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        涂料加速老化試驗與自然暴露試驗的常見問題

        2021-07-21 16:18??? ???

          問: 耐候性是涂料性能之一,而哪些涂料品種更看重這一性能?

          答:涂膜涂覆在物體表面,起到保護和裝飾的作用,涂膜抵抗陽光、空氣、水(酸雨)、微生物等環境破壞作用而保持原性能的能力,稱為涂膜的耐候性。由于涂膜在使用過程中隨著時間的推移,不可避免地會受到內在因素及外部環境因素的相互作用而出現變色、失光、粉化、開裂、生銹、剝落、斑點,沾污等一些不可逆的破壞現象。故對涂料的質量而言,除了應考察其外觀、物理、化學、機械性能外,更為重要的應考察它的使用壽命,即涂膜本身的耐久性。而對涂膜進行耐候性試驗及試驗后的綜合評定,既可以客觀地考察涂膜的各種綜合技術性能優劣,又可以評估它的真正使用價值,顯然是十分重要和必要的。

          實際使用中暴露在戶外的涂膜理論上均需要考察耐候性,例如:汽車涂料、外墻建筑涂料、交通橋梁涂料、工程機械涂料、卷材涂料等。

          問: 耐候性主要考察哪些性能?評價方法由哪些?

          答:耐候性主要檢查項目有:變色、失光、粉化、起泡、生銹、開裂、剝落、斑點、泛金、沾污、長霉等。評定可參照相關產品標準的要求進行,也可以按GB/T1766-2008《色漆和清漆 涂層耐老化的評級方法》中的規定進行。樣板的評級分單項評級和綜合評定兩種,綜合評定又分裝飾性漆和保護性漆兩種方法,根據樣板破壞的程度可評出:優、良、中、可、差、劣6個級別。

          試驗后評定方法比較多,包括國家標準、國際標準、美國標準等,目前常用到的有:

          (1)國家標準:《色漆和清漆 涂層老化的評級方法》(GB/T 1766-2008);ISO 4628系列《色漆和清漆 漆膜老化的評定 缺陷程度, 量值和大小及外觀均勻變化程度的規定》;(2)美國標準:《評定涂漆鋼表面銹蝕程度的試驗方法》(ASTM D 610-2008);《涂料起泡程度評價的標準試驗方法》(ASTM D 714-2002(2009);《涂裝了色漆或涂料的試樣經受腐蝕環境后的評定》(ASTM D1654-2008)。

          以上評級方法是用在環境試驗中及試驗結束后需要對涂層表觀性能進行評價。另外如前所述,在環境試驗前及結束后對涂層的力學性能進行試驗,如沖擊、硬度、附著力等,然后將前后的數據進行比較,考察涂層對于特定環境的耐受能力,按需要進行的試驗參照標準規定進行。

          問: 從技術和經濟角度看,為什么需要人工加速老化試驗?需求情況如何?

          答:自然暴露試驗有一定的局限性,自然暴露試驗中的環境因素是自然的,它們一般是不受人工控制的。如果環境試驗的目的是要找到影響產品性能的確切環境因素,若想通過操縱試驗條件的方法達到此目的,如人為地提高環境溫度、濕度,則基本不能實現。相對于人工模擬環境試驗,自然氣候曝露試驗雖然可以真實反映某地區、某時間段環境對產品的破壞程度,但它會受到試驗條件中諸多不確定因素的變化而影響試驗結果。

          一般來講,自然氣候曝露的影響總是隨曝露地點的自然環境(地域、國度、氣象、季節)的差異而變化。另外,涂料產品的自然氣候曝露試驗的周期都較長(以年的倍數計)。出于經濟、競爭及縮短天然老化試驗周期的需求,許多產品標準中均選用了人工氣候老化試驗來考查產品的耐候性能。

          

        加速老化試驗

         

          問: 加速老化試驗結果與自然暴露的關聯性如何?

          答:加速性與相關性是一對矛盾,加速性好,則相關性差。沒有任何一種實驗室曝露試驗能完全模擬戶外實際條件下的曝露。

          雖然人們對加速老化試驗與自然暴曬試驗的相關性很感興趣,并希望得到以下簡單的對應關系:X小時(或兆焦)加速老化試驗=Y月(或年)的自然暴曬試驗,從而獲得一個加速因子。但這是不現實的,通常也是無效的。

          加速因子局限性很大,沒有普遍意義,原因如下:

          (1)基于人造燈光源和太陽光的輻照量相等得到的加速因子,未考慮溫度、濕度等其他因素對材料的影響,也未考慮材料的性能變化;

          (2)加速因子依賴于材料,不同的材料或不同的配方的同種材料獲得的加速因子會有很大的差異;

          (3)加速因子與考察的性能有關;

          (4)影響自然暴曬及加速老化速率的可變因素也會很大程度地影響計算出的加速因子。

          問: 老化試驗方法及測試手段上是否有標準可循?還有哪些缺陷?

          答:漆膜老化試驗的方法應用最多的有自然曝露試驗和人工氣候老化試驗。

          自然曝露試驗常用標準如下:

          GB/T 9276-1996涂層自然氣候曝露試驗方法;

          ISO 2810:2004 色漆和清漆 涂層自然老化 曝露及評定。

          人工老化試驗常用標準如下:

          GB/T 1865-2009 色漆和清漆 人工氣候老化和人工輻射曝露(濾過的氙弧輻射);

          GB/T 23987-2009 色漆和清漆 涂層的人工氣候老化曝露 曝露于熒光紫外線和水;

          GB/T 14522-2008 機械工業產品用塑料、涂料、橡膠材料 人工氣候老化試驗方法 熒光紫外燈;

          GB/T 16422.2-2014 塑料 實驗室光源暴露方法 第2部分:氙弧燈;

          ISO 4892-3:2006《塑料 實驗室光源暴露方法 ——第三部:熒光UV燈》;

          ISO 16474.2:2013 色漆和清漆 人工氣候老化和人工輻射曝露 濾過的氙弧輻射;

          ISO 16474-3:2013 色漆和清漆 實驗室光源暴露方法 第3部分:熒光紫外燈;

          ASTM G154-2006 非金屬材料暴露用紫外熒光設備的操作;

          ASTM G155 非金屬材料在氙燈試驗箱中的試驗方法;

          ASTM G 152.153 非金屬材料的開放式和封閉式碳弧燈老化試驗方法;

          SAE J1960 汽車用外部材料氙燈暴露試驗;

          SAE J1885 汽車用內部材料氙燈暴露試驗;

          DIN 75220 太陽模擬設備中汽車組件的老化(金屬鹵素燈)。

          

        加速老化試驗

         

          問: 隨著技術創新速度加快,研發進程也在提速,加速老化試驗將來會取代自然暴露老化試驗嗎?目前在技術上有哪些進展?

          答:自然暴露試驗相對于人工模擬環境試驗是更好的環境試驗。自然暴露試驗是在選定的自然環境條件下開展的,環境因素客觀、真實,只要所選定的試驗條件與產品預期使用環境條件相同或相近,試驗結果就有很高的可信度。而人工模擬環境試驗只是對自然環境的模擬,且往往是對個別或幾個環境因素的模擬。自然暴露試驗是人工模擬環境試驗的基礎。人工模擬環境試驗中的環境因素模擬多數是在對自然暴露試驗研究的基礎上進行的。

          如果沒有對自然暴露試驗中影響試驗條件的因素進行深入的分析研究,就不會有現代的人工模擬環境試驗(至少對大部分人工模擬環境試驗而言)。如在人工光老化試驗中,太陽是人工光模擬的對象,如果沒有人們對自然暴露過程中太陽光譜及光強的全面了解和認識,就不會有今天光老化機上用人造燈作為試驗光源以及人造燈產生的光能量實施有效控制。

          自然暴露試驗還是評價人工模擬環境試驗優劣的重要方法。產品在人工模擬環境試驗中所產生的性能變化與在自然暴露試驗中產生的性能變化一致或相似,這說明人工模擬環境試驗結果的可信度高。由于自然暴露試驗的真實性,不少產品的標準都明文規定:當人工模擬環境試驗的結果與自然暴露試驗的結果有較大出入時,應以自然暴露試驗 的結果為準。

          盡管現代人工模擬環境試驗技術已經達到了很高的水平,但受限于現代科學技術所能達到的高度及昂貴的試驗費用,人工模擬環境試驗目前在應用上不能完替代自然暴露試驗。

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