天氣多變，眾所周知。歷史上，對(duì)材料的戶外耐候性測(cè)試感興趣的科學(xué)家，遇到的問(wèn)題是，他們的測(cè)試結(jié)果之間存在很大差異。相同的樣品在戶外暴露相同的時(shí)間，性能降解往往顯示很大的差異。產(chǎn)生這種結(jié)果的原因是：天氣如此善變，暴露相同的時(shí)間并不能精確表示測(cè)試樣品受到相同的破壞作用。因?yàn)檎J(rèn)為光照是引起材料耐候老化的主要因素，所以之前對(duì)于因季節(jié)變化、地理位置不同、不同年份氣候差異等引起的測(cè)試結(jié)果之間的差異，采用測(cè)量光照繼而用累積焦耳數(shù)來(lái)計(jì)時(shí)。這種測(cè)量方法被認(rèn)為比測(cè)量時(shí)間更精確。不幸的是，光照不是影響材料發(fā)生老化的因素。

用焦耳數(shù)定義測(cè)試時(shí)間的早期階段，是測(cè)量總的焦耳數(shù)，包括可見(jiàn)光和紅外線(用蘭利表示)。實(shí)驗(yàn)者改用多少蘭利而不是多少個(gè)月來(lái)記錄測(cè)試樣品的暴露時(shí)間。太陽(yáng)光中的能量主要是可見(jiàn)光和紅外線，紫外線僅占總能量的5%。然而，戶外材料的耐候老化主要是紫外光引起的。

早期的研究發(fā)現(xiàn)，樣品暴露相同焦耳或蘭利的能量，引起的老化卻存在差異，最大可達(dá)6比1。因此，用蘭利計(jì)時(shí)的方法引起人們很大的懷疑 。不幸的是，戶外測(cè)試結(jié)果之間存在差異這一問(wèn)題依然存在。

現(xiàn)在認(rèn)為采用紫外焦耳數(shù)來(lái)定義時(shí)間是適當(dāng)?shù)?。事?shí)上，使用總紫外焦耳數(shù) (TUV)比使用蘭利更合理，TUV對(duì)紡織品或其它一些相對(duì)不太耐久的材料的戶外對(duì)比測(cè)試比較有用。

關(guān)于這一概念，有一個(gè)誘人的想法，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，如果暴露測(cè)試能用一個(gè)魔幻數(shù)字(焦耳數(shù))來(lái)表示，那么，在不同時(shí)間和地點(diǎn)的暴露測(cè)試結(jié)果可以很容易進(jìn)行比較。而且，戶外暴露還可以與實(shí)驗(yàn)室加速測(cè)試進(jìn)行比較。不同類型的實(shí)驗(yàn)室光源之間也可以相互比較。考慮到控制實(shí)驗(yàn)室加速試驗(yàn)設(shè)備的紫外輻照度可以提高試驗(yàn)的再現(xiàn)性，那么想當(dāng)然地進(jìn)一步認(rèn)為紫外焦耳數(shù)是表達(dá)測(cè)試強(qiáng)度的參數(shù)。

不幸的是，數(shù)據(jù)表明，用紫外焦耳數(shù)來(lái)定義測(cè)試時(shí)間不能充分描述一個(gè)暴露測(cè)試中引起材料發(fā)生老化的所有破壞因素。暴露相同累積焦耳數(shù)的相同樣品，在老化方面往往顯示很大的差異。這是因?yàn)橛媒苟鷶?shù)來(lái)定義測(cè)試時(shí)間沒(méi)有考慮到以下其它因素的不同對(duì)老化造成的影響：

1. 光譜輻照度的差異

2. 暴露溫度的差異

3. 暴露濕度的差異

將會(huì)證明當(dāng)暴露相同的焦耳數(shù)時(shí)，以上這些因素會(huì)使測(cè)試樣品顯示超過(guò)5比1(500%)的老化性能差異。不管是測(cè)量總紫外焦耳數(shù)還是某一波長(zhǎng)的紫外焦耳數(shù)(如 340nm處的)，前面的情況都是存在的。根據(jù)測(cè)試樣品不同，以上三個(gè)因素中的任一個(gè)實(shí)際上都可能比紫外焦耳數(shù)要重要。

如果研究者根據(jù)累積焦耳數(shù)來(lái)比較測(cè)試結(jié)果將引起非常大的錯(cuò)誤。盡管一開(kāi)始，焦耳數(shù)被作為所謂的科學(xué)觀點(diǎn)而受推崇，但經(jīng)過(guò)對(duì)暴露測(cè)試的進(jìn)一步了解，用焦耳數(shù)來(lái)定義暴露時(shí)間是危險(xiǎn)的、不成熟的。焦耳數(shù)不是表達(dá)測(cè)試樣品老化作用的一個(gè)可靠的參數(shù)。

關(guān)于波長(zhǎng)的焦耳數(shù)錯(cuò)誤

太陽(yáng)光與波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)的光譜持續(xù)發(fā)生變化。不僅是紫外輻照量，太陽(yáng)光的光譜功率分布曲線的形狀也在隨著每天時(shí)間、年份、云層遮擋、空氣污染及緯度的變化而改變。例如，圖1顯示太陽(yáng)入射角的季節(jié)性變化引起波長(zhǎng)漂移?？梢?jiàn)，冬天的光譜功率分布缺少了最短的也是破壞性最強(qiáng)的那段波長(zhǎng)小于310nm的。

圖1-太陽(yáng)光紫外譜線的季節(jié)性波長(zhǎng)漂移，從夏至中午的太陽(yáng)光到冬至中午的太陽(yáng)光。

不同的實(shí)驗(yàn)室暴露設(shè)備之間的光譜功率分布也存在很大差異。熒光紫外試驗(yàn)機(jī)可使用3種類型的燈管，氙燈試驗(yàn)箱可使用不同的過(guò)濾器，碳弧試驗(yàn)箱使用 2 種差別非常大的光源。此外，隨著氙燈燈管的使用時(shí)間，氙燈的光譜功率分布的形狀也會(huì)發(fā)生變化。

如果焦耳數(shù)可以有效定義暴露時(shí)間，它必須能夠體現(xiàn)戶外或?qū)嶒?yàn)室加速測(cè)試中的光譜功率分布的差異。然而，數(shù)據(jù)表明，當(dāng)用焦耳數(shù)定義暴露時(shí)間時(shí)，光譜功率分布的微小變化就會(huì)引起很大的問(wèn)題。

許多研究表明，一般而言，相同能量的短波紫外線比相同能量的長(zhǎng)波紫外線的破壞力要強(qiáng)。例如，如圖 2 所示，聚烯烴暴露在不同波長(zhǎng)的 1MJ/m² 的紫外照射下，在 280nm形成的羰基是在 340nm的 5 到10 倍。類似的研究表明用焦耳數(shù)定義暴露時(shí)間將引起重大錯(cuò)誤，除非相比較的光源的光譜功率分布完全相同。

圖 2聚烯蟒的光譜響應(yīng)。羰基形成(隨光密度變化)與輻照波長(zhǎng)的聯(lián)系,任一波長(zhǎng)的焦耳數(shù)是1MJ/m2。

為了直觀說(shuō)明波長(zhǎng)不同引起的錯(cuò)誤，幾種材料的樣品按照 ASTM G53進(jìn)行暴露測(cè)試，ASTM G53是關(guān)于光照和冷凝暴露設(shè)備(熒光紫外類型)的一個(gè)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)。每次暴露都是使用熒光紫外燈管，選擇圖 3 中兩個(gè)不同波長(zhǎng)光譜中的一個(gè)。G53中規(guī)定的設(shè)備是 Q-Lab公司的 QUV/se型號(hào)。這種設(shè)備安裝有反饋控制系統(tǒng)，可以精確控制紫外光的輻照度，在這次研討會(huì)的另外一篇文章中有介紹。在這些試驗(yàn)中，340nm處輻照度控制在1.35W/m²/nm。熒光紫外設(shè)備為測(cè)試光譜功率分布的作用提供了一個(gè)理想的工具，因?yàn)椴幌衿渌愋偷臒艄埽@種設(shè)備的燈管在其使用壽命之內(nèi)的光譜功率分布的形狀不發(fā)生變化。

圖3－熒光紫外燈管的光譜功率分布

為了排除濕度的影響，暴露過(guò)程中只是連續(xù)紫外光照，沒(méi)有冷凝。為了排除溫度的影響，暴露溫度始終保持在 50°C.

注意到 UVA-340和 UVA-351燈管的光譜功率分布的曲線只偏移了10nm，這是一個(gè)很小的變化，比圖1中夏天和冬天的太陽(yáng)光光譜之間的差別小很多。然而，下面的測(cè)試顯示，相同焦耳數(shù)引起的老化性能的差異可以高達(dá) 2:1。

圖4－波長(zhǎng)對(duì)聚苯乙烯薄片產(chǎn)生黃變老化的影響

圖4顯示，對(duì)透明聚苯乙烯薄片進(jìn)行測(cè)試時(shí),要想對(duì)材料產(chǎn)生預(yù)期的黃變(delta b*)效果,較長(zhǎng)波長(zhǎng)的燈管UVA- 351比UVA-340要多照射大約80%的總紫外焦耳數(shù)。如果研究者依靠焦耳數(shù)來(lái)定義這些測(cè)試，將會(huì)引起很大的錯(cuò)誤。

圖5－用總紫外焦耳數(shù)計(jì)算時(shí)間，研究波長(zhǎng)對(duì)環(huán)氧涂層失光的影響。相同焦耳數(shù)，不同光譜功率分布的燈管引起不同的失光速率

圖5顯示了波長(zhǎng)對(duì)環(huán)氧涂層失光老化的類似影響。在這個(gè)試驗(yàn)中，UVA-351燈管需要大約兩倍于UVA-340燈管的總紫外焦耳數(shù)才能達(dá)到材料預(yù)期的失光效果。

圖6-用340nm 處的紫外焦耳數(shù)計(jì)時(shí)，研究波長(zhǎng)對(duì)環(huán)氧涂層失光的影響。在340nm 測(cè)量紫外焦耳數(shù)并不比測(cè)量總紫外焦耳數(shù)更精確

有時(shí)人們斷言，在 340nm測(cè)量焦耳數(shù)來(lái)定義測(cè)試時(shí)間比用總紫外焦耳數(shù)來(lái)定義時(shí)間更精確。圖6與圖5的數(shù)據(jù)相同，只是使用 340nm處的紫外焦耳數(shù)而不是總紫外焦耳數(shù)來(lái)表示。但這并沒(méi)有提高測(cè)試計(jì)時(shí)的精確性。UVA-351仍需要大約兩倍于UVA-340的焦耳數(shù)才能達(dá)到預(yù)期的失光效果。所得數(shù)據(jù)與圖5 一致。

圖7－波長(zhǎng)對(duì)聚氨酯涂料失光的影響。在相同焦耳數(shù)下，不同光譜功率分布的燈管并不總是引起不同的失光速率

圖7顯示盡管光譜功率分布可能會(huì)產(chǎn)生很大影響，但有時(shí)影響也很小。在這個(gè)測(cè)試中，UVA-340和UVA-351燈管，盡管光譜功率分布不同，但在相同焦耳數(shù)下顯示大致相同的失光效果。

以上數(shù)據(jù)表明，相同焦耳數(shù)下，光譜功率分布的很小變化造成的材料老化的差異會(huì)達(dá)到 2 比 1。換句話說(shuō)，對(duì)于曝曬測(cè)試，如果光譜功率分布不同，用焦耳數(shù)來(lái)定義測(cè)試時(shí)間引起的誤差會(huì)達(dá)到200%以上。不管是用總紫外焦耳數(shù)還是某一波長(zhǎng)(如340nm處)的焦耳數(shù)來(lái)表示，都會(huì)引起以上錯(cuò)誤。

自然太陽(yáng)光紫外光譜的平均變化比以上介紹的兩種紫外燈管之間的變化要大。太陽(yáng)紫外線的光譜功率分布隨著時(shí)間、季節(jié)、云層和污染(如圖1所示)的不同而發(fā)生顯著變化。那么由焦耳數(shù)引起的材料發(fā)生的老化理所當(dāng)然地會(huì)隨著光譜功率分布的不同變化。然而當(dāng)用焦耳數(shù)來(lái)定義戶外曝曬的測(cè)試時(shí)間時(shí)，就胡亂地混淆了夏天和冬天的焦耳數(shù)、上午10點(diǎn)和中午的焦耳數(shù)，而不顧光譜功率分布之間的差別。

關(guān)于溫度的焦耳數(shù)錯(cuò)誤

戶外曝曬溫度隨氣候變化而不斷發(fā)生變化。同樣地，樣品安裝方式對(duì)溫度的影響也很大。因?yàn)榇怪睒悠方邮盏降奶?yáng)光要少，它們的溫度比水平放置的樣品的溫度低。安裝有絕熱背板的樣品比無(wú)背板的樣品的溫度要高10°C以上。同樣地，對(duì)于實(shí)驗(yàn)室加速測(cè)試，操作者可在一個(gè)較大的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行選擇。另外，不同的溫度測(cè)量方法導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)室設(shè)備中的樣品的實(shí)際溫度不同。例如在氙燈試驗(yàn)箱中，80°C的“黑板”溫度與100°C的“黑標(biāo)”溫度條件下，樣品表面溫度可能是相同的。而且，紫外試驗(yàn)機(jī)中的80°C的黑板溫度與氙燈試驗(yàn)箱中的 80°C的黑板溫度條件下，樣品的溫度可能并不相同。眾所周知，不同溫度下的相同曝曬，材料的老化會(huì)顯示很大差異。

Fischer已經(jīng)證實(shí)了這一點(diǎn)，他用相同的藍(lán)色PVC薄膜裝滿整個(gè)曝曬架進(jìn)行戶外曝曬。薄膜的初始 60°光澤是90。圖8顯示了在佛羅里達(dá)曝曬了18 個(gè)月后，在曝曬架上不同位置的樣品的光澤介于36 到 67之間，安裝在樣品架中間位置的樣品的老化最厲害。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，樣品老化的差別是由樣品不同的平均溫度引起的，而溫度的不同是因?yàn)轱L(fēng)對(duì)樣品架邊緣的樣品冷卻作用引起的。

所有這些相同樣品在每個(gè)波段接收到相同的焦耳數(shù)，但結(jié)果之間卻存在很大差異。樣品架中間位置的焦耳數(shù)的破壞作用是邊緣的兩倍。這就說(shuō)明用焦耳數(shù)比用天數(shù)來(lái)計(jì)算戶外曝曬的時(shí)間，只是給人一種精確的假象。

圖8-在同一個(gè)戶外曝曬架上的差別。相同的藍(lán)色 PVC 薄膜在佛羅里達(dá)5° 曝曬角朝南曝曬18個(gè)月后，在樣品架的不同位置的60°光澤讀數(shù)。

在另一篇文章中，F(xiàn)ischer闡述，在氙燈試驗(yàn)箱中，把輻照度加倍，聚苯乙烯標(biāo)準(zhǔn)的黃變反而減輕了，這是因?yàn)樵诩哟筝椪斩鹊耐瑫r(shí)也把樣品的溫度降低了16°C . 表1顯示在 42°C 需要超過(guò)兩倍的焦耳數(shù)才能達(dá)到58°C時(shí)產(chǎn)生的黃變量.

表1-在風(fēng)冷氙燈試驗(yàn)箱中溫度的影響：每焦耳，聚苯乙烯在58°C時(shí)產(chǎn)生的黃變量是42°C 時(shí)的兩倍。

為了系統(tǒng)論證溫度對(duì)不同材料的影響，我們?cè)贕 53指定的紫外試驗(yàn)機(jī)中曝曬相同樣品，溫度分別設(shè)定為50°C 和70°C 。

為了排除濕度的影響，曝曬只選擇紫外光照條件，沒(méi)有潮濕條件。為了排除光譜的影響，所有曝曬都使用UVA - 3 4 0燈管，340n m處的輻照度設(shè)定為1.35W/m²/nm。因此在所有波段的焦耳數(shù)都是相同的。

圖9－溫度對(duì)聚碳酸酯薄片發(fā)生黃變的影響。相同焦耳數(shù)引起的黃變，在70°C大概是在50°C的150％

圖9顯示對(duì)于聚碳酸酯薄片，發(fā)生一定的黃變量，在50°C時(shí)比在70°C要多曝曬大概 50%的焦耳數(shù)。圖10顯示對(duì)于ABS薄片，相同焦耳數(shù)引起的黃變量，在70°C大概是在50°C的兩倍。

圖10－溫度對(duì) ABS 薄片發(fā)生黃變的影響。相同焦耳數(shù)引起的黃變，在70°C大概是在50°C的200％

務(wù)須謹(jǐn)記，當(dāng)溫度升高時(shí)，并不是所有材料的老化都加快。因此，不可能得出一個(gè)統(tǒng)一的公式來(lái)表示溫度和加速之間的關(guān)系。圖11顯示聚氨酯涂料在50°C和70°C時(shí)，每焦耳的老化量大約相同。

圖11－溫度對(duì)聚氨酯涂料失光的影響。在這個(gè)例子中，溫度增加，每焦耳的老化量沒(méi)有發(fā)生顯著變化。

上面的數(shù)據(jù)說(shuō)明，不管是戶外曝曬還是實(shí)驗(yàn)室加速測(cè)試，即使曝曬相同的焦耳數(shù)，樣品的溫度不同會(huì)導(dǎo)致發(fā)生的老化的差別為 2 比1。再次強(qiáng)調(diào)，用焦耳數(shù)來(lái)計(jì)量樣品遭受的老化影響是不明智的。

曝曬試驗(yàn)中，如果所有波段的輻照能都相同，則不管是用以上提到的340nm波段，TUVB波段，UV-B波段還是其它任一波段的焦耳數(shù)表示，給出的老化曲線是相同的，那么每焦耳材料的老化也是相同的。

事實(shí)上，曝曬小時(shí)數(shù)與材料發(fā)生的老化也會(huì)給出相同的老化曲線。因?yàn)樵谶@個(gè)試驗(yàn)中，輻照度設(shè)定并控制在1.35W/m²/nm，那么用焦耳數(shù)來(lái)定義測(cè)試時(shí)間并不比用小時(shí)來(lái)定義更有優(yōu)勢(shì)。您可以用下面簡(jiǎn)單的公式：1.35W/m²×3600s=4860 J/m²，來(lái)計(jì)算小時(shí)與 340nm處的J/m²之間的轉(zhuǎn)換?；蚍催^(guò)來(lái)，1M J/m²=206h。然而，因?yàn)闇y(cè)試的目的是為了證明用焦耳數(shù)來(lái)測(cè)量樣品遭受的老化影響是否合理，所以以上圖中顯示的是焦耳數(shù)與老化的關(guān)系，而不是時(shí)間。

關(guān)于濕度的焦耳數(shù)錯(cuò)誤

眾所周知，潮濕對(duì)聚合物戶外和實(shí)驗(yàn)室老化測(cè)試起著非常重要的作用。在戶外曝曬中，季節(jié)不同、樣品安裝方法不同以及曝曬地點(diǎn)不同，潮濕的影響也不同。例如，樣品在佛羅里達(dá)曝曬比在亞利桑那曝曬，遭受的潮濕侵蝕要大的多。在實(shí)驗(yàn)室加速測(cè)試中，操作者可以選擇差別很大的潮濕循環(huán)。同時(shí)，不同的試驗(yàn)箱模擬潮濕的形式也不同。熒光紫外試驗(yàn)機(jī)通過(guò)熱冷凝的方式實(shí)現(xiàn)潮濕侵蝕，而氙燈或碳弧燈試驗(yàn)箱采用冷噴淋的形式。

為了說(shuō)明在相同焦耳數(shù)下，潮濕如何影響材料的老化，把不同的材料暴露在G53標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的熒光紫外試驗(yàn)機(jī)中，分別運(yùn)行下面不同的循環(huán)：

循環(huán)A	4 h 紫外光照, 4 h 冷凝
循環(huán)B	4 h 紫外光照, 4 h干燥黑暗(無(wú)冷凝)
循環(huán)C	4 h 冷凝, 4 h 干燥黑暗 (無(wú)紫外光照)

 為了排除波長(zhǎng)的影響，所有曝曬都使用UVA - 340燈管，340 nm處的輻照度都設(shè)定為1.35W/m²。為了排除溫度的影響，所有曝曬的溫度都保持在50°C。

圖12－潮濕對(duì)環(huán)氧涂層失光的影響。沒(méi)有潮濕作用的曝曬相比有潮濕作用的曝曬，需要大約200％的焦耳數(shù)才能對(duì)材料產(chǎn)生大概相同的失光效果。

圖12顯示潮濕對(duì)環(huán)氧涂層失光的影響。在這個(gè)例子中，沒(méi)有潮濕作用的循環(huán)需要大約兩倍的焦耳數(shù)，才能對(duì)材料產(chǎn)生與有潮濕作用的循環(huán)大概相同的失光效果。圖13顯示對(duì)于聚氨酯涂層，數(shù)據(jù)是相似的。有潮濕作用的循環(huán)每焦耳對(duì)材料產(chǎn)生的老化至少是沒(méi)有潮濕作用的循環(huán)的500%。再次證明，材料的老化與焦耳數(shù)之間不是相互對(duì)應(yīng)的。

圖13－潮濕對(duì)聚氨酯涂層失光的影響。相同焦耳數(shù)，材料產(chǎn)生的老化并不相同。

紫外光照和潮濕的共同作用-圖14增加了4h冷凝和4h干燥黑暗循環(huán)的數(shù)據(jù)。然而，因?yàn)樵谶@個(gè)新的循環(huán)中沒(méi)有紫外光照，在圖中不可能描述光澤和焦耳數(shù)之間的關(guān)系。所以我們描述了光澤與曝曬時(shí)間之間的關(guān)系，在這個(gè)例子中，樣品的光澤沒(méi)有明顯改變。請(qǐng)注意，不管是在沒(méi)有紫外光照的循環(huán)中，還是在沒(méi)有潮濕的循環(huán)中，材料的光澤都沒(méi)有發(fā)生明顯變化。只有潮濕和紫外光照共同作用，才引起材料明顯的光澤變化。因?yàn)樽贤夤庹帐前殡S潮濕作用共同對(duì)材料產(chǎn)生影響，所以僅用焦耳數(shù)來(lái)定義曝曬時(shí)間顯然是毫無(wú)意義的。

圖14－潮濕和紫外光照共同作用，對(duì)材料的失光產(chǎn)生影響

潮濕不但確實(shí)影響材料發(fā)生老化的速率，而且也影響材料發(fā)生老化的類型。圖15顯示尼龍樣品的黃變與焦耳數(shù)之間的關(guān)系。沒(méi)有潮濕作用的測(cè)試循環(huán)使材料發(fā)生黃變，而有潮濕作用的循環(huán)使材料的顏色向相反的方向變化。材料的目測(cè)結(jié)果表明有潮濕作用的循環(huán)使材料的表面發(fā)生粉化，而沒(méi)有潮濕作用的循環(huán)沒(méi)有引起這種變化。像這種例子，用焦耳數(shù)來(lái)定義材料的老化是沒(méi)有任何意義的，因?yàn)樵谙嗤苟鷶?shù)曝曬下，相同的樣品因?yàn)槭欠袷艿匠睗竦淖饔枚@示了截然不同的老化類型。

圖15－受相同焦耳數(shù)的曝曬，相同的尼龍樣品因?yàn)槌睗竦挠绊?，顯示了不同的老化類型。

同時(shí)要注意，潮濕并不總是引起材料發(fā)生老化的重要因素。圖16顯示對(duì)于聚苯乙烯材料，潮濕并不影響材料發(fā)生黃變的速率。在本例中，340nm處的焦耳數(shù)確實(shí)可以很好地測(cè)量老化因素。另一方面，通常使用的測(cè)試時(shí)間也可以用于測(cè)試計(jì)時(shí)。

圖16－潮濕循環(huán)對(duì)于聚苯乙烯材料發(fā)生黃變的影響。在本例中，潮濕并不影響材料發(fā)生老化的速率

以上數(shù)據(jù)表明，暴露在相同焦耳數(shù)下的相同材料，濕度不同會(huì)引起不同的老化速率和類型。因?yàn)檫@個(gè)原因，不建議用焦耳數(shù)來(lái)定義曝曬時(shí)間，因?yàn)榭赡艹睗裱h(huán)不同。

未能解釋的焦耳數(shù)錯(cuò)誤

甚至當(dāng)光譜、溫度和濕度同時(shí)被監(jiān)控的條件下，相同焦耳數(shù)的曝曬也有可能會(huì)引起老化速率之間很大的不同。近期的一些研究顯示了幾種氙燈設(shè)備的測(cè)試結(jié)果，所有測(cè)試都是按照ASTM G26標(biāo)準(zhǔn)中相同的測(cè)試條件進(jìn)行。氙燈按照SAE J1960設(shè)置，石英內(nèi)過(guò)濾器、硼硅玻璃外過(guò)濾器，輻照度在340nm設(shè)定0.55W/m²。測(cè)試循環(huán)是：40分鐘光照，緊接著20分鐘光照加正噴，然后再60分鐘光照，最后是60分鐘黑暗加背噴。光照時(shí)溫度設(shè)定70°C，噴淋時(shí)溫度設(shè)定38°C。圖17顯示了5家實(shí)驗(yàn)室在這個(gè)循環(huán)下對(duì)乙烯薄膜所做的測(cè)試，結(jié)果相差很大。例如，#4實(shí)驗(yàn)室需要大概300%的能量以達(dá)到與#7實(shí)驗(yàn)室相同的失光效果。在相同焦耳數(shù)下測(cè)試結(jié)果之間的不同，是由溫度差異、濕度差異還是由氙燈燈管光譜功率分布的改變引起的，我們并不清楚。然而，有一點(diǎn)很清楚，在這個(gè)測(cè)試中，焦耳數(shù)不能精確表示樣品受到的破壞程度。

圖17－氙燈曝曬之間的不同。相同乙烯樣品在相同測(cè)試條件下，失光老化之間的差異

結(jié)論

認(rèn)為用焦耳數(shù)定義測(cè)試時(shí)間可以精確測(cè)量對(duì)測(cè)試樣品的破壞作用的想法是錯(cuò)誤的。不管是測(cè)量總紫外波段的焦耳數(shù)還是某一波長(zhǎng)(如 340nm處)的焦耳數(shù)，相同焦耳數(shù)未必產(chǎn)生相同的破壞效果。正好相反，用焦耳數(shù)來(lái)定義測(cè)試時(shí)間會(huì)引起超過(guò)500%的誤差。

這些錯(cuò)誤的主要原因是：

?焦耳數(shù)沒(méi)有考慮光譜的影響

?焦耳數(shù)沒(méi)有考慮溫度的影響

?焦耳數(shù)沒(méi)有考慮濕度的影響

不管是在戶外還是實(shí)驗(yàn)室加速測(cè)試中，溫度、濕度和光譜的變化范圍都很大。在測(cè)試條件確定的試驗(yàn)中，因溫度、濕度和光譜之間的不同，要想使相同樣品達(dá)到失效，需要的輻照焦耳數(shù)相差500%。在很多材料中，包括環(huán)氧樹(shù)酯、聚氨酯、聚苯乙烯、PVC、聚碳酸酯、ABS及尼龍，都出現(xiàn)了這樣的問(wèn)題。

另外，老化效果的差異量因測(cè)試材料而異，所以不可能得出溫度或濕度的影響與所需輻照焦耳數(shù)之間的關(guān)系。另外，對(duì)于某些材料，是否有濕度循環(huán)會(huì)使材料的老化類型發(fā)生根本變化，而這些測(cè)試是在相同焦耳數(shù)下用相同樣品進(jìn)行的。在這些測(cè)試中，用焦耳數(shù)來(lái)定義測(cè)試時(shí)間是毫無(wú)疑義的。