汽车工业氙灯加速老化测试方法及相关性

　　汽车工程协会(SAE)近已批准了两个新的以性能为基础的耐候性测试方法(SAEJ2412和SAEJ2527)，以取代旧的以硬件为基础的测试方法(SAEJ1885和SAEJ1960)。SAEJ2412和SAEJ2527方法描述了暴露条件和误差范围，而不是描述某个特定设备的构造。本报告基于克菜斯勒公司、巴斯夫公司和Q-Lab公司一项共同的合作研究。这项研究检验了以性能为基础的氙灯加速测试方法，并证明新的氙灯测试设备用于汽车测试的有效性。

　　在1989年以前，汽车行业没有一个专门的氙灯加速老化测试方法的国际标准。1989年，汽车工程协会(SAE)发布了J1960“水冷式氙灯汽车外饰件加速暴露测试”和SAEJ1885“水冷式氙灯汽车内饰件加速暴露测试”两项汽车材料耐候性测试标准。当时，SAEJ1960和J1885有利于汽车制造商统一测试条件。但是，这些老化测试标准基于特定型号的设备构造，指定了某生产商的两种型号设备。标准指定设备的要求产生了两个主要的后果：

　　a.阻碍了技术发展，使得设备制造商没有积极性去开发、生产更精确或更符合实际条件的老化试验箱；

　　b.形成垄断，导致测试设备价格与运行成本高昂。

　　汽车工业在许多领域引领世界，但在采用以性能为基础的老化测试标准方面却很滞后。在20世纪90年代后期.SAE协会开始认识到老化测试标准中这一缺陷，终发布了以下3个新的老化标准。

　　SAEJ2527“氙灯汽车外饰件加速暴露测试”，是一个以性能为基础的标准，取代J1960,2003年10月发布。

　　SAEJ2412“氙灯汽车内饰件加速暴露测试”，也是一个以性能为基础的标准，取代J1885，2004年2月发布。

　　SAEJ2413"检验新的氙灯测试设备性能的方法”，一种验证氙灯老化设备能否运行某一指定的加速暴露测试程序的方法，于2003年12月发布。

　　新的以性能为基础的老化标准和旧的以硬件为基础的标准之间的主要差别是，删除了所有指定生产商的内容，测试标准中涉及到生产商商标名称的部分被通用的定义所取代。

　　改变之一是，测试中所用的光学过滤器已被重新定义。旧的以硬件为基础的测试标准中，其光学过滤器要求“石英内过滤器和S型硼硅玻璃外过滤器”。测试标准中指定使用某一商标名称的过滤器可能使得购买过滤器更容易，但是它没有描述特殊型号过滤器产生的光谱。在新的以性能为基础的测试标准中，光学过滤器的商标名称被删除，取而代之的是对所需光谱功率分布(SPD)的叙述。

　　在发布这3个新的测试标准之前.2002年初，克莱斯勒、巴斯夫和Q-Lab公司共同开发了一个测试方案，以验证新的以性能为基础的SAE材料加速老化测试方法。对两种试验箱按照SAEJ2413验证方法进行试验，比较测试结果，得到关于两种类型试验箱的比较数据。两种试验箱是依照J1960运行的转鼓式试验箱(Ci65A型)和依照J2527运行的平板式试验箱(Q-SunXe-3-HS型)。

　　2001年7月，Ci65A停产后，这个验证的重要性变得更加明显。因为Ci65A已经停产，行业中不再能购买到任何符合旧的、以硬件为基础的SAE测试标准的氙灯老化试验箱。

　　以前，多数氙灯试验箱内在中间位置安装一根灯管，样品安装在一个圆柱形的样品架上，样品架围绕着灯管旋转(见图1)。这个构造通常被称作“转鼓”系统。近引进的氙灯试验箱包含了一个静止的、平板样品架系统(见图2)。

　　两种类型试验箱的设计目标之一，是在整个测试箱内产生均匀的辐照度、温度和湿度分布。实际上，完全的均匀性是不可能的，为了补偿这一点，在测试期间，调整所测样品位置(自动或手动)，以提高均匀性。转鼓式样品架在一维的水平方向上围绕着灯管自动地改变位置，但不能补偿垂直方向上辐照度、温度和湿度的不均匀性。

　　试验：

　　为了验证新的以性能为基础的老化标准，两种试验箱依照SAEJ2413中详述的步骤进行操作。这个新的测试方法用于检验氙灯老化试验箱运行SAEJ2412和SAEJ2527方法的可靠性。老化试验箱可靠性的验证通过几种技术来实现。

　　首先，必须证明老化试验箱能够符合指定的试验条件。此项研究中，J2413使用了J2527的试验条件。图3显示了一台AtlasCi65A的实际试验参数变化。而图4显示了Q-LabXe-3-HS的实际试验参数变化。粗线代表设定值，细线表示在老化箱内所测的实际值。

　　图3

　　图4

　　其次，需证明老化试验箱中的标准参考材料的降解特性符合预期，重复性和再现性都必须达到要求。重复性指在同一试验箱中运行多次，多次运行中标准参考材料降解程度的相同性。再现性是指在多个试验箱中运行同一测试，不同设备中标准参考材料降解程度的相同性。在这一试验中，使用聚苯乙烯薄片作为标准参考材料。聚苯乙烯薄片被SAE用作标准参考材料，关于其降解特性和误差，SAE标准材料委员会有详细说明。此次试验使用了第6批(lot.6)聚苯乙烯薄片来验证设备的重复性和再现性。

　　图5和图6分别提供了论证AtlasCi65A和Q-SunXe-3-HS氙灯老化试验箱的重复性的数据。图7和图8提供了论证3个AtlasCi65A和3个Q-SunXe-3-HS试验箱的再现性的数据。非常明显地，两种试验箱都能够满足J2413的要求。

　　SAEJ2413的后要求内容中，要求氙灯老化试验箱的生产商能够证明试验箱内的均匀性。箱体内均匀性的完整比较试验已经完成，并于2003年在捷克布拉格举行的届欧洲老化会议上公布了试验结果。由Fedor等人撰写的论文“氙灯试验箱内的均匀性(旋转式和平板式样品架之间的比较)”，针对多种标准参考材料，做了大量试验，并给出了测试结果分析，是迄今为止为全面的试验箱内均匀性研究。

　　与此次研究相关的是，通过运行SAEJ2527标准来考察Ci65A和Q-SunXe-3-HS的均匀性。在他们的试验中，在Ci65A中安装了9个聚苯乙烯标准参考薄片的试样，而在Q-SunXe-3-HS中安装了48个试样。每天测量颜色变化，并且记录Deltab*的数值。均匀性用变异系数的+2倍来表示，变异系数为标准偏差除以平均值。

　　他们的试验显示了旋转式氙灯设备的均匀性范围从+3%到±13%.而平板式氙灯设备的均匀性范围从±3%到±8%。运行SAEJ2527时.Ci65A的均匀性是±3%.Xe-3-HS的是±5%。

　　需要注意的是，均匀性值包含了标准参考材料本身的差异和测量误差。