户外产品不仅要受到热量和湿度的影响，还要受到太阳辐射的影响，这是最快且最难模拟的材料降解剂。 IEC 60068-2-5（试验 Sa）是一项模拟地面太阳辐射的试验，用于评估材料老化和评估辐射的热效应。
本文解释了 Sa 试验、必须记录的参数、材料的失效机制以及从加速试验到户外寿命的外推限制。
1. 太阳辐射试验可以回答哪些问题？
- 塑料材料、油漆、橡胶和标签在受到辐射时是否会变质（变色、变脆、破裂、剥落）？
- 由于辐射吸收，设备表面温度和内部温度增加了多少？
- 在强辐射的昼夜循环中，设备是否仍能正常运行？
- 哪个部分是最热点？它是否超出了材料限制？
与纯温度试验不同，辐射选择性地作用于材料和颜色：在相同条件下，深色、高吸收性表面将明显比浅色表面更热。
2. 与露天自然干燥有何不同？
| 方面 | 在试验箱里试试 Sa | 户外自然晾干 |
|---|---|---|
| 控制条件 | 是：辐射、温度、湿度、周期均可控 | 否：取决于天气、季节、地理位置 |
| 时间 | 更短（几周/几个月而不是几年） | 很长，也许很多年 |
| 再现性 | 高 | 低 |
| 代表现实 | 想要推断长寿，就必须验证相关性 | 代理组合最高，但难以比较 |
| 成本 | 设备要求高，时间要求低 | 设备少，准时率高 |
3. 三种常见用途
| 目的 | 怎么做 | 评价标准 |
|---|---|---|
| 材料劣化评估 | 在昼/夜循环后将材料样品长时间暴露在辐射下 | 颜色、光泽、拉伸强度、脆性、表面开裂的变化 |
| 评估辐射的热效应 | 将辐射照射到设备上，测量点温度 | 表面和内部温度，与空气温度的差异 |
| 户外装备评论 | 将辐射与昼夜循环和设备操作相结合 | 功能、参数、局部过热现象 |
4. 记录参数
| 参数 | 为什么它很重要？ |
|---|---|
| 辐射强度（W/m²） | 确定热负荷和材料降解率 |
| 光谱分布（波长范围） | 紫外线比红外线更容易造成塑料降解；不同的光谱给出不同的结果 |
| 光/暗循环 | 模拟昼/夜循环，这会影响材料疲劳和温度 |
| 室温度或空气温度 | 高温加速老化；需要记录来区分热效应和辐射效应 |
| 相对湿度 | 湿度与辐射和热量相结合会导致加速老化 |
| 总辐射剂量或暴露时间 | 是试验之间比较的基础 |
| 样品位置和方向 | 样品倾斜或平坦，其面向光源的方向都会影响接收剂量 |
关于辐射水平，标准提供了水平和频谱分布表供选择；通常用于模拟峰值地面条件的总辐射水平约为 1,120 W/m²。企业需要比较逐字标准和所需文件，以选择合适的级别和应用范围。
5. 按材料分类的失效机理
| 材料/细节 | 机制 | 标志 |
|---|---|---|
| 工程塑料、设备外壳 | 由于紫外线和氧化而导致聚合物链分解 | 变色、表面粉化、脆化、开裂 |
| 油漆、涂料 | 失去连接、层剥落 | 剥落、失去光泽、露出粉底 |
| 橡胶、垫片 | 老化、失去弹性 | 坚硬、龟裂、失去密封性 |
| 标签、油墨 | 变色、墨迹飞扬 | 无法读取、标签剥落 |
| 屏幕、偏光层 | 透明度降低、变色 | 对比度降低、泛黄 |
| 暗部细节 | 辐射吸收大，局部温度高 | 变形、软塑料、附近部件劣化 |
6. 推断户外寿命时的局限性
需要注意的是：加速辐射试验并不能自动表明户外寿命。要推断，您需要：
- 室内的光谱和辐射强度与使用地点的条件之间存在相关性。
- 考虑户外共存的其他因素：水分、盐分、粉尘、热循环和雨水。
- 考虑到老化的机制：辐射加速可能会触发与多年户外老化不同的机制。
- 如果您想给出寿命数字，可以使用实际户外暴露的控制数据。
因此，Sa 试验结果应被解释为在规定条件下抗辐射性能的证据，而不是关于户外使用年限的结论。
7. 常见错误
- 不记录辐射光谱，仅记录总强度 — 这两个试验对材料的影响可能完全不同。
- 没有记录温度和湿度，使得不可能将辐射的影响与热/湿度的影响分开。
- 仅用肉眼检查外观，忽略机械性能的恶化和轻微的颜色变化。
- 不要以有代表性的方向和角度放置样品，导致样品之间收到的剂量不同。
- 直接从试验持续时间推断预期寿命，没有相关数据。
- 没有照片或对照样品，失去比较的能力。
8. 常见问题
选取 Sa 可以代替户外晾晒吗？
不是。选取萨缩短了时间并控制了条件，但并没有完全重现户外特工的组合。这两种方式是相辅相成的。
室内设备需要进行 Sa 试验吗？
室内使用通常不需要。但如果产品在阳光充足的地方运输、储存或临时使用，则可能有必要。
太阳辐射会增加设备温度吗？
是的，这是对电气和电子设备最重要的影响。吸收辐射的表面温度可能明显高于空气温度。
应选择什么辐射水平？
根据要求或行业标准，通常对应于使用地点的最高条件。有必要逐字比较标准并明确说明所选级别。
选取 Sa 需要多长时间？
取决于目标：热评估在峰值辐照度下可能只需要几个小时；材料降解评估需要持续数百小时的周期。没有共同时间。
Sa 试验可以与热湿试验结合吗？
是的，在现实中，户外总是两者兼而有之。但需要检查设备承受能力并清楚记录程序，因为高湿度会影响照明系统和实验室的稳定性。
9. 结论
太阳辐射试验是所有户外产品的必要试验，但也是一个容易被过度解读的试验。结果仅在记录完整强度、光谱、周期、温度、湿度和总暴露时间时有效。
要做的三件事：记下试验的所有七个参数；必要时通过视觉和机械性能试验来评估材料；在没有相关数据的情况下，请勿推断户外寿命。
参考资料
- IEC 60068-2-5 — 试验 Sa：模拟地面太阳辐射。
- IEC 60068-1 — 一般规定和指南。
- IEC 60068-2-9 — 太阳辐射试验指南（相关指导文件）。
- IEC 60068-2-78 和 2-30 — 需要结合室外条件时进行湿热试验。
- TCVN 7699-2-5 — 相应的国家版本（如果有）。
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