紫外老化试验箱冷凝喷淋的工作原理

核心区别：模拟的水形式与作用机理

一、 冷凝功能工作原理：模拟“露水"

冷凝的目的是在样品表面形成一层均匀、稳定、持续的液态水膜，模拟夜晚或清晨的结露现象。

1. 核心原理：温差凝结
利用 “湿热空气遇到冷的表面会凝结成水" 这一物理现象（类似冬天室内玻璃起雾）。

2. 系统组成与工作流程：

• 加热水盘：位于箱体底部，内置电加热器，加热去离子水产生纯净的饱和水蒸气。

• 样品架（关键）：样品被安装在独立的样品架上，而样品架的温度通过试验箱背部或内部的冷却系统，保持低于箱内蒸汽温度。

• 工作循环（通常在“黑暗阶段"）：

1. 加热器将水盘加热至约40-60°C，产生大量湿热蒸汽。

2. 蒸汽使箱内相对湿度迅速升至100%。

3. 这100%湿度的热空气接触到温度较低的样品表面时，立即冷凝，形成一层均匀的、几乎无杂质的蒸馏水膜。

4. 由于样品架持续冷却，这层水膜可以在整个冷凝周期（通常2-4小时）内稳定存在，使样品处于持续浸泡状态。

5. 冷凝阶段结束，转入光照阶段，水分蒸发，完成一个干湿循环。

3. 技术要点与意义：

• 样品表面必须更冷：这是冷凝发生的关键。如果样品温度和蒸汽温度一样，就不会凝结。

• 模拟最严酷的潮湿：这种长期、静态的液态水接触，比单纯的高湿度（气态水）对材料的破坏力强得多。它能有效地：

• 渗透材料内部，引发聚合物链的水解反应（化学破坏）。

• 导致涂层、塑料等材料溶胀，产生内应力。

• 溶解并萃取出材料中的可溶成分（如增塑剂、稳定剂），加速老化。

二、 喷淋功能工作原理：模拟“雨水"

喷淋的目的是用有压水流直接冲击样品表面，模拟雨水冲刷造成的热冲击和机械侵蚀。

1. 核心原理：机械喷射与热冲击
通过外部泵送系统，将冷却的水直接喷洒到样品表面。

2. 系统组成与工作流程：

• 储水箱与泵：独立的去离子水储水箱，通过耐腐蚀泵提供稳定压力。

• 喷嘴阵列：在试验箱侧壁或顶部安装有一排或多排精密喷嘴。

• 喷淋控制阀：由程序控制的电磁阀，精确控制喷淋的开启和关闭。

• 工作循环（通常在“光照阶段"穿插进行）：

1. 根据预设程序（如每光照60分钟喷淋5分钟），控制器打开电磁阀。

2. 水泵启动，将冷却的去离子水（通常为室温或更低）通过喷嘴雾化后，喷射到处于高温（光照下，黑板温度可达50-70°C） 的样品表面。

3. 喷射形成的水滴对样品表面产生轻微的机械冲刷力。

4. 最关键的是：冷水与高温样品表面接触，造成剧烈的、瞬间的温度变化（热冲击）。

5. 喷淋停止后，水分蒸发，表面温度回升。

3. 技术要点与意义：

• 水质要求高：必须使用去离子水或纯水，防止水垢堵塞喷嘴或在样品上留下矿物污渍。

• 模拟多重效应：

• 热应力：快速冷却和重新加热产生的膨胀与收缩，易导致涂层开裂、剥落。

• 侵蚀与清洗：冲刷掉表面已粉化的涂层或降解产物，暴露出下层新材料继续接受紫外线攻击，加速整体降解过程。

• 模拟实际环境：对于汽车、建筑外墙等直接暴露于雨水的材料，喷淋是重要的测试环节。

三、 综合应用：测试循环设计

在实际测试标准（如SAE J2020， ASTM G154 中的某些循环）中，冷凝和喷淋常被组合使用，以模拟更复杂的户外环境。

• 经典循环示例：

• 阶段1 (4小时)：UVA光照 @ 60°C（高温、干燥、紫外线）。

• 阶段2 (4小时)：冷凝 @ 50°C（黑暗、高温、100%湿度）。

• 在阶段1中，可每120分钟穿插5分钟的喷淋（模拟日照中突降暴雨）。

总结

冷凝和喷淋是紫外老化箱模拟“水"这一破坏因素的两种截然不同但相辅相成的手段：

• 冷凝是化学性的、温和而持久的浸泡，主要攻击材料内部。

• 喷淋是物理性的、剧烈而短暂的冲击，主要攻击材料表面和界面。

正确理解并应用这两种功能，能够极大地提高测试结果与户外实际失效模式（如涂层起泡、开裂、粉化）的相关性，使实验室加速老化测试更具预测价值。