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國內外涂料耐候性和耐光性試驗方式與設備淺談
日期：2024-07-23 15:39
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國內外涂料耐候性和耐光性試驗方式與設備淺談 |
| 文章摘要:關(guān)鍵詞 : 耐候性 。 耐光性 。 紫外線(xiàn)燈涂料、塑料和其他有機材料暴露在自然氣候條件和光照輻射下經(jīng)一段時(shí)間會(huì )出現失光、褪色、泛黃、剝落、開(kāi)裂、喪失拉伸強度和整層脫落等現象。因而對于戶(hù)外使用的涂料, 如建筑外 關(guān)鍵字:涂料 耐候 耐光性 控制系統 摘 要 : 簡(jiǎn)述了國內外常用的自然氣候老化試驗和人工加速老化試驗方法 ,并比較了氙弧輻射加速老化試驗和紫外照射加速老化試驗。 關(guān)鍵詞 : 耐候性 ; 耐光性 ; 加速老化試驗 ; 氙弧燈 ; 紫外線(xiàn)燈 涂料、塑料和其他有機材料暴露在自然氣候條件和光照輻射下經(jīng)一段時(shí)間會(huì )出現失光、褪色、泛黃、剝落、開(kāi)裂、喪失拉伸強度和整層脫落等現象。即使是室內光線(xiàn)或者透過(guò)窗玻璃的陽(yáng)光也會(huì )對諸如顏料或染料之類(lèi)的物質(zhì)造成損害。因而對于戶(hù)外使用的涂料, 如建筑外用涂料和汽車(chē)涂料 , 耐候性和耐光性是重要的檢測項目。 雖然大家都認同涂料的耐候性和耐光性很重要 ,但對什么是它們好的測試方法卻各執己見(jiàn)。國內外現在評價(jià)涂料耐候性和耐光性的方法也很多。而普遍采用的有自然氣候老化試驗、氙弧燈照射、或碳弧燈照射、紫外光燈照射等人工加速氣候老化試驗的方法。本文將探討如何選擇合適的測試方法。 1 自然氣候老化試驗 自然氣候老化試驗方法是國內外廣泛采用的方法。其主要原因是自然氣候老化實(shí)驗結果更符合實(shí)際 ,所需的費用較低而且操作簡(jiǎn)單方便。雖然我們可以在任何地方進(jìn)行自然氣候老化試驗 , 但國際上比較認可的試驗場(chǎng)地是美國的佛羅里達 ,因為其陽(yáng)光充足。 但自然氣候老化試驗的不足之處是試驗需要的時(shí)間長(cháng) , 試驗人員可能沒(méi)有這么多年的時(shí)間等待一個(gè)產(chǎn)品的測試結果。另外 , 即使是佛羅里達, 氣候不可能年復一年的完全相同 , 故試驗結果的再現性也不理想。 2 氙弧輻射試驗 氙弧輻射試驗被認為是能模擬全太陽(yáng)光譜的試驗 , 因為它能產(chǎn)生紫外光、可見(jiàn)光和紅外光。正因為如此 ,在國內外被認為是廣泛采用的方法。 GB/ T 1865 — 1997 ( 等同于 ISO 113411 : 1994)詳細地介紹了這種方法。 但這種方法也有它的局限性 ,即氙弧燈光源穩定性及由此帶來(lái)的試驗系統的復雜性。氙弧燈光源必須經(jīng)過(guò)過(guò)濾以減少不期望的輻射。為達到不同的輻照度分布可有多種過(guò)濾玻璃類(lèi)型供選擇。選用何種玻璃取決于被測試材料類(lèi)型及其終用途。改變過(guò)濾玻璃可以改變透過(guò)的短波長(cháng)紫外光類(lèi)型, 從而改變材料遭受破壞的速度和類(lèi)型。通常運用的過(guò)濾有 3 種類(lèi)型 : 日光、窗玻璃和擴展的紫外光類(lèi)型 ( 國標 GB/ T1865— 1997 中提到的方法 1 和方法 2 對應于前兩種類(lèi)型 ) 。 典型的氙弧輻射都配備一個(gè)輻照度控制系統。輻照度控制系統在氙弧輻射試驗中很重要 ,因為氙弧燈光源的光譜自身內在穩定性就比熒光紫外燈光的光譜差。國外有人考察了一盞新氙弧燈和一盞用過(guò) 1 000 h的舊氙弧燈光譜的區別。結果發(fā)現 , 光譜能量分布不但在光源的長(cháng)波長(cháng)范圍隨燈的使用時(shí)間延長(cháng)變化顯著(zhù) ,而且在短波長(cháng)的范圍內也有明顯變化。這種變化引起的原因是氙弧燈的老化 , 是它的自身內在特性。 對這種變化也可采取多種補救措施。例如提高更換燈管的頻度以減輕燈光老化的影響?；蛘呖捎脗鞲衅骺刂戚椪斩?。盡管存在因燈老化引起的光譜能量分布變化, 氙弧燈仍不失作為耐候性和耐日光照射試驗的一種可靠的和反映實(shí)際的光源。 大多數氙弧輻射試驗在模擬潤濕條件時(shí)采用水噴淋和 / 或溫度自動(dòng)控制系統 ( 國標 GB/ T1865 — 1997 提出的 “表面用水噴淋 ” ) 。水噴淋方法的局限 是當溫度相對較低的水噴到溫度相對較高的試板上時(shí) , 試板會(huì )冷卻下來(lái) ,這會(huì )使材料遭破壞的過(guò)程減緩。 在氙弧輻射試驗中 , 要求使用高純度的水以防止試板表面形成沉積物。因此運行費用較高。 3 紫外光燈照射試驗 紫外光燈照射老化試驗利用熒光紫外光燈模擬太陽(yáng)光對耐久性材料的破壞性作用。這與前面提到的氙弧燈有區別 ,熒光紫外燈在電學(xué)原理上與普通的照明用冷光日光燈相似 , 但能生成更多的紫外光而非可見(jiàn)光或紅外光線(xiàn)。 對于不同的曝曬應用 , 有不同類(lèi)型的具有不同光譜的燈供選擇。 UVA -340型的燈在主要的短波長(cháng)紫外光光譜范圍能很好地模擬太陽(yáng)光。 UVA -340 燈的光譜能量分布 (SPD) 與從太陽(yáng)光譜中 360 nm處分出的光譜圖很近似。 UV-B 型燈也是通常使用的加速人工氣候老化試驗用燈。它比 UV -A 型燈對材料的破壞速度更快 , 但其比360 nm 更短的波長(cháng)能量輸出對很多材料會(huì )造成偏離實(shí)際的試驗結果。 輻照度 ( 光強度 )控制對于獲得準確而有重現性的結果是很有必要的。大多數紫外光老化試驗裝置都配備了輻照度控制系統。這些**的輻照度控制系統使用戶(hù)做試驗時(shí)能選擇輻照度量。通過(guò)反饋控制系統,輻照度能被連續和自動(dòng)地監控并**地得到控制?？刂葡到y通過(guò)調節燈管的功率而自動(dòng)地對因燈管老化或其他原因造成的照度不足進(jìn)行補償。 熒光紫外光燈因自身內在的光譜穩定性使輻照度控制簡(jiǎn)單化。所有的燈源隨時(shí)間老化都會(huì )變弱。但熒光燈與其他類(lèi)型的燈不同 ,它的光譜能量分布不會(huì )隨時(shí)間變化。這一特點(diǎn)提高了試驗結果的重現性 , 因而也是一大優(yōu)勢。 有試驗表明 , 一盞使用了 2h 的燈和一盞使用了 5 600 h 的燈在配備了輻照度控制的老化試驗系統中的輸出功率無(wú)明顯區別 ,輻照度控制裝置能夠維持光強度的恒定。此外 , 它們的光譜能量的分布也無(wú)變化 , 這同氙弧燈有很大區別。 使用紫光燈老化試驗的一個(gè)主要優(yōu)勢在于它能夠模擬較為符合實(shí)際的室外潮濕環(huán)境對材料的破壞作用。材料置于室外時(shí) , 據統計每天至少有 12h 頻繁地遭受潮濕作用。因為這種潮濕作用大多表現為凝露的形式 ,因而在加速人工氣候老化試驗中采用一個(gè)特殊的冷凝原理來(lái)模仿室外潮濕。 在這樣的冷凝循環(huán)過(guò)程中 , 要加熱試驗箱底部的水槽以產(chǎn)生蒸汽。熱蒸汽保持試驗箱的環(huán)境在高溫下有 100 % 相對濕度。試驗箱設計時(shí),要使試板實(shí)際上構成試驗箱的側壁。這樣試板的背面暴露在室溫的室內空氣下。室內空氣的冷卻作用使被測的試板表面的溫度比蒸汽溫度降低幾度。這幾度的溫差可使水在冷凝循環(huán)過(guò)程中連續不斷地降到被測試表面。 如此產(chǎn)生的冷凝水是性質(zhì)穩定的、純凈蒸餾水。這種水能提高實(shí)驗結果的重現性 , 排除水沉積物污染問(wèn)題并且簡(jiǎn)化試驗設備安裝和操作。 因為材料在室外受潮的時(shí)間一般很長(cháng) , 所以典型的循環(huán)冷凝系統少要有 4h 的試驗時(shí)間。冷凝過(guò)程在加溫條件下進(jìn)行 ( 50 ℃ ),就會(huì )大大地加快潮濕對材料的破壞速度。長(cháng)時(shí)間的、加熱條件下進(jìn)行的冷凝循環(huán)比其他諸如水噴淋、浸漬和其他高濕度環(huán)境的方法更能有效地再現潮濕環(huán)境破壞材料的現象。 4 結 語(yǔ) 雖然國標規定且國內目前通行的耐老化試驗方法是氙弧輻射 ,但在國外氙弧輻射和紫外光老化試驗都是應用廣泛的試驗方法。這兩種方法是基于完全不同的原理。氙燈照射試驗箱仿制全部的太陽(yáng)光譜 ,包括紫外光、可見(jiàn)光和紅外光 , 其目的是模擬太陽(yáng)光。而紫外光老化試驗并不企圖仿制太陽(yáng)光線(xiàn) ,而只是模仿太陽(yáng)光的破壞效果。它是基于這樣的原理 , 長(cháng)期在室外暴露的耐久性材料 , 受短波紫外光照射引起的老化損害大。 另外 , 即便是在自然氣候下進(jìn)行老化試驗 , 還有一種加速的方法 , 就是將被測試樣板裝在能隨太陽(yáng)升起降落而轉動(dòng)的樣板架 ,使樣板大部分時(shí)間保持被陽(yáng)光直射的狀態(tài) , 以獲得加速試驗結果。 20 世紀 80 年代前采用碳弧燈或直接用紫外燈照射 , 進(jìn)行平行試驗, 也可縮短檢驗周期 , 究竟哪種試驗方法是好的呢 ? 沒(méi)有簡(jiǎn)單的答案。選擇哪種方法取決于要測試的材料 , 材料的終應用場(chǎng)合 ,所關(guān)心的材料遭破壞的模式和財力等方面的因素。 |
