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文章简介：广州中翔检测（www.zhongxiangjc.com）PTL5581保时捷汽车内饰塑料、纤维增强复合材料涂层技术要求与试验规范，等同大众 VW96457 配套标准；老化试验执行 PV1303 内饰氙灯方法，性能判定指标遵照 PTL5581 原厂限值，是保时捷车内普通涂装碳纤 / 玻纤件入厂强制验证标准
公司名称：广州中翔检测技术有限公司www.zhongxiangjc.com
纤维增强复合材料是由增强纤维材料，如玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维以及其他纤维，比方有亚麻、棉或竹纤维等，与基体材料（树脂基复合材料、金属基复合材料和陶瓷基复合材料）等经过缠绕，模压或拉挤等形成的复合材料。复合材料具有机械强度高、耐腐蚀、抗冲击等优良特性，因此广泛应用于航天航空、新能源汽车、轨道交通、海洋船舶、建筑、电子电工等领域。
复合材料应用领域
但随着时间的推移，复合材料易受到光照、温度和潮湿等环境因素的影响，导致其各项性能下降。所以光老化是评估复合材料在光照环境下耐老化性能的关键手段，通过模拟自然气候中的光照、温度、湿度等因素，加速复合材料老化的过程，预测其使用的寿命。目前紫外线老化测试、氙灯老化测试、碳弧灯老化测试是三种主流方法，其各自核心原理、适用场景以及标准都存在明显差异，今天我们从“氙灯老化测试”开始学习。
一、纤维增强复合材料氙灯老化测试概念
氙灯老化是一种模拟太阳光中紫外线（UV）、可见光和红外线（IR）的完整太阳光的全光谱（图一），通过过滤器调整光谱以匹配不同环境（如直射阳光或透过玻璃的光），并结合温度、湿度及周期循环（如光照、黑暗、喷水）来模拟自然气候条件，进行人工加速老化的测试方法。
图一 太阳光全光谱
其核心目的是在实验室可控环境下，通过数天或数周的测试，快速重现复合材料在真实户外环境中数月乃至数年才能发生的老化现象（如褪色、失光、粉化、开裂、强度下降等），从而评估复合材料的耐候性（耐久性）和可靠性。
二、纤维增强复合材料氙灯老化测试的方法
纤维增强复合材料氙灯老化测试使用氙灯老化实验箱，测试复合材料和复合产品的光稳定性和抗老化性,因为氙弧灯发出的光谱很接近完整的包括紫外线(UV)、可视光和红外线(IR)太阳光谱（图二）。
图二 氙灯模拟太阳光谱
为获得准确的测试结果,在进行光稳定性和抗老化性能测试时必须要控制光线的质量,光强的改变会影响复合材料损坏的速度,而光谱能量分布的改变则会影响复合材料降解的速度和类型。同时氙灯的发射情况是比较复杂的,因为它牵扯几个变量,包括滤光片过滤光线、辐照度控制点、发光强度以及灯管老化等。辐照度控制系统对光强和光谱都有影响。下面我们将分别就氙灯老化实验箱的几个主要控制参数分别学习。
2.1光学过滤器（滤光片）
未经滤光的氙灯会发射过多的短波紫外线，以致于不能很好地模拟地球表面的自然暴露。因此，氙灯老化实验箱使用不同类型的过滤器来减少不必要的短波射线，过滤器的选择取决于复合材料的使用环境（复合材料是放在室内还是户外）。
2.1.1圆柱形内外过滤器
圆柱形内外过滤器由内滤光器和外滤光器组合而成，这种设计不仅提高了过滤效率，还确保了实验箱内的光照均匀性。
举例：Atlas公司生产的Ci4000系列旋转鼓式氙灯老化实验箱以卓越的性能、稳定性和以最严格的国际测试标准而闻名。所以我们就以Ci4000旋转鼓式氙灯老化实验箱中Ci4000滤镜为代表，用图三来展现。
图三 Ci4000滤镜
日光过滤器
组合方式：硼硅玻璃/硼硅玻璃；
模拟环境：产生类似于夏日正午阳光的光谱；
主要应用：汽车外饰件（保险杠、后视镜）、户外建筑材料（屋面材料、涂料）、纺织品等直接日晒产品的测试。相关标准如ISO 4892-2, ASTM G155, SAE J2527。
窗玻璃滤光器
组合方式：硼硅玻璃/钠钙玻璃（最经典组合）。
模拟环境：透过窗玻璃的太阳光（如室内、车内环境）。
主要应用：汽车内饰件（仪表盘、座椅面料）、室内家具面料、塑料、印刷品、纺织品等。相关标准如ISO 105-B02, SAE J2412, VDA 75202。
紫外延展滤光器
组合方式：使用特殊的紫外玻璃。
模拟环境：用于需要增强紫外线曝露的极端测试。
主要应用：对紫外线极度敏感的材料或需要快速得出老化趋势的筛选测试。使用不如前两种普遍。
石英滤光器
组合方式：石英/石英。
模拟环境：非常特殊的应用，模拟外层空间或极高透光率的环境。
主要应用：航空航天材料、极少数特殊的光化学研究。在常规工业老化测试中非常罕见。
2.1.2窗玻璃滤镜
窗玻璃滤镜是平面式氙灯老化试验箱最常用配件，通常会为每个气冷氙灯配备一块或多块窗玻璃滤镜，能模拟阳光透过普通窗玻璃（如车窗、建筑窗户）后的光谱。
举例：美国Q-Lab公司生产的Q-Sun系列平面式氙灯老化试验箱以高性价比、节省空间、操作简便等特点而闻名，广泛应用于全球各地的实验室。所以我们以Q-Sun平面式氙灯老化实验箱的过滤器Q-Sun滤镜为代表用图四来展现。
图四 Q-Sun滤镜
2.2辐照度控制
任何类型的氙灯灯管的输出都会随着时间而衰减。先进的氙灯试验箱使用一个反馈回路控制系统对此进行补偿。有了该系统，操作人员可预设辐照度水平，而测试室中的辐照度传感器对光线进行测量。当灯管老化导致输出衰减时，系统会通过增加氙灯功率来进行自动补偿。理论上，光线强度可以在氙灯光谱的任意位置进行监控，但通常使用辐照度控制点340 nm、420nm、300-400nm三个波段。一般在复合材料最为敏感的光谱区进行辐照度控制。此外辐照度控制点还因为行业，应用的不同而改变。
340nm辐照度控制点
图五 340nm辐照度控制点
340nm 辐照度控制点（图五）广泛应用于加速老化测试中，对于户外耐久性产品的老化测试来说，短波紫外线区域更具有危险性。340nm 控制要求带有一个装备有过滤器的紫外线传感器，它只允许以 340nm 为中性的狭窄波段通过。通常，这对于涂料、塑料屋面材料等是理想的控制点。最常见的辐照度控制点是0.35 或0.55w/m2/nm@340nm。
420nm辐照度控制点
图六 420nm辐照度控制点
420nm 辐照度控制点（图六）一般与窗玻璃过滤器配套用于材料的室内光稳定性测试。对420nm 的控制，要求紫外线传感器装备有一个滤光器，它只允许以 420nm 为中心的紫外线窄带通过。该系统测试对象，通常是那些主要由长波紫外线和可视光照成损坏的材料，比方:针织品中的染料和色素，纸张和油墨。室内模拟的最常见的辐照度设置点是 1.10w/m2/nm@420nm。
总而言之，建议定期更换灯管会减少灯管老化的影响。通过使用将辐照度控制在340nm 或者 420nm 的传感器在特定区域光谱改变量会被进一步减小。
2.3喷淋
平面式氙灯老化实验箱和旋转鼓式氙灯老化实验箱都能通过测试样品喷淋水来模拟户外潮湿效果。这一方法对于模拟热冲击或机械腐蚀特别有效。
在平板式氙灯老化实验箱（图七）内测试样品被安装在一个平面样品的托盘上，水平倾斜5度。喷淋水能均匀地喷洒到样品的表面，同时由于样品放置接近水平，水不会很快流走，样品在整个潮湿循环周期中都保持潮湿。
图七 平板式氙灯老化实验箱
旋转鼓式氙灯老化实验箱（图八）有一个喷淋条和喷嘴，当旋转的样品经过时，向样品喷水。每分钟内，样品约有3秒处于潮湿状态。某些试验箱有2个喷淋条，可以在样品的正反面同时喷水。由于样品垂直放置，水会很快从表面流走。在潮湿间隙，样品有可能在转离喷淋位置后变干。
图八 转鼓式氙灯老化实验箱
2.4 相对湿度控制
对于许多材料而言,相对湿度(RH)的控制是很关键的,大多数的测试标准都有相对湿度控制的要求。旋转鼓型氙灯老化试验箱和平板型试验箱都可加装相对湿度控制系统。因为大量的空气必须在测试室中流动以保持测试温度,所以对相对湿度的控制是比较困难的。要控制相对湿度,必须监控测试室空气的温度。平板型氙灯老化试验箱的相对湿度控制系统超过了ISO,ASTM,AATCC和SAE测试标准的要求,并广泛地运用在户外曝晒测试中。
2.5 温度控制
温度控制是一个关键的却经常被忽视的测试参数。旋转鼓式和平板型实验箱通常通过控制黑板温度来控制测试环境。黑板温度计（图九）是一块涂有黑色涂层、耐腐蚀的金属面板,它带有附着在表面的温度传感元件,这些元件被称作“非绝缘黑板”。两种类型的试验箱中都可装有绝缘的黑板温度计(在ISO标准中被叫做“黑标温度”)。这些被装在一个绝缘塑料座上,通常绝缘的黑板比非绝缘黑板高5°~10°。
图九 黑板温度计
三、纤维增强复合材料氙灯老化测试设备
氙灯老化实验箱也叫氙灯老化箱，是一种利用氙气灯模拟全光谱太阳光，并能同时控制温度、湿度和喷淋等条件的高精度环境模拟设备。氙灯老化实验箱可以从设备结构、冷却方式，二个核心点进行分类。其中，设备结构是目前主流分类方式。
3.1设备结构分类
3.1.1转鼓式/旋转鼓式氙灯老化实验箱
工作原理：样品垂直安装在围绕中心氙灯旋转的圆柱形样品架上，形成一个“鼓”（图十）。样品在旋转中依次经过光照区（氙灯照射）和暗循环区（喷淋、冷凝）。
图十 转鼓式氙灯老化实验箱
优点：样品架旋转确保了每个样品接受的光照、温度、湿度条件高度一致，均匀性；空间利用率高，适合大量小样品同时测试。
缺点：样品安装需要特定夹具，通常不适合测试整个成品或大型部件。
应用：广泛应用于塑料、涂料、纺织品、油墨等标准样板的测试。是材料实验室中最常见的类型。
3.1.2平板式/平面式氙灯老化实验箱
工作原理：样品水平或垂直放置在静态的平面样品架上（图十一），氙灯位于样品上方。喷淋和冷凝在同一个平面内完成。
优点：非常适合测试整个成品（如手机、汽车零部件、外部装饰件）、不规则物件或需要保持特定朝向的样品，样品安装灵活。
缺点：与转鼓式相比，光照和温度的均匀性控制更具挑战性，需要更精密的光学设计。通常容量相对较小。
应用：汽车工业（整车部件）、电子电器、建筑材料等成品或大尺寸样品的测试。
图十一 平板式/平面式氙灯老化实验箱
3.1.3.台式/紧凑型氙灯老化实验箱
工作原理：通常是小型化的平板式（图十二）或简化版的转鼓式设备。
优点：体积小，价格低，适用于基础研究、质量控制和教学。
缺点：通常功能简化（如辐照度控制不、过滤器选项少），均匀性和控制精度不如大型设备。
应用：预算有限的入门级用户、小批量样品测试、教育演示。
图十二 台式/紧凑型氙灯老化实验箱
3.2按冷却方式分类
这关系到设备的运行成本、复杂性和散热效率。
3.2.1. 水冷式氙灯老化实验箱
原理：利用循环冷却水对氙灯灯管和过滤器进行冷却。
优点：冷却效率高，能稳定大功率氙灯（如6KW）的运行；灯管寿命相对较长；运行噪音较低。
缺点：需要外接冷却水系统（或冷水机），安装复杂，成本较高。
3.2.2. 风冷式氙灯老化实验箱
原理：通过大功率风扇和空气对氙灯灯管进行冷却。
优点：无需外接水冷，安装简便，移动灵活，总体成本较低。
缺点：冷却能力有限，通常用于低功率氙灯（如1.5KW-3KW）；噪音较大；灯管寿命可能略短于水冷式。
应用：主要用于小型台式或紧凑型设备。
四、纤维增强复合材料氙灯老化后各项性能试验
在氙灯老化试验后，需要对复合材料的性能进行测试，比对，以评估其老化程度。
4.1外观检查
外观检查是通过观察材料样品的颜色、光泽、表面状态等变化，来评估其老化程度。
4.2.物理性能变化
氙灯光照后使复合材料物理性能发生变化，通过以下几个方面来评估其老化程度：
1）力学性能：氙灯光照后导致复合材料力学性能下降，举例：拉伸强度、弯曲强度、剪切强度等；
2）热性能：氙灯光照后导致复合材料性能发生变化，举例：热膨胀系数、热稳定性等；
3）电性能：氙灯光照后导致复合材料电性能发生变化，比方绝缘电阻、介电常数等；
4.3化学性能变化
氙灯光照后导致复合材料化学性能发生变化，比方耐化学腐蚀性、耐溶剂性等来评估其老化程度。
五、纤维增强复合材料氙灯老化测试适用标准：
德国保时捷汽车公司企业标准：
PTL 5580：保时捷汽车外饰件塑料及纤维增强复合材料涂装-氙灯耐候老化试验规范；
PTL 5581: 保时捷汽车内饰塑料件与纤维增强复合材料涂层技术要求及氙灯耐候老化试验规范；
PTL 5538：汽车内饰木质、碳纤维、钢琴高光漆面、金属装饰件涂层技术要求与试验规范；
公司简介：
广州中翔检测技术有限公司，实验室位于特区深圳，专注于为客户提供金属材料制品，塑料橡胶制品，仓储货架，汽车零部件，轨道交通部件，紧固件，油漆涂料,电子元器件等产品的检验，鉴定，认证及研发等专业技术服务，服务对象涉及基础工业，港口机械，物流仓储，新能源，汽车，电力设施，航空航天及教育科研等领域。中翔检测多年来扎根于珠三角，服务于全国，依托专业的实验室技术人员，先进的检测方法，协助客户解决研发，生产，验收，贸易等多个环节的技术问题。中翔检测作为一家独立，专业，严谨，诚信的第三方检测机构，秉承着为客户提供优质服务的企业理念，是您值得信赖的合作伙伴。