塑料自然气候暴露试验（GB/T 3681-2011）：暴露方法项目介绍

技术概述

无论实验室加速试验如何设计，最终都要回答一个问题：材料在真实气候中能撑多久。自然气候暴露试验把试样放到户外，直接接受太阳辐射、温度变化、雨水、凝露、风与大气污染物的综合作用，是最接近实际使用状态的老化方式。它的优点是机理真实、结果可信；缺点是周期长，往往以年计，且受地点与年份气候波动影响，重复性不如实验室试验。

GB/T 3681-2011 规定了塑料在自然日光下暴露的试验方法，涵盖直接暴露、玻璃过滤后暴露以及用菲涅耳镜聚光的加速暴露三种形式。标准对暴露场地、暴露架角度与朝向、试样安装方式、气象数据记录、检测周期与结果表达提出要求。三种形式的差别在于到达试样表面的光谱与能量密度不同：直接暴露接受全光谱与全部天气作用；玻璃过滤暴露模拟室内或车窗后的使用环境；菲涅耳镜加速则通过聚光提高辐照度，缩短周期。

自然暴露的价值不仅在于给出寿命数据，更在于为加速试验提供"锚点"。把同一批试样同时投入户外与实验箱，建立两者的剂量-响应关系，加速试验的结果才具备外推的基础。没有这个锚点，加速倍率只是假设。

适用对象

该方法适用于户外长期使用的塑料制品与材料：建筑外墙板、屋面防水卷材、门窗型材、遮阳制品、户外家具、农业薄膜与灌溉管材、电力与通信户外箱体、汽车外饰件，以及光伏组件封装与背板材料。对这些产品，户外暴露是耐候性评价的基础数据来源。

玻璃过滤暴露适用于室内制品与车窗内侧件：室内装饰件、家具面板、仪表台材料、显示屏外壳、文物与档案装具材料。玻璃滤除了大部分短波紫外，材料的老化速率明显低于户外，但可见光与热的作用依然存在。

菲涅耳镜加速暴露适用于需要缩短周期、又希望保留自然光谱特征的场合，可作为直接暴露的补充。但它对试样尺寸、安装精度与跟踪装置要求较高，局部温升明显，不适合对热敏感或易变形的薄型制品。

方法要点

场地选择决定数据代表性。暴露场应开阔、平坦、排水良好，周围无高大建筑、树木与污染源遮挡，地平线以上视野良好。场地地面宜为草地或低反射材料，避免水泥或金属屋面反射造成额外辐照。若评价特定气候带的使用性能，应选择该气候带有代表性的地点，并在报告中说明地理位置与气候类型。

暴露架角度与朝向影响接收的辐射量。北半球通常采用朝南、与水平面成一定角度的固定架，角度可按当地纬度或产品实际安装角度设定。标准允许采用45°、5°等常用角度，也允许按使用状态调整。角度越大，雨水滞留时间越短，试样表面自清洁能力越强；接近水平则易积水积尘。

试样安装方式影响背面通风与湿气滞留。直接暴露时，试样固定在框架上，背面可开放通风或加背板封闭，两种方式的老化速率不同，应在报告中注明。夹具应采用耐蚀材料，夹持点设在非评价区，避免遮挡与应力集中。试样之间留有间距，防止相互遮挡与碎片搭接。

操作步骤

试验开始前编制暴露方案，明确目的、试样数量、检测节点、评价项目与终止条件。每组试样数量应满足多次取样的需要，通常每个节点不少于三件，另设保留样与对照样。对照样在暗处常温存放，用于区分气候老化与自然存放的影响。

对试样进行初始测试并记录：颜色坐标、光泽、拉伸性能、冲击性能、外观、质量、尺寸。按 GB/T 2918-2018 调节后编号，编号应耐候、耐水，可采用打标、刻号或耐候标签，避免使用易脱落油墨污染表面。

装架后记录起始日期、架号、角度、朝向与试样排布图。暴露期间按周期巡查，检查夹具是否松动、试样是否脱落或被人为破坏，清除积尘与落叶，但不得擦拭评价面。发现异常应拍照并记录处理方式。

按预设节点取样，常见为暴露3个月、6个月、9个月、12个月、24个月，长周期项目可延长至数年。取样后按标准环境调节再测试，测试项目与初始一致。试验结束后计算性能保留率，绘制性能随暴露时间或累计剂量的变化曲线。若同期有气象数据，可将性能变化与辐照、温湿度、降雨量做相关分析。

设备条件

主要设施是暴露架与试样夹具。架体应坚固、耐蚀，能承受风载与长期日晒雨淋，角度可调或按固定角度制作。夹具材质宜为不锈钢或铝合金，表面不做易脱落的涂装。架体高度应确保试样底部距地面一定距离，防止雨水溅泥与地面反射。

气象监测设备包括总辐射表、紫外辐射表、温湿度传感器、雨量计与风速风向仪。总辐射与紫外累计剂量是结果解释的关键参数，缺少剂量数据的暴露试验只能给出时间，无法与其他地点比较。数据采集应连续，缺测时段需在报告中说明。

性能测试设备与实验室方法相同：测色仪、光泽度计、万能材料试验机、冲击试验机。由于试样数量多、周期长，测色与外观评定的照明条件应统一，宜采用标准光源箱与固定观察角度，减少人为差异判定。

应用场景

建材行业是自然暴露试验的主要使用者。外墙涂料与型材、屋面材料、密封胶条需要通过一到数年的户外数据支撑质保承诺，暴露结果常与颜色变化等级、粉化等级、开裂程度挂钩。农业领域的棚膜、地膜、遮阳网以强度保留率为核心，暴露数据直接对应使用季数。

光伏行业用户外暴露验证背板、封装胶膜、边框与接线盒的长期可靠性，暴露地点常选在辐照强、温差大的地区，以在较短时间内获得严苛条件下的响应。汽车行业则在试验场布置整车与样板暴露，结合当地气候评价外饰件的颜色与光泽保持能力。

在标准制定与认证支持方面，自然暴露数据是加速试验方法有效性的验证基础。通过同期暴露获得的"加速-自然"对应关系，可用于修正实验箱参数、设定合理的技术指标，避免指标定得过高或过低。

此外，暴露场地还常承担参照样片的长期监测功能。将已知耐候等级的标准样片与待测样品同期暴露，可判断当年气候的严酷程度，为跨年份、跨场地的数据比较提供参照。

常见问题

问：自然暴露一年相当于实验箱多少小时？

答：没有固定比例。它取决于暴露地点、角度、年份气候、试样颜色与背板条件，也取决于实验箱的光源与辐照度设定。合理做法是同期开展两种试验，用累计紫外剂量与性能变化建立本材料体系的对应关系，而不是套用通用系数。

问：自然气候暴露的费用如何？

答：费用根据样品数量、测试项目、适用标准及出具报告的类型确定，不同样品存在差异，实际费用以检测方案为准，本说明不提供固定报价与折扣信息。

问：暴露架为什么要朝南并倾斜？

答：北半球朝南可获得较高的年太阳辐射接收量，倾斜角度则影响辐射入射角与雨水冲刷效果。角度接近纬度时年总辐射较大，小角度利于自清洁但易积水。选择应结合产品实际安装姿态与试验目的。

问：试样背面开放与封闭差别大吗？

答：差别明显。开放背面通风散热好、湿气易散，试样温度较低；封闭背面会形成局部高温高湿，加速老化，也更容易出现背面凝露。两者对应不同的实际结构，报告应注明采用哪种方式。

问：暴露过程中可以清洗试样吗？

答：一般只清除落叶、鸟粪等遮挡物，不得擦拭或清洗评价面。擦拭会去除粉化层与降解产物，改变表面状态，使结果偏离真实暴露。若因特殊目的需要清洗，应在方案中约定并单独记录。

问：同一批试样在不同地点暴露结果不同，以哪个为准？

答：以与产品实际使用气候相近的地点为准，或按产品标准指定的暴露地点。不同气候的辐照量、温湿度与污染物差异会显著改变老化速率与机理，跨地点比较多用于评价气候严酷程度，而非判定合格与否。

问：暴露试验中途可以增加检测节点吗？

答：可以，但需提前预留试样数量。临时增加节点会减少后续节点的样本量，影响统计代表性。建议在方案阶段按最密节点估算试样数，并保留一定余量以应对破损与异常。