陽光輻射試驗研究

太陽輻射試驗是一種人工模擬環境試驗,它模擬產品在地面或較低大氣層中使用或無遮
蔽貯存期間暴露在日輻射條件下受到的影響。太陽輻射對產品的影響主要是由加熱效應和光
化學效應產生的。
加熱效應主要是由太陽輻射能中紅外光譜部分產生的,主要引起產品短時高溫和局部過
熱,造成一些對溫度敏感的元器件失效,結構材料的機械破壞和絕緣材料的過熱損壞等。
光化學效應主要是由太陽輻射能中紫外光譜部分產生的,紫外光譜提供的光能量足以激
發有機材料分子使其健斷裂、降解或交互,從而使材料老化變質。當太陽輻射與溫度、濕度
等氣候因素綜合作用時,它的破壞更為明顯。zui易發現的損壞是變形、變色、失去光澤、粉
化、開裂等表面損壞,同時,其內在的機械性能和電氣性能也會隨之降低,從而使材料的使用
價值降低,甚至報廢。
一般加熱效應多采用循環方式：8小時連續照射，16小時保持黑暗，此24小時為一個循
環。而光化學效應多采用連續照射，光化學效應試驗用于研究長期暴露于日照對試驗樣品的
影響。通常試驗樣品表面接收大量日光(以及熱和濕氣) 后才開始產生光化學效應。因此,
該試驗是一種加速試驗,試驗溫度及輻射強度均采用熱氣候極值條件,每循環照射時間(20h
以上) 遠遠高于每天太陽照射的實際時間(約12h) 。若采用熱效應循環來考核試品的光化學
效應,可能要進行數月之久才能見效。因此,采用加速的方法,可以縮短再現長期暴曬累積效
應的時間。上海長肯設備針對太陽輻射試驗中的光化學效應進行解讀。幫您了解更多的專業知識。

1  術語
1.1 輻照度 E Irradiance
也稱為輻照強度，所有波長入射輻照的總量，以W/m 2 表示，因為輻照是按不同的波長
分布的，不同的光譜造成的光化學效應差異很大，所以不應采用不同的光源做比較。
也可以理解為：就是指地面上的單位面積單位時間內接收到的太陽輻射。
1.2 室內光 Indoor light
采用可減少波長 320nm 以下光譜輻照度的濾光器來模擬透過玻璃濾光后的日光。
1.3 室外光 Outdoor light
為了模擬直接的自然暴露，輻射光源必須經過過濾，以便提供與地球上的日光相似的光
譜能量分布。
1.4 黑標溫度 Black panel temperature
是指黑標表面所測到的溫度，它表示產品表面可能達到的zui高溫度。
1.5 暴露輻射能 H The Energy of Irradiance
試樣已經受暴露的輻射能的一種量度，可以由下式算出：
H=E*dt
式中：E—輻照度，W/m 2 ；
t—暴露時間，s；
H—暴露輻射能，J/m 2 ；
如果產品受輻射時，輻射度不變，則輻射能等于輻射度乘以輻射時間。

2  暴露光源選擇

2.1 輻射光源的種類
太陽輻射試驗主要有氙燈、熒光紫外燈（熒光燈）、碳弧燈三種類型的試驗設備，他們
都是從光能、溫度、降雨或凝露這幾種主要氣候因素進行模擬和強化的試驗。
2.2 三種光源的優缺點
1） 氙燈可以很方便地模擬白天光照，夜間凝露或降雨的反復交變試驗條件，其中氙
燈模擬太陽光譜較佳（見圖 1）；
2） 熒光燈也可以很方便地模擬白天光照，夜間凝露或降雨的反復交變試驗條件，熒
光燈氣候老化是模擬太陽光紫外光譜較接近的設備，加速老化效果更顯著；
3） 碳弧燈在某些情況下，經濾光器校正紫外輻射后，碳弧燈的輻射光譜分布可以接
近地表的自然光譜，但是碳弧燈的定位性差和壽命較短，并且存在碳弧體容
易燒毀的缺陷，即使采取碳弧體移動機構，連續點燃時間仍低于 5h，因
此此方法將逐漸被淘汰。
2.3 輻射光源過濾
直接從氙燈、碳弧燈和紫外熒光燈發出的輻射中含有大量的自然陽光中所沒有的短波紫
外輻射，那就需要選擇合適的濾光器進行濾光，有下圖可以看出氙燈的光譜zui為接近自然陽
光，故一般選用氙燈進行光照老化試驗。
M=空氣質量；M=1（當太陽在頭頂時）
圖 1 典型高壓氙燈輻射和太陽輻射比較

2.4 氙燈試驗光譜選擇
氙燈光譜范圍包括波長大于 270 nm 的紫外光、可見光和紅外輻射。
為了模擬直接的自然暴露，氙燈輻射經適當濾光后，以減少紫外短波輻射，并盡可能去
掉紅外輻射，其光譜能量分布與陽光中紫外、可見部分zui相似，可模擬室外光，見表 1；也
可以進一步濾掉短波，采用可減少波長 320nm 以下光譜輻照度的濾光器來模擬透過玻璃濾光
后的日光，可模擬室內光。