碳弧灯老化测试核心指南

一、 本质与现状：一种经典但正被替代的方法

• 核心原理：通过燃烧的碳棒电弧产生高强度全光谱光线，结合滤光器，模拟太阳光中的紫外线和可见光部分，并控制温度和湿度，对材料进行加速老化。

• 历史地位：在20世纪被广泛应用，尤其在日本工业标准（JIS）和部分汽车、涂料行业中根深蒂固。

• 当前地位：由于其光谱能量分布（SPD）与真实太阳光存在较大差异（在紫外短波区域能量过高），且测试重复性和再现性相对较差，正逐渐被更先进、模拟更精准的氙灯老化测试所取代。但在某些特定行业和传统标准中仍在使用。

二、 测试目的

模拟户外日照和潮湿环境，快速评估：

1. 颜色稳定性：抗褪色、变色能力。

2. 表面状态：抗粉化、失光、开裂、起泡、剥落能力。

3. 物理性能保持：拉伸强度、伸长率、冲击强度等力学性能的下降程度。

4. 材料的配方筛选与质量对比。

三、 主要测试标准

• ASTM G152：Standard Practice for Operating Open Flame Carbon Arc Light Apparatus for Exposure of Nonmetallic Materials. (操作开放式碳弧灯设备暴露非金属材料的标准实践)

• JIS 系列标准：日本工业标准中广泛应用，如：

• JIS D0205（汽车零部件耐候性）。

• JIS K 5600（涂料一般试验方法）。

• SAE J2412 和 JIS D0205 中规定了汽车内饰件常用的碳弧灯测试条件。

• 注意：现代国际通用标准（如ISO 4892系列）主要推荐氙灯和荧光紫外灯，碳弧灯已不是首选。

四、 设备与关键系统

一台碳弧灯老化试验箱主要由以下系统构成：

1. 光源系统：

• 开放式碳弧灯：一对碳棒作为电极，通电后产生电弧燃烧发光。碳棒需要定期（通常每几小时）手动或自动更换。

• 滤光器：安装在灯管周围，用于过滤掉部分红外热辐射和调整光谱。不同类型（如“日光型”、“紫外型”）的滤光器会改变光谱分布。

2. 环境控制系统：

• 喷淋系统：模拟雨水或露水效应。

• 温湿度控制系统：控制试验箱内的温度和相对湿度。

• 试样转架：通常为圆柱形转笼，样品安装在笼内侧，围绕光源匀速旋转，以保持辐照均匀。

五、 标准测试流程

1. 试样准备：制备标准尺寸试样，清洁并记录初始状态（颜色、光泽、外观）。

2. 安装试样：将试样牢固安装在转架上。

3. 设定测试循环：这是测试的核心，根据标准或客户要求设定一个重复的循环周期，通常包括：

• 光照阶段：碳弧灯连续照射，控制黑板温度（如63±3°C）。

• 黑暗+潮湿阶段：关闭灯光，开启喷淋并保持高湿度，模拟夜间或下雨环境。

• 示例循环：ASTM G152中的常见循环可能是 “102分钟光照，18分钟光照+喷淋” 或 “持续光照，定期喷淋”。

4. 运行与监控：

• 启动设备，持续运行设定的总时间（如300小时、600小时、1000小时）。

• 定期检查设备运行（碳棒消耗、滤光器清洁度）、更换碳棒、记录温湿度。

5. 中间检查与最终评估：

• 颜色变化：使用色差仪测量∆E值。

• 光泽保持率：使用光泽度计测量。

• 外观评级：肉眼或显微镜观察粉化、裂纹、起泡等级别（参照ASTM D660、D772等标准图谱）。

• 性能测试：测试拉伸、弯曲等力学性能变化。

• 在特定间隔取出样品，按标准方法评估：

六、 碳弧灯 vs. 氙弧灯：关键区别

七、 主要应用领域

• 汽车工业：内饰件（塑料、纺织品、皮革）、外饰件（尤其在日本供应链中）。

• 涂料与涂层：评估面漆、清漆的耐候性。

• 塑料与橡胶：户外用塑料部件、密封条等。

• 纺织品：尤其是一些日标要求的户外用纺织品。

八、 注意事项与局限性

1. 相关性争议：由于其非真实的光谱，测试结果与户外实际曝晒的相关性常受到质疑，可能产生“过度测试”或“测试不足”。

2. 成本与效率：碳棒消耗和人工维护使其长期运行成本可能不低，且效率不如氙灯。

3. 标准选择：除非客户指定或产品标准强制要求（如某些日企标准），建议优先选择氙灯老化测试以获得更可靠、国际公认的数据。

4. 数据可比性：如果您的历史数据均来自碳弧灯，为保持可比性，可能需继续使用该方法一段时间