汽車材料的碳弧燈老化試驗是一種用于模擬和加速材料在戶外陽光、雨水和露水等氣候環(huán)境因素下老化過程的實驗室測試方法。盡管近年來氙燈老化試驗已成為主流，但碳弧燈試驗（特別是封閉式碳弧燈）在部分行業(yè)標準和特定材料評估中仍有應用。
以下是關于汽車材料碳弧燈老化試驗的介紹：
1. 什么是碳弧燈老化試驗？
原理：利用兩根碳棒之間產(chǎn)生的電弧作為光源，模擬太陽光中的紫外（UV）和可見光部分。電弧產(chǎn)生的光譜能量分布與太陽光有相似之處，尤其在紫外區(qū)域有較強的輸出。
類型：
開放式碳弧燈（Open Flame Carbon Arc）：早期技術，光源暴露在空氣中，光譜波動大，與自然日光相關性較差，現(xiàn)已基本被淘汰。
封閉式碳弧燈（Enclosed Carbon Arc / Fadedometer）：碳棒被置于一個由硼硅酸鹽玻璃制成的圓柱形濾光罩內(nèi)，能更好地控制光譜輸出，與日光（特別是透過玻璃的日光）有較好的相關性，是前仍被部分標準采用的類型。
2. 在汽車行業(yè)中的應用與意義
評估材料耐候性：用于測試汽車內(nèi)外飾材料在長期光照下的：
顏色變化（褪色、變色）
光澤度下降
粉化、開裂、起泡、脆化等物理性能劣化
主要測試材料：
外飾件：保險杠、格柵、后視鏡外殼、燈罩、密封條等（暴露在直射陽光下）。
內(nèi)飾件：儀表板、門板、座椅面料、頂棚、塑料件等（暴露在透過擋風玻璃的陽光下，光譜以長波UV和可見光為主，封閉式碳弧燈更貼近此環(huán)境）。
質(zhì)量控制與研發(fā)：用于新材料篩選、配方優(yōu)化、供應商質(zhì)量控制和產(chǎn)品壽命預測。
3. 主要測試標準
汽車制造商通常有自己嚴格的內(nèi)部標準，許多仍包含或允許使用碳弧燈方法，尤其是針對內(nèi)飾材料。常見標準包括：
SAE J1960：美國汽車工程師學會標準，規(guī)定了使用封閉式碳弧燈進行汽車外飾材料加速暴露試驗的程序。是碳弧燈在汽車行業(yè)最著名的標準之一。
GMW 3420（通用汽車）：材料耐候性測試標準，包含多種方法，歷史上曾廣泛使用碳弧燈，現(xiàn)已更多轉向氙燈，但部分材料仍可參考。
TSM 0503G（豐田）：豐田材料標準，包含耐光性測試，部分方法基于碳弧燈。
ES-X6T8800（福特）：福特工程標準，規(guī)定了內(nèi)飾和外飾材料的耐候性要求。
DIN 75220（德國工業(yè)標準）：汽車內(nèi)飾件耐光色牢度測試，使用碳弧燈。
JIS D 0205（日本工業(yè)標準）：汽車零件耐候性試驗方法。
注意：許多主機廠的新標準已轉向氙燈老化試驗（如SAE J2527、ISO 4665、GMW 14872等），因其光譜更接近太陽光，控制更精確，結果更可靠。
4. 典型測試條件（以SAE J1960為例）
光源：封閉式碳弧燈
濾光罩：硼硅酸鹽玻璃（過濾掉部分短波紫外線）
黑板溫度：約63°C
箱體空氣溫度：約38°C
相對濕度：約50%
噴水周期：周期性噴水（模擬雨水），如18分鐘噴水 / 102分鐘光照
輻照度：通常不直接控制（與氙燈不同），而是通過溫度和時間控制。
測試周期：根據(jù)材料和要求，從數(shù)百小時到上千小時不等。
5. 試驗后評估項目
色差（ΔE）：使用分光光度計測量試驗前后顏色變化，ΔE值越小越好。
灰度等級：評估變色和沾色程度（多用于紡織品）。
光澤度保持率：測量表面光澤損失。
外觀檢查：目視或顯微鏡檢查是否有裂紋、起泡、粉化、剝落等。
機械性能：測試拉伸強度、沖擊強度等是否下降。
6. 碳弧燈 vs. 氙燈：主要區(qū)別
| 特性 | 封閉式碳弧燈 | 氙燈 |
|---|---|---|
| 光譜分布 | 在350–400nm有較強輸出，缺少短波UV和紅外，與透過玻璃的日光較接近 | 光譜最接近太陽光，可加濾光片模擬不同環(huán)境（戶外直射、透過玻璃等） |
| 輻照度控制 | 通常不控制，靠溫度和時間 | 可精確控制特定波段的輻照度（如0.35或0.55 W/m2 @ 340nm） |
| 相關性 | 與某些內(nèi)飾材料老化相關性較好 | 與大多數(shù)材料的戶外老化相關性更優(yōu) |
| 標準化程度 | 部分老標準仍在使用 | 現(xiàn)代汽車標準主流，更精確、可重復性好 |
| 應用趨勢 | 逐漸被氙燈取代，但在特定領域（如部分內(nèi)飾測試）仍有使用 | 當前主流，廣泛用于全球汽車行業(yè) |
7. 總結與建議
歷史地位：碳弧燈是早期人工加速老化技術的代表，在汽車工業(yè)發(fā)展史上發(fā)揮了重要作用。
當前應用：雖然氙燈試驗已成為汽車材料耐候性測試的主流和首選，但碳弧燈試驗仍在一些傳統(tǒng)標準、特定主機廠要求或內(nèi)飾材料評估中使用。
選型建議：
進行測試前，必須明確客戶或標準要求（是碳弧燈還是氙燈）。
對于新產(chǎn)品開發(fā)和全球項目，優(yōu)先參考基于氙燈的標準（如SAE J2527）。
如果標準要求碳弧燈，則需嚴格按照SAE J1960等規(guī)范執(zhí)行。
局限性認知：需認識到碳弧燈的光譜局限性，其測試結果不能完全代表所有戶外老化行為，尤其是對短波紫外線敏感的材料。
結論：汽車材料碳弧燈老化試驗是一種經(jīng)典的加速老化方法，尤其在評估內(nèi)飾件耐光性方面仍有價值。但隨著技術進步，氙燈老化試驗因其更高的真實性和可控性，已成為現(xiàn)代汽車行業(yè)的標準配置。工程師應根據(jù)具體材料、應用場景和客戶要求，選擇最合適的測試方法。