在材料研究、產品開發以及質量控制等眾多領域中，了解材料和產品在實際使用環境中的耐久性和穩定性至關重要。自然環境中的紫外線輻射是導致材料老化、性能下降的主要因素之一。為了在實驗室環境下快速評估材料和產品的耐紫外線性能，箱式紫外線老化箱應運而生。它通過模擬自然環境中的紫外線照射條件，加速材料的老化過程，從而為科研人員和企業提供了一種高效、可靠的測試手段。本文將深入探討箱式紫外線老化箱的技術原理、結構組成、測試流程以及在不同行業中的應用。
技術原理
箱式紫外線老化箱的核心技術原理是模擬自然環境中的紫外線輻射，加速材料的光老化過程。其主要基于以下幾個關鍵機制：
紫外線光源模擬
老化箱內的紫外線光源是模擬自然紫外線輻射的關鍵部件。常見的紫外線光源有熒光紫外燈，如 UVA - 340 和 UVB - 313 等類型。UVA - 340 燈管能夠很好地模擬太陽光中波長在 315 - 400nm 的紫外線部分，這部分紫外線在自然環境中對材料的老化影
響最為顯，主要引發材料的光氧化反應。例如，戶外塑料制品長期暴露在含有該波段紫外線的環境中，會逐漸出現褪色、粉化等現象。UVB - 313 燈管發射的波長范圍在 280 - 315nm，其能量相對較高，能夠更快速地加速材料的老化，常用于對耐候性要求高的產品測試，如高級戶外裝備的材料測試。通過選擇不同類型的燈管以及精確控制燈管的功率和照射時間，老化箱可以模擬出不同強度和光譜分布的紫外線環境，以匹配各種實際使用場景中的光照條件。
溫度與濕度協同作用
除了紫外線輻射，溫度和濕度也是影響材料老化的重要環境因素，并且它們與紫外線存在協同作用。高溫會加速材料分子的熱運動，使光化學反應速率加快。在炎熱的夏季，戶外產品在高溫且強紫外線的雙重作用下，老化速度明顯快于春秋季節。箱式紫外線老化箱配備了精確的加熱和制冷系統，能夠將箱內溫度精準控制在設定范圍內，通常可模擬的溫度范圍為 30℃ - 80℃，以滿足不同測試需求。部分高級老化箱還具備溫度循環功能，能夠模擬晝夜溫差變化，使材料在熱脹冷縮的應力作用下，更真實地展現出老化特性。
濕度同樣不可忽視，水分能夠滲透到材料內部，削弱材料分子間的作用力，與紫外線共同破壞材料的分子結構。老化箱通過冷凝和噴淋兩種方式模擬潮濕環境。冷凝模式下，老化箱內的高溫水蒸氣在樣品表面遇冷凝結成水珠，類似自然界中夜間物體表面形成的露水；噴淋模式則模擬降雨過程，對材料表面進行沖刷，加速材料表面的化學腐蝕和機械損傷。例如，在模擬沿海地區潮濕且強紫外線的環境時，老化箱可通過提高濕度并結合高強度紫外線照射，快速檢測產品在該環境下的耐使用性。
結構組成
箱式紫外線老化箱主要由箱體、紫外線光源系統、溫濕度控制系統、樣品承載系統以及控制系統等部分組成。
箱體
箱體是整個設備的外殼，通常采用優質的金屬材料制作，如冷軋鋼板，并經過防銹處理，以確保設備在長期使用過程中的穩定性和耐用性。箱體內部采用耐腐蝕的材料，如不銹鋼，來制作內膽，防止在高濕度等惡劣環境下箱體被腐蝕。同時，箱體具有良好的隔熱性能，一般采用多層隔熱材料填充，以減少箱內環境與外界環境之間的熱量交換，保證箱內溫度的穩定性。此外，箱體還配備了觀察窗，方便操作人員在測試過程中隨時觀察樣品的狀態，觀察窗通常采用特殊的光學玻璃，既能有效阻擋紫外線泄漏，又能提供清晰的視野。
紫外線光源系統
紫外線光源系統是老化箱的核心部件之一。如前文所述，該系統主要由不同類型的紫外線燈管組成，燈管均勻分布在箱體內部的兩側或頂部，以確保樣品能夠均勻地接受紫外線照射。為了保證紫外線的照射強度和穩定性，老化箱通常配備了鎮流器等電子元件，用于穩定燈管的工作電流和電壓。此外，部分老化箱還具備紫外線強度調節功能，通過調節燈管的功率或使用可調節透光率的濾光片，實現對紫外線強度的精確控制。同時，為了延長燈管的使用壽命和保證測試結果的準確性，老化箱會設置燈管清潔裝置和定期更換燈管的提示功能。溫濕度控制系統
溫濕度控制系統負責精確調節箱內的溫度和濕度環境。溫度控制系統主要由加熱元件、制冷元件（如壓縮機）、溫度傳感器以及溫度控制器等組成。加熱元件通常采用電熱絲等，能夠快速將箱內溫度升高到設定值；制冷元件則在需要降低溫度時啟動，通過壓縮機制冷循環實現降溫。溫度傳感器實時監測箱內溫度，并將信號反饋給溫度控制器，溫度控制器根據設定的溫度值和實際測量值進行比較，自動調節加熱或制冷元件的工作狀態，以保持箱內溫度的穩定。
濕度控制系統一般通過加濕和除濕裝置來實現。加濕裝置常見的有超聲波加濕器或蒸汽加濕器，它們能夠將水分轉化為水蒸氣釋放到箱內，提高箱內濕度。除濕裝置則可采用冷凝除濕或吸附除濕等方式，當箱內濕度過高時，將多余的水分去除。濕度傳感器同樣實時監測箱內濕度，并反饋給濕度控制器，實現對濕度的精確控制。
樣品承載系統
樣品承載系統用于固定和放置待測試的樣品。該系統通常包括樣品架和樣品旋轉裝置。樣品架的設計根據樣品的形狀和大小而定，能夠確保樣品在測試過程中不會晃動或掉落，同時保證樣品各個部位都能充分暴露在紫外線和溫濕度環境中。樣品旋轉裝置則可使樣品在測試過程中勻速旋轉，進一步保證樣品接受紫外線照射和溫濕度影響的均勻性。例如，對于片狀樣品，可采用專門設計的平板樣品架；對于管狀樣品，則有相應的管狀樣品固定裝置。
控制系統
控制系統是整個箱式紫外線老化箱的大腦，負責對各個系統進行集中控制和監測。它通常采用微電腦控制技術，配備了操作簡便的人機界面，如觸摸屏。操作人員可以通過人機界面輕松設置各種測試參數，如紫外線照射強度、溫度、濕度、測試時間以及循環周期等。控制系統能夠實時采集和顯示箱內的各項環境參數，如紫外線強度、溫度、濕度等，并對設備的運行狀態進行監控。一旦出現異常情況，如溫度過高、紫外線強度異常等，控制系統會立即發出警報，并采取相應的保護措施，如停止設備運行，以確保測試過程的安全和可靠性。同時，控制系統還具備數據存儲和記錄功能，能夠將測試過程中的所有數據進行存儲，方便后續的數據分析和報告生成。
測試流程
使用箱式紫外線老化箱進行測試通常遵循以下標準化流程：
測試前準備
在進行測試之前，首先要對待測試樣品進行精心準備。確保樣品表面清潔，無油污、雜質等，因為這些污染物可能會影響紫外線與樣品的相互作用，導致測試結果出現偏差。例如，對于涂料樣品，若表面存在油污，會阻礙紫外線對涂料的充分照射，從而無法準確評估涂料的耐紫外線性能。根據樣品的形狀、大小和特性，選擇合適的樣品承載裝置，并將樣品牢固地固定在裝置上，保證在測試過程中樣品不會發生位移或脫落。
同時，對箱式紫外線老化箱設備進行全面檢查和校準。檢查紫外線光源系統，查看燈管是否有損壞、老化跡象，如有必要及時更換燈管；校準溫濕度傳感器，確保其測量精度符合要求；檢查加熱、制冷、加濕、除濕等裝置能否正常工作；對樣品承載與旋轉裝置進行調試，保證其旋轉順暢；檢查控制系統及監測儀表，確保參數設置準確無誤，數據顯示清晰。此外，還需檢查水箱水位是否充足，排水管路是否通暢等，為測試的順利進行做好充分準備。
參數設置
依據相關測試標準以及樣品的預期使用環境和特性，在老化箱的控制系統中精確設置各項測試參數。光照強度方面，參考產品實際使用場景的紫外線強度數據進行設置。如模擬赤道地區的強紫外線環境，可選用 UVA - 340 燈管并將其強度設置在較高水平；若模擬室內環境，可選擇 UVA - 351 燈管并設置相對較低的強度。溫度設置根據模擬的氣候條件而定，高溫環境一般設置在 50℃ - 80℃，若要模擬夏季高溫，可將溫度設為 60℃。對于需要模擬晝夜溫差的測試，要設置好溫度循環程序，明確高溫和低溫的保持時間以及切換速率。濕度參數同樣依據模擬環境進行調整，高濕度環境（如模擬熱帶潮濕氣候）可將濕度設為 80% RH - 95% RH，低濕度環境（如模擬沙漠氣候）設為 20% RH - 30% RH。測試時間和循環次數根據產品預期使用壽命和測試目的確定，一般測試時間從幾百小時到數千小時不等，循環次數也相應進行設置。例如對于普通戶外塑料制品，可能設置測試時間為 1000 小時，循環次數為 50 次；而對于高級航空材料，測試時間可能長達 5000 小時，循環次數達 200 次。
測試過程
完成參數設置后，將準備好的樣品放入箱式紫外線老化箱內的樣品承載裝置上，關閉箱門。啟動老化箱，此時，紫外線光源系統開始發射特定波長和強度的紫外線，溫濕度控制系統迅速將箱內環境調節至設定的溫度和濕度條件。樣品承載與旋轉裝置按照預設程序勻速旋轉樣品，確保樣品各個部位能夠均勻接受紫外線照射以及承受溫濕度變化的影響。
在測試過程中，操作人員需定期通過觀察窗查看樣品狀態，如是否出現褪色、變色、開裂、粉化、變形等老化現象，并及時做好記錄。同時，密切關注控制系統顯示的溫濕度、紫外線強度等參數，確保這些參數始終在設定范圍內波動。一旦出現參數異常波動或設備故障報警，應立即停止試驗，排查原因并解決問題后，再繼續進行測試。例如，若發現紫外線強度突然下降，可能是燈管老化或電路故障，需及時更換燈管或檢修電路；若溫濕度出現偏差，可能是傳感器故障或制冷、加濕裝置異常，要及時維修或校準相關部件。
測試后處理
測試結束后，待箱內溫度、濕度恢復至常溫常濕狀態，方可打開箱門取出樣品。對取出的樣品進行全面細致的檢查和性能測試。外觀檢查方面，使用色差儀測量樣品老化前后的顏色變化，通過 Lab 值計算出色差值 ΔE。一般來說，ΔE 值越大，顏色變化越顯著。對于戶外塑料制品，若色差值超過 5，可能會影響產品的美觀度和市場接受度。使用光澤度儀檢測樣品表面光澤度變化，以百分比表示光澤度損失率。例如建筑外墻涂料，若光澤度損失超過 30%，表明涂層老化嚴重，裝飾效果大幅下降。對于出現開裂、粉化、變形等缺陷的樣品，詳細記錄缺陷的位置、大小、數量等信息，依據相關標準或經驗判斷缺陷嚴重程度對產品耐使用性的影響。
物理性能測試方面，針對不同材料有不同的測試指標。對于塑料材料，使用萬能材料試驗機測試老化前后的拉伸強度和斷裂伸長率。若老化后拉伸強度下降超過 20%，說明材料力學性能明顯衰退，可能影響產品在實際使用中的承載能力和安全性；斷裂伸長率降低，則表明材料變脆，容易發生斷裂。對于橡膠材料，使用邵氏硬度計測量老化前后的硬度，硬度增加可能導致橡膠失去彈性，影響其密封、減震等功能。此外，還可借助顯微鏡觀察樣品表面微觀結構變化，如是否出現裂紋、孔隙等，進一步分析材料老化的內在原因。將測試數據進行整理分析，與測試前樣品的性能數據進行對比，全面評估產品在紫外線老化環境下的耐使用性能變化情況。
更新時間：2025-08-07 
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