一、 核心原則：失效模式驅動測試設計

在制定測試方案前，必須先回答兩個問題：

1. 該材料在戶外主要因何失效？（是變色、粉化、開裂還是強度下降？）

2. 它在什么環境下使用？（是戶外暴曬、室內靠窗，還是汽車內飾？）

根據答案，確定測試的目標失效模式，從而反向推導出測試條件。

二、 典型材料類別與使用原理

1. 塑料與橡膠

• 主要失效模式：顏色變化（黃變/褪色）、表面失光、粉化、脆化、拉伸強度/斷裂伸長率下降。

• 關鍵老化因素：紫外線引起聚合物鏈斷裂（主因），高溫加速氧化，水分誘發水解。

• 使用原理：

• 溫度：根據材料使用環境設定黑板溫度。汽車外飾件（如保險杠）可能設定70°C以模擬發動機艙蓋高溫，而普通戶外塑料可能設定60°C。

• 潮濕：必須使用冷凝。塑料的水解是重要失效機理，長時間的液態水浸潤能有效加速這一過程。噴淋可用于模擬熱沖擊（如對車外塑料件）。

• 通用/高相關性測試：選 UVA-340。它能最真實地模擬導致大多數塑料光降解的太陽光譜，使實驗室黃變與戶外黃變機理一致。

• 快速篩選/高耐久性材料：可選 UVB-313。用于快速對比不同配方（如抗UV添加劑的效果）或測試惡劣耐候材料。但需注意其相關性可能較差。

• 光源選擇：

• 條件設置：

2. 涂料與涂層（包括汽車漆、建筑涂料、工業涂層）

• 主要失效模式：失光、變色、粉化、起泡、開裂、剝落。

• 關鍵老化因素：紫外線破壞樹脂（基料）和顏料；水（尤其是熱-水循環）導致滲透、溶脹和附著力喪失；熱循環產生內應力。

• 使用原理：

• 溫度：較高溫度以加速化學反應。

• 潮濕循環：冷凝和噴淋都至關重要。

• 冷凝：模擬夜間結露，是涂層起泡、附著力喪失的主要誘因。

• 噴淋：模擬雨水沖刷，對評估粉化等級至關重要（沖洗掉已降解的表面層），同時熱沖擊（冷水噴在熱樣品上）是導致微裂紋的關鍵。常采用“光照+間歇噴淋”循環。

• 光源選擇：UVA-340是黃金標準。因為顏色的保真度和光澤的保持是涂層的關鍵指標，必須使用光譜匹配的光源來準確評估顏料和樹脂的耐候性。UVB可能導致異常變色。

• 條件設置：

3. 紡織品與纖維（戶外織物、汽車內飾、遮陽篷）

• 主要失效模式：褪色（染色牢度）、強度損失、脆化。

• 關鍵老化因素：紫外線破壞染料分子和纖維聚合物（如尼龍、滌綸）；汗漬、濕度可能加劇破壞。

• 使用原理：

• 溫度：中等溫度，避免過高溫度導致纖維熱老化掩蓋光老化。

• 潮濕：冷凝非常重要，因為許多紡織品（如汽車內飾）在使用中會接觸冷凝濕氣。可結合特定的汗漬溶液浸潤樣品后再測試，以模擬更嚴苛的實際條件。

• 對于顏色牢度測試，必須使用 UVA-340 或 UVA-351（模擬透過玻璃的光），以確保染料褪色機理與真實情況一致。

• 對于評估纖維本身強度，UVB可用于快速篩選。

• 光源選擇：

• 條件設置：

4. 汽車外飾與內飾件

• 使用原理：這是復合材料應用的典型。

• 光源：必須使用 UVA-351（模擬透過擋風玻璃的紫外線），因為短波UVB已被玻璃過濾。

• 溫度：非常高（黑板溫度可達100°C以上），以模擬封閉車廂內的“溫室效應”。

• 潮濕：冷凝是關鍵，模擬車內晝夜溫差產生的凝露。

• 外飾件（保險杠、后視鏡殼）：視為塑料+涂層的組合。采用UVA光源、高溫、冷凝+噴淋的嚴酷循環，模擬日曬雨淋和溫度劇變。

• 內飾件（儀表板、門板、座椅）：

5. 木材與木器涂料

• 主要失效模式：木材變灰、涂層失光/開裂。

• 關鍵老化因素：紫外線使木質素分解；水導致木材脹縮，使涂層應力開裂。

• 使用原理：

• 光源：UVA-340。

• 潮濕：噴淋比冷凝更重要。木材是吸濕性材料，干濕循環（噴淋后干燥）能大程度地模擬雨水和陽光交替作用，加速木材的脹縮和涂層開裂。

三、 總結：從原理到實踐的決策流程

1. 識別材料與失效模式：明確你要保護什么屬性（顏色？強度？附著力？）。

2. 選擇光源：

• 追求真實性與顏色評估 → UVA-340。

• 追求快速度與內部篩選 → UVB-313。

• 測試室內或車載環境 → UVA-351。

3. 設定溫度：根據材料高使用溫度設定黑板溫度（汽車內飾 > 戶外塑料 > 室內紡織品）。

4. 設計潮濕循環：

• 關注水解、滲透、起泡 → 強化冷凝。

• 關注熱沖擊、沖刷、粉化 → 加入噴淋。

• 模擬晝夜溫濕循環 → 采用“光照（高溫干燥）+冷凝（黑暗高濕）”交替。

5. 遵循標準：最終，具體參數（輻照度、周期時長）應優先遵循產品所屬行業的國際/國家標準（如ASTM, ISO, SAE, GB），這些標準是基于大量相關性研究制定的實踐。

最終，理解“不同材料的使用原理”就是理解如何在試驗箱中重構該材料在特定服役環境中所承受的核心應力，從而實現精準、高效的加速老化評估。