始性能：
• HSCD-860 便携式分光光度计：测试初始色差（ΔE₀）。
• AGM-500 光泽度仪：测量初始光泽度（60° 光泽值，G₀）。
• PULL-500KG 双柱拉力试验机：测定初始拉伸强度（σ₀）。
将样品放入清洁干燥的容器中包装，避免污染。

4.2 设备检查
• 检查氙灯使用寿命（超过 1200 小时需更换）及滤光片完整性（无裂纹 / 划痕）。
• 验证冷却系统（XD-150LS 为气流冷却）与喷淋系统（喷嘴无堵塞、水箱液位充足、水质电导率 < 5μs/cm）。
• 校准辐照度（使用标准辐照计）与温度传感器（误差≤±2℃）。

4.3 测试条件设定
以汽车内饰件测试（符合 SAE J2412 标准）为例：
• 辐照度：0.55W/m²（340nm 波段）。
• 温度：光照阶段 63℃±3℃，黑暗阶段 50℃±2℃。
• 湿度：光照阶段 50%±5% 相对湿度，黑暗阶段 90%±5% 相对湿度。
• 喷淋周期：喷淋 18 分钟 / 暂停 102 分钟。

4.4 样品放置
• 将样品固定在平板样品架（460×550mm）上，测试面朝向氙灯光源。
• 样品间保持≥10mm 间距，确保光照与温度均匀。
• 用黑板覆盖样品架空区域，避免试验箱内环境波动。

4.5 试验运行
• 关闭试验箱门，启动设备，稳定参数 30 分钟。
• 开启计时器，每 24 小时记录一次辐照度、温度、湿度数据。
• 避免频繁开门；若必须开门，需暂停计时器，待参数稳定后重启。

4.6 中间 / 最终测试
• 测试 250 小时后，取出样品，在标准环境（23℃±2℃，50%±5% 相对湿度）中调节状态 4 小时。
• 采用相同仪器重新测量色差（ΔE）、光泽度（G）及拉伸强度（σ）。

4.7 结果评价
• 外观评价：检查样品是否出现褪色（ΔE>3 为显著褪色）、粉化或开裂现象。
• 性能评价：计算拉伸强度保留率（σ/σ₀×100%）；保留率 < 80% 表明耐候性较差。
• 合规性判断：将结果与标准对比（如 SAE J2412 要求汽车内饰件 ΔE≤5，拉伸强度保留率≥70% 为合格）。

5. 上海力汕 XD-150LS 氙灯老化试验箱的实际应用
由于符合国际标准（如 ISO 4892-2、ASTM G155、SAE J2412）且测试条件灵活，上海力汕 XD-150LS 氙灯老化试验箱（Xenon Lamp Aging Test Chamber）在多个行业中得到广泛应用。

5.1 材料研发
在涂料行业，研发人员利用该试验箱筛选新型抗老化涂料配方。例如，对比两种丙烯酸涂料配方（A 和 B）经过 500 小时测试后的老化性能：
• 配方 A：色差 ΔE=6.2，光泽保留率 = 65%，拉伸强度保留率 = 72%。
• 配方 B：色差 ΔE=3.1，光泽保留率 = 88%，拉伸强度保留率 = 90%。
结果表明配方 B 的抗老化性能更优，因此被选定进行后续研发。

5.2 工业质量检测
对于建筑防水材料（符合 GB/T 16422.2 标准），制造商使用 XD-150LS 进行出厂前测试。试验箱模拟 2000 小时户外老化（相当于户外 5 年），合格产品需满足：
• 无开裂、起泡或剥落现象。
• 吸水率增长≤10%。
• 拉伸强度保留率≥85%。

5.3 汽车行业
针对汽车外饰件（如保险杠，符合 SAE J2527 标准），试验箱模拟高温暴晒（70℃）与雨水喷淋循环。经过 1000 小时测试后，合格保险杠需满足：
• 色差 ΔE≤4。
• 冲击强度保留率≥75%。
• 无变色或变形。

6. 结论
上海力汕 XD-150LS 氙灯老化试验箱以 “模拟自然 + 加速老化” 为核心，有效解决了传统自然老化试验效率低下的问题。其高光谱相似度的氙弧灯与多因素循环控制系统，确保测试结果与真实户外老化具有一致性。在严格的技术参数与标准流程支撑下，该试验箱为涂料、塑料、汽车等领域的材料研发、质量检测及行业合规性验证提供了可靠数据。随着各行业对产品耐久性要求的不断提高，氙灯老化试验箱将在推动高性能、耐候性材料发展中发挥日益重要的作用。