在材料研究、产品开发以及质量控制等众多领域中，了解材料和产品在实际使用环境中的耐久性和稳定性至关重要。自然环境中的紫外线辐射是导致材料老化、性能下降的主要因素之一。为了在实验室环境下快速评估材料和产品的耐紫外线性能，箱式紫外线老化箱应运而生。它通过模拟自然环境中的紫外线照射条件，加速材料的老化过程，从而为科研人员和企业提供了一种高效、可靠的测试手段。本文将深入探讨箱式紫外线老化箱的技术原理、结构组成、测试流程以及在不同行业中的应用。
技术原理
箱式紫外线老化箱的核心技术原理是模拟自然环境中的紫外线辐射，加速材料的光老化过程。其主要基于以下几个关键机制：
紫外线光源模拟
老化箱内的紫外线光源是模拟自然紫外线辐射的关键部件。常见的紫外线光源有荧光紫外灯，如 UVA - 340 和 UVB - 313 等类型。UVA - 340 灯管能够很好地模拟太阳光中波长在 315 - 400nm 的紫外线部分，这部分紫外线在自然环境中对材料的老化影
响最为显，主要引发材料的光氧化反应。例如，户外塑料制品长期暴露在含有该波段紫外线的环境中，会逐渐出现褪色、粉化等现象。UVB - 313 灯管发射的波长范围在 280 - 315nm，其能量相对较高，能够更快速地加速材料的老化，常用于对耐候性要求高的产品测试，如高级户外装备的材料测试。通过选择不同类型的灯管以及精确控制灯管的功率和照射时间，老化箱可以模拟出不同强度和光谱分布的紫外线环境，以匹配各种实际使用场景中的光照条件。
温度与湿度协同作用
除了紫外线辐射，温度和湿度也是影响材料老化的重要环境因素，并且它们与紫外线存在协同作用。高温会加速材料分子的热运动，使光化学反应速率加快。在炎热的夏季，户外产品在高温且强紫外线的双重作用下，老化速度明显快于春秋季节。箱式紫外线老化箱配备了精确的加热和制冷系统，能够将箱内温度精准控制在设定范围内，通常可模拟的温度范围为 30℃ - 80℃，以满足不同测试需求。部分高级老化箱还具备温度循环功能，能够模拟昼夜温差变化，使材料在热胀冷缩的应力作用下，更真实地展现出老化特性。
湿度同样不可忽视，水分能够渗透到材料内部，削弱材料分子间的作用力，与紫外线共同破坏材料的分子结构。老化箱通过冷凝和喷淋两种方式模拟潮湿环境。冷凝模式下，老化箱内的高温水蒸气在样品表面遇冷凝结成水珠，类似自然界中夜间物体表面形成的露水；喷淋模式则模拟降雨过程，对材料表面进行冲刷，加速材料表面的化学腐蚀和机械损伤。例如，在模拟沿海地区潮湿且强紫外线的环境时，老化箱可通过提高湿度并结合高强度紫外线照射，快速检测产品在该环境下的耐使用性。
结构组成
箱式紫外线老化箱主要由箱体、紫外线光源系统、温湿度控制系统、样品承载系统以及控制系统等部分组成。
箱体
箱体是整个设备的外壳，通常采用优质的金属材料制作，如冷轧钢板，并经过防锈处理，以确保设备在长期使用过程中的稳定性和耐用性。箱体内部采用耐腐蚀的材料，如不锈钢，来制作内胆，防止在高湿度等恶劣环境下箱体被腐蚀。同时，箱体具有良好的隔热性能，一般采用多层隔热材料填充，以减少箱内环境与外界环境之间的热量交换，保证箱内温度的稳定性。此外，箱体还配备了观察窗，方便操作人员在测试过程中随时观察样品的状态，观察窗通常采用特殊的光学玻璃，既能有效阻挡紫外线泄漏，又能提供清晰的视野。
紫外线光源系统
紫外线光源系统是老化箱的核心部件之一。如前文所述，该系统主要由不同类型的紫外线灯管组成，灯管均匀分布在箱体内部的两侧或顶部，以确保样品能够均匀地接受紫外线照射。为了保证紫外线的照射强度和稳定性，老化箱通常配备了镇流器等电子元件，用于稳定灯管的工作电流和电压。此外，部分老化箱还具备紫外线强度调节功能，通过调节灯管的功率或使用可调节透光率的滤光片，实现对紫外线强度的精确控制。同时，为了延长灯管的使用寿命和保证测试结果的准确性，老化箱会设置灯管清洁装置和定期更换灯管的提示功能。温湿度控制系统
温湿度控制系统负责精确调节箱内的温度和湿度环境。温度控制系统主要由加热元件、制冷元件（如压缩机）、温度传感器以及温度控制器等组成。加热元件通常采用电热丝等，能够快速将箱内温度升高到设定值；制冷元件则在需要降低温度时启动，通过压缩机制冷循环实现降温。温度传感器实时监测箱内温度，并将信号反馈给温度控制器，温度控制器根据设定的温度值和实际测量值进行比较，自动调节加热或制冷元件的工作状态，以保持箱内温度的稳定。
湿度控制系统一般通过加湿和除湿装置来实现。加湿装置常见的有超声波加湿器或蒸汽加湿器，它们能够将水分转化为水蒸气释放到箱内，提高箱内湿度。除湿装置则可采用冷凝除湿或吸附除湿等方式，当箱内湿度过高时，将多余的水分去除。湿度传感器同样实时监测箱内湿度，并反馈给湿度控制器，实现对湿度的精确控制。
样品承载系统
样品承载系统用于固定和放置待测试的样品。该系统通常包括样品架和样品旋转装置。样品架的设计根据样品的形状和大小而定，能够确保样品在测试过程中不会晃动或掉落，同时保证样品各个部位都能充分暴露在紫外线和温湿度环境中。样品旋转装置则可使样品在测试过程中匀速旋转，进一步保证样品接受紫外线照射和温湿度影响的均匀性。例如，对于片状样品，可采用专门设计的平板样品架；对于管状样品，则有相应的管状样品固定装置。
控制系统
控制系统是整个箱式紫外线老化箱的大脑，负责对各个系统进行集中控制和监测。它通常采用微电脑控制技术，配备了操作简便的人机界面，如触摸屏。操作人员可以通过人机界面轻松设置各种测试参数，如紫外线照射强度、温度、湿度、测试时间以及循环周期等。控制系统能够实时采集和显示箱内的各项环境参数，如紫外线强度、温度、湿度等，并对设备的运行状态进行监控。一旦出现异常情况，如温度过高、紫外线强度异常等，控制系统会立即发出警报，并采取相应的保护措施，如停止设备运行，以确保测试过程的安全和可靠性。同时，控制系统还具备数据存储和记录功能，能够将测试过程中的所有数据进行存储，方便后续的数据分析和报告生成。
测试流程
使用箱式紫外线老化箱进行测试通常遵循以下标准化流程：
测试前准备
在进行测试之前，首先要对待测试样品进行精心准备。确保样品表面清洁，无油污、杂质等，因为这些污染物可能会影响紫外线与样品的相互作用，导致测试结果出现偏差。例如，对于涂料样品，若表面存在油污，会阻碍紫外线对涂料的充分照射，从而无法准确评估涂料的耐紫外线性能。根据样品的形状、大小和特性，选择合适的样品承载装置，并将样品牢固地固定在装置上，保证在测试过程中样品不会发生位移或脱落。
同时，对箱式紫外线老化箱设备进行全面检查和校准。检查紫外线光源系统，查看灯管是否有损坏、老化迹象，如有必要及时更换灯管；校准温湿度传感器，确保其测量精度符合要求；检查加热、制冷、加湿、除湿等装置能否正常工作；对样品承载与旋转装置进行调试，保证其旋转顺畅；检查控制系统及监测仪表，确保参数设置准确无误，数据显示清晰。此外，还需检查水箱水位是否充足，排水管路是否通畅等，为测试的顺利进行做好充分准备。
参数设置
依据相关测试标准以及样品的预期使用环境和特性，在老化箱的控制系统中精确设置各项测试参数。光照强度方面，参考产品实际使用场景的紫外线强度数据进行设置。如模拟赤道地区的强紫外线环境，可选用 UVA - 340 灯管并将其强度设置在较高水平；若模拟室内环境，可选择 UVA - 351 灯管并设置相对较低的强度。温度设置根据模拟的气候条件而定，高温环境一般设置在 50℃ - 80℃，若要模拟夏季高温，可将温度设为 60℃。对于需要模拟昼夜温差的测试，要设置好温度循环程序，明确高温和低温的保持时间以及切换速率。湿度参数同样依据模拟环境进行调整，高湿度环境（如模拟热带潮湿气候）可将湿度设为 80% RH - 95% RH，低湿度环境（如模拟沙漠气候）设为 20% RH - 30% RH。测试时间和循环次数根据产品预期使用寿命和测试目的确定，一般测试时间从几百小时到数千小时不等，循环次数也相应进行设置。例如对于普通户外塑料制品，可能设置测试时间为 1000 小时，循环次数为 50 次；而对于高级航空材料，测试时间可能长达 5000 小时，循环次数达 200 次。
测试过程
完成参数设置后，将准备好的样品放入箱式紫外线老化箱内的样品承载装置上，关闭箱门。启动老化箱，此时，紫外线光源系统开始发射特定波长和强度的紫外线，温湿度控制系统迅速将箱内环境调节至设定的温度和湿度条件。样品承载与旋转装置按照预设程序匀速旋转样品，确保样品各个部位能够均匀接受紫外线照射以及承受温湿度变化的影响。
在测试过程中，操作人员需定期通过观察窗查看样品状态，如是否出现褪色、变色、开裂、粉化、变形等老化现象，并及时做好记录。同时，密切关注控制系统显示的温湿度、紫外线强度等参数，确保这些参数始终在设定范围内波动。一旦出现参数异常波动或设备故障报警，应立即停止试验，排查原因并解决问题后，再继续进行测试。例如，若发现紫外线强度突然下降，可能是灯管老化或电路故障，需及时更换灯管或检修电路；若温湿度出现偏差，可能是传感器故障或制冷、加湿装置异常，要及时维修或校准相关部件。
测试后处理
测试结束后，待箱内温度、湿度恢复至常温常湿状态，方可打开箱门取出样品。对取出的样品进行全面细致的检查和性能测试。外观检查方面，使用色差仪测量样品老化前后的颜色变化，通过 Lab 值计算出色差值 ΔE。一般来说，ΔE 值越大，颜色变化越显著。对于户外塑料制品，若色差值超过 5，可能会影响产品的美观度和市场接受度。使用光泽度仪检测样品表面光泽度变化，以百分比表示光泽度损失率。例如建筑外墙涂料，若光泽度损失超过 30%，表明涂层老化严重，装饰效果大幅下降。对于出现开裂、粉化、变形等缺陷的样品，详细记录缺陷的位置、大小、数量等信息，依据相关标准或经验判断缺陷严重程度对产品耐使用性的影响。
物理性能测试方面，针对不同材料有不同的测试指标。对于塑料材料，使用万能材料试验机测试老化前后的拉伸强度和断裂伸长率。若老化后拉伸强度下降超过 20%，说明材料力学性能明显衰退，可能影响产品在实际使用中的承载能力和安全性；断裂伸长率降低，则表明材料变脆，容易发生断裂。对于橡胶材料，使用邵氏硬度计测量老化前后的硬度，硬度增加可能导致橡胶失去弹性，影响其密封、减震等功能。此外，还可借助显微镜观察样品表面微观结构变化，如是否出现裂纹、孔隙等，进一步分析材料老化的内在原因。将测试数据进行整理分析，与测试前样品的性能数据进行对比，全面评估产品在紫外线老化环境下的耐使用性能变化情况。
更新时间：2025-08-07 
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