对于玻璃、塑料、涂层以及各类户外使用产品,长期太阳辐射可能带来表面温升、颜色变化、材料性能改变等影响。
在实验室开展太阳辐射试验,通常需要通过人工光源模拟自然太阳辐射,并根据测试目标控制辐照度、温度、湿度及光照时间。
但光照强度达到要求,就意味着模拟出了真实的太阳光吗?
答案并不完全如此。要让太阳辐射试验具有参考价值,还需要关注光源的光谱特性、试验程序以及试件实际受到的环境作用。
1、同样是1120 W/m²,为什么试验结果可能不同?
太阳辐射不是单一波长的光,而是由紫外线、可见光和红外线等不同波段组成。
不同波段对材料的作用有所差异。
紫外线可能引起材料内部的光化学反应,是部分材料出现黄变、褪色及性能变化的重要影响因素;可见光参与材料的光照响应;红外线则与辐射能量吸收及表面温升密切相关。
GB/T 2423.24-2022不仅规定太阳辐射的总辐照度,还对光谱分布提出了要求:紫外线B、紫外线A、可见光和红外线分别占总辐射的0.4%、6.4%、55.4%和37.8%。

如果只控制总辐照度,却不关注各波段的能量分配,就可能出现总能量相同、实际材料响应却不相同的情况。
对于材料研发而言,这意味着太阳辐射试验不能简单地比较灯光有多强,还要关注光源的光谱特性是否适合预定的试验目标。
2、太阳辐射试验,为什么还有光照和黑暗周期?
自然环境中的太阳辐射并不是全天候保持不变。白天接受日照,夜间停止日照,产品在这样的过程中还会经历温度变化。如果实验室只进行连续光照,就可能忽略周期性热应力带来的影响。
GB/T 2423.24-2022的Sa热效应试验设置了三种程序:
Sa1:每天8小时光照,16小时黑暗。
通过光照与黑暗交替,模拟日照和夜间变化带来的周期性热作用。
Sa2:每天20小时光照,4小时黑暗。
延长光照时间,改变每天的辐射暴露周期。
Sa3:连续光照。
整个试验期间持续接受辐射,不设置周期性黑暗阶段。
Sa3可能掩盖周期性热应力造成的降解效应,因此通常适用于不重点考察周期性热应力、主要评价光化学效应的情况,也适用于热容量较小的试件。

3、光照温度箱内空气温度与黑板温度,有什么区别?
太阳辐射试验中,箱内空气温度与试件表面温度并不是同一个概念。
试件受到光照后,会吸收部分辐射能量并产生温升。不同材料的颜色、表面反射率、吸收能力和热容量不同,即使处于同样的辐射环境中,表面温度也可能存在差异。
例如,两块尺寸相同的材料,一块是深色表面,另一块是浅色表面。在相同的辐照条件下,它们吸收的辐射能量可能不同,最终形成不同的表面温度。
箱内空气温度:反映试验空间内的环境温度。
黑板温度或黑标准温度:用于表征和控制试件受辐射后的表面热效应。
4、TEMAK太阳辐射模拟方案
针对材料及产品在太阳辐射环境下的测试需求,TEMAK配置了太阳辐射模拟试验箱,将辐射光源与温湿度控制系统结合,为不同试验条件提供相应的环境模拟能力。

设备采用金属卤素灯,光谱范围覆盖280~3000nm,辐照强度600~1200W/m²可调。结合不同测试目标,可以设置相应的辐照条件。
设备具有温度和湿度调节能力。辐射开启后,温度控制范围为-20℃~+80℃,相对湿度范围为10%RH~75%RH,为需要结合光照与温湿度条件进行的试验提供环境支持。

(试验区)
设备配置可活动调整的栅格置物架及SUS304不锈钢置物架,辐照工作面积不小于800mm×1200mm。通过调整试件摆放位置及间距,可以适应不同尺寸试件的装载需求。
设备两侧箱门分别设置可开合的玻璃观察视窗,对于持续时间较长的辐射试验,操作人员可以通过观察窗查看箱内试件状态。