老化简介

什么是老化？

耐候老化和光老化

老化 是指材料由于暴露在阳光、热量（包括温度循环）和各种状态的水（主要是潮湿、露水和雨水）而导致其性能变化。这三种户外条件——光、热和水被称为“老化三要素”。老化降解通常由阳光引发、受热加速、受水影响。

一个密切相关的概念是 光稳定性或 耐光性，指的是材料承受“老化三要素”中的两种因素——光和热。光稳定性测试不涉及液态水，通常用于测试纺织品和室内材料。Q-Lab 介绍 阳光、耐候老化和光稳定性 进一步解释它们之间的相同点和不同点。

耐候性和光稳定性可能导致许多不同类型的材料降解，包括泛黄、破裂、裂纹、颜色变化和褪色、分层和粘附力损失、扭曲、脆化、起泡和抗拉强度损失。下图显示了暴露在户外导致的多种不同类型的材料性质变化。

老化和光降解会影响许多材料和行业，包括任何在户外使用或以其他方式暴露于恶劣天气的产品，像油漆和涂料、塑料、包装、纺织品和织物、家居和消费品、添加剂和着色剂、建筑和建筑材料、墨水和印刷材料、电子产品以及一系列汽车零部件。浏览我们的 耐候老化行业 页面和 案例研究 了解耐久性测试的案例，或查看此 通用测试指南.

老化三要素

当我们谈论 全光谱阳光 作为老化要素之一，我们通常指的是紫外光 (UV)。尽管紫外线仅占太阳总能量的7%左右，但几乎所有聚合物降解都是由紫外线造成的。产品在户外接收到的阳光特性取决于许多因素——一年中的时间、一天中的时间、纬度、云量和海拔高度。此外，窗户玻璃可以过滤掉一些短波紫外线，具体取决于其厚度和色调，从而产生比户外更不刺眼的光。材料的光灵敏度也至关重要——要使材料降解，材料必须能够吸收入射光，并且光必须具有足够的能量来导致化学键断裂。 

热无论是高温还是热循环的形式，都会加速户外产品的变化。由入射阳光引起的光化学反应通常不是简单的一步反应。虽然由阳光引起的主要反应不受热量的影响，但次要反应经常受到热的影响。在某些情况下，温度每升高 10 °C 就会使溶液中某些化学反应的速率增加一倍。户外热循环可以在几分钟内将材料的表面温度从 75 °C 变为 25 °C，从而对组件和涂层造成物理应力。 

水 可以通过多种方式影响材料降解。水会影响化学反应——既会加速溶液中的反应，又会导致氧气运输的增加。水还会引起物理影响，如侵蚀、吸收、冻融应力、热冲击和冲击造成的材料损失。

水可以以露水（冷凝）、相对湿度和雨水的形式存在。其中，露水是迄今为止户外潮湿的最大来源。在许多地方，户外材料每天可能潮湿超过 12 小时，因此为户外性能进行设计意味着为水环境进行设计。

光、热和水的协同作用导致了 老化 ；耐光性和耐热性决定了材料的 耐光性，我们如何确保我们的产品在户外经久耐用？答案是：进行老化测试。

如何进行老化测试？

老化测试有两种基本类型： 自然户外曝晒测试及 实验室加速测试。这两种测试类型是互补的，两者一起进行，构成一个完整的老化测试程序。Q-Lab可以帮助您确定针对您的产品和材料合适的综合测试计划。

自然户外曝晒测试 

在我们的基准测试地点 佛罗里达州和亚利桑那州 进行自然​​户外测试是确定产品户外耐久性的绝佳方式。佛罗里达州和亚利桑那州是国际公认的户外曝晒测试基准地点。佛罗里达亚热带曝晒不仅真实，而且加速。南佛罗里达的阳光强度高，年紫外量大，全年高温，雨水充沛，湿度非常高。亚利桑那州的阳光强度更高，气温更高，气候干燥，沙漠条件更强。有关自然户外测试的概述，请参阅我们的网络研讨会 自然户外曝晒测试.

紫外线、潮湿和热量的协同作用使佛罗里达成为在户外环境中测试材料耐久性的理想地点。亚利桑那州的阳光充足，热量充足，也是测试高耐用材料的理想地点，这些材料在其他地方可能不会失效。自然户外曝晒是了解材料户外耐久性准确的方法，也是全面的耐候性测试计划的基石。我们建议所有在户外使用的产品制造商都应该：

• 在基准点进行测试，因为恶劣的环境会以低成本加速降解
• 每年（或更频繁地）开始新的户外测试，以开发一个数据库，并将新配方与旧产品和竞争对手的材料进行比较
• 使用户外数据鉴定和验证加速实验室测试 - “测试你的测试”

实验室加速测试

虽然自然户外曝晒测试是进行耐候性测试真实、准确的方法，但测试可能需要很长时间——对于高度耐用的材料，测试可能需要 5年、10年、甚至 20 年或更长时间。实验室加速老化测试可以帮助解决这个问题。通过在受控的实验室环境中加速老化力量，您可以更快地获得有关产品耐久性的结果。加速老化测试快速、可重复且方便，非常适合质量控制、鉴定和研发。它是一种“定向决策工具”，有助于更好地确定：

• 产品中应添加或不添加哪些成分
• 批量还是批次运送给客户
• 从哪些供应商那里购买
• 应选择哪些加工制造参数

加速老化测试有两种主要类型，它们具有互补的优点， QUV紫外试验机和Q-SUN氙灯试验箱的对比。有关老化要素和这两种测试方法的介绍，请参阅我们的网络研讨会 实验室老化测试的要点.

一种是使用QUV加速老化试验机进行荧光紫外老化测试。为了模拟户外老化， QUV加速老化试验机 在受控的高温下将材料暴露在紫外线和潮湿的交替循环中。它使用特殊的荧光紫外线灯模拟自然阳光和人工辐照度的影响，这些荧光紫外线灯仅提供来自光谱的 UVA、UVB 和 UVC 部分的光。它模拟露水和雨水与冷凝湿度和/或喷淋。

加速老化测试和耐光性测试的另一个主要测试方法是氙灯老化测试。 Q-SUN 氙灯试验箱 再现了全光谱阳光、高温和雨水造成的损坏。Q-SUN试验箱中使用一个或多个氙灯灯管，以产生与户外阳光完整光谱非常相似的光谱。 滤光片 用于提供适合产品使用环境的光谱。高温由灯产生，并由黑板温度计和箱体空气温度控制器控制。除了受控的相对湿度外，水分主要通过喷淋输送到样品。转鼓式和平板式试验箱在几乎所有主要标准中都是明确允许的，并且 研究证实 它们在许多情况下都能提供类似的结果。 确认 他们交付 类似的结果 在很多情况下。

户外加速测试

为了将户外曝晒的真实性与实验室测试的快速结果相结合，还可以使用 Q-TRAC 自然太阳能聚光器 或者 汽车内饰材料 (AIM) 盒。有关这些测试的概述，请参阅我们的网络研讨会 加速户外风化测试.

Q-TRAC 太阳能聚光器使用实际阳光作为光源，特别适合测试具有极长使用寿命的高耐用性材料。它使用 10 个镜子阵列将全光谱阳光反射并集中到测试样本上，同时全天跟踪太阳，以最大限度地增加测试样本接受的太阳照射量。Q-TRAC 太阳能聚光器还配有喷水系统，可以执行模拟佛罗里达风化或产生热冲击的循环。 

AIM 箱式测试将汽车内饰材料置于透明或夹层玻璃后面，暴露在高温和户外阳光下，以模拟汽车内部条件。AIM 箱式测试还可以在白天跟踪太阳，以增加产品接收的太阳辐射量。

为什么进行老化测试？

测试的理由

在 Q-Lab，我们经常会问“您的产品在户外能持久吗？”这个问题，答案是“如果可以测试，请不要靠猜测！”话虽如此，耐候性和光稳定性测试的实际好处是什么？以下仅列举几个：

提高产品的耐用性

耐候性测试已使许多重要产品的使用寿命大幅增加。以汽车涂料为例，耐候性测试支持了相关开发，使产品寿命延长了 100% 以上。

节省材料成本

正确的材料选择对产品性能和您的利润有着至关重要的影响。如果您购买的原材料便宜 10%，而性能却不受影响，您能节省多少钱？在某些情况下，正确的材料选择可以节省数十万美元，而耐候性测试可以让您有信心做出正确的选择。

避免灾难性的现场故障

另一方面，如果您购买了便宜 10% 的原材料，但导致产品无法使用，您需要付出多大代价？诉讼和大规模保修索赔可能会严重损害公司的利润和声誉。测试有助于避免此类错误。

还有很多！

老化和光稳定性测试可以帮助您满足客户规格、提高您的市场声誉、验证供应商声明、扩展您现有的产品线、进入新市场、超越竞争对手并领先于政府法规。

测试类型

重要的是要明白并非所有风化测试类型都有相同的目标。在制定测试程序时，应清楚了解需要获得哪些知识。下面的测试矩阵显示了从最简单到最复杂的不同测试类别：

大多数老化测试，至少在开始时，是 质量控制 测试——在固定时间间隔内进行的简短、明确的筛选测试，产生通过/失败结果。这与 合格 or 验证 测试，在测试中需要满足客户的规格才能获得验收。关联测试和预测测试需要户外数据，因此是更广泛的测试程序的一部分。 相关的 测试使用户外数据作为实验室测试中“排序”样本的参考 - 换句话说，确定哪些是性能最好的，哪些是耐候性较差的。 预测 测试根据实验室结果估计使用寿命，但高度依赖于材料、测试和故障模式，并且需要大量的户外测试数据。

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我们在 Q-Lab 收到的最常见问题是“加速老化试验箱中的小时数对应于户外（5、10、20）年？”

简短的回答是 实验室试验和加速老化试验之间没有简单、普遍的关系问题不在于我们还没有开发出完美的耐候试验机。无论你制造的耐候试验机多么复杂或昂贵，你仍然找不到“神奇数字”。最大的问题是户外暴露情况固有的变化性和复杂性，包括地理位置、天气变化、服务环境、测试条件等等。互易性，即辐照强度的增加会导致测试时间成比例减少的概念，通常 不成立。此外，简单地比较测试 辐射剂量 会导致错误，尤其是对于具有不同光谱特性的光源。

然而，全面的户外和加速老化测试计划可以生成的排序数据是非常有价值的信息，可以告诉你很多关于产品耐久性的信息。在 Q–Lab，我们在这里帮助您以最少的麻烦充分利用您的测试程序：这就是我们说 我们让测试变得简单.