在材料耐候性测试领域，人工加速老化试验是评估产品在户外长期暴露后性能变化的关键手段。虽然氙灯老化测试因其光谱高度匹配太阳光而成为现代主流，但碳弧灯老化试验（Carbon Arc Weathering Test）作为最早应用于人工气候老化的技术之一，在历史上扮演了重要角色，并在特定行业和标准中仍有应用。了解其工作原理，有助于理解材料老化测试的发展脉络和特定测试结果的背景。
一、 什么是碳弧灯老化试验？
碳弧灯老化试验是一种利用碳棒电极之间产生的电弧作为光源的人工气候老化试验方法。它通过模拟太阳光（特别是紫外线部分）对材料的照射作用，结合可控的温度和湿度环境，在实验室中加速材料的光氧化、褪色、粉化、开裂等老化过程。
尽管其光谱特性存在局限，且已逐渐被更先进的氙灯技术所取代，但碳弧灯试验仍在一些传统行业（如某些涂料、纺织品标准）和历史数据对比中具有参考价值。
二、 碳弧灯老化试验的核心原理
碳弧灯老化试验的原理基于电弧放电发光和环境因素协同作用，旨在模拟并加速户外日光对材料的破坏效应。
1. 光源：碳弧灯——最早的“人造太阳”
工作原理：
碳弧灯由一对水平或垂直放置的碳棒（电极）构成。当在碳棒间施加高电压并使其轻微接触后分离，电流会击穿空气，在碳棒尖端之间形成高温、高亮度的电弧。
电弧中心温度可高达3500°C以上，发出强烈的光和热。这种光主要来源于碳棒尖端的炽热（黑体辐射）和电弧等离子体的辐射。
光谱特性：
关键局限： 碳弧灯光谱与真实太阳光谱存在显著差异。其能量主要集中在短波长区域，尤其是在300nm以下的紫外光（UVC和部分UVB） 有较强的辐射。
问题所在： 地球大气层（特别是臭氧层）会完全吸收波长小于295nm的太阳紫外线。因此，到达地面的太阳光中不含UVC，且UVB含量有限。碳弧灯过强的短波紫外线会对材料造成过度且不真实的降解，导致测试结果与实际户外暴晒的相关性较差。
改进： 为了改善光谱匹配度，发展出了封闭式碳弧灯（Enclosed Carbon Arc）。它通过使用硼硅酸盐玻璃管将碳弧封闭起来，这种玻璃能吸收部分有害的短波紫外线，使输出光谱更接近太阳光，但仍不如氙灯精确。
2. 环境控制：模拟热与湿的影响
与现代老化试验箱类似，碳弧灯设备也具备一定的环境控制能力，以模拟户外多因素的协同老化效应：
温度控制： 设备通过调节电弧功率和箱体空气循环，控制试验箱内的空气温度和样品表面温度（通常用黑板温度计测量）。高温会加速材料的热氧化和化学反应速率。
湿度控制： 部分高级设备可控制箱内相对湿度。高湿度环境会促进水解反应、影响涂层性能，并模拟露水的影响。
喷淋系统（部分设备）： 一些碳弧灯试验箱配备喷淋装置，可定时向样品喷水，模拟雨水冲刷和热冲击效应，加速物理老化（如起泡、开裂）。
3. 加速老化机制
碳弧灯试验的“加速”主要依赖于：
高强度紫外线辐射： 尤其是过量的短波紫外线，能快速破坏材料的分子键（如聚合物链断裂、颜料褪色）。
持续光照： 可以实现24小时不间断照射，远超自然环境中每日的有效光照时间。
综合环境应力： 光、热、湿（及喷淋）的共同作用，模拟了户外老化的复杂性。
三、 常用标准与应用
主要标准：
ASTM G152: 暴露于开放式碳弧灯下的非金属材料的老化试验标准实施规程。
ASTM G153: 暴露于封闭式碳弧灯下的非金属材料的老化试验标准实施规程。
典型应用：
历史上广泛应用于涂料、清漆、塑料、纺织品等材料的耐候性评估。
在一些行业内部标准或历史规范中仍有引用，用于与历史数据进行对比。
由于其“严苛”的特性，有时被用作一种筛选性试验，快速识别耐候性极差的材料。