塗料耐候性和耐光性試驗方式

      文章摘要:關(guan) 鍵詞 : 耐候性 。 耐光性 。 紫外線燈 塗料、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一段時間會(hui) 出現失光、褪色、泛黃、剝落、開裂、喪(sang) 失拉伸強度和整層脫落等現象。因而對於(yu) 戶外使用的塗料 , 如建築外
關(guan) 鍵字:塗料 耐候 耐光性 控製係統
摘　要 : 簡述了國內(nei) 外常用的自然氣候老化試驗和人工加速老化試驗方法 , 並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(guan) 鍵詞 : 耐候性 ; 耐光性 ; 加速老化試驗 ; 氙弧燈 ; 紫外線燈

　　塗料、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一段時間會(hui) 出現失光、褪色、泛黃、剝落、開裂、喪(sang) 失拉伸強度和整層脫落等現象。即使是室內(nei) 光線或者透過窗玻璃的陽光也會(hui) 對諸如顏料或染料之類的物質造成損害。因而對於(yu) 戶外使用的塗料 , 如建築外用塗料和汽車塗料 , 耐候性和耐光性是zui重要的檢測項目。

      雖然大家都認同塗料的耐候性和耐光性很重要 , 但對什麽(me) 是它們(men) 的測試方法卻各執己見。國內(nei) 外現在評價(jia) 塗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(nei) 外廣泛采用的方法。其主要原因是自然氣候老化實驗結果更符合實際 , 所需的費用較低而且操作簡單方便。雖然我們(men) 可以在任何地方進行自然氣候老化試驗 , 但上比較認可的試驗場地是美國的佛羅裏達 , 因為(wei) 其陽光充足。

     但自然氣候老化試驗的不足之處是試驗需要的時間長 , 試驗人員可能沒有這麽(me) 多年的時間等待一個(ge) 產(chan) 品的測試結果。另外 , 即使是佛羅裏達 , 氣候不可能年複一年的*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(wei) 是zui能模擬全太陽光譜的試驗 , 因為(wei) 它能產(chan) 生紫外光、可見光和紅外光。正因為(wei) 如此 , 在國內(nei) 外被認為(wei) 是zui廣泛采用的方法。 GB/ T 1865 — 1997 （ 等同於(yu) 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的試驗係統的複雜性。氙弧燈光源必須經過過濾以減少不期望的輻射。為(wei) 達到不同的輻照度分布可有多種過濾玻璃類型供選擇。選用何種玻璃取決(jue) 於(yu) 被測試材料類型及其zui終用途。改變過濾玻璃可以改變透過的短波長紫外光類型 , 從(cong) 而改變材料遭受破壞的速度和類型。通常運用的過濾有 3 種類型 : 日光、窗玻璃和擴展的紫外光類型 （ 國標 GB/ T1865 — 1997 中提到的方法 1 和方法 2 對應於(yu) 前兩(liang) 種類型 ） 。

    典型的氙弧輻射都配備一個(ge) 輻照度控製係統。輻照度控製係統在氙弧輻射試驗中很重要 , 因為(wei) 氙弧燈光源的光譜自身內(nei) 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 1 000 h 的舊氙弧燈光譜的區別。結果發現 , 光譜能量分布不但在光源的長波長範圍隨燈的使用時間延長變化顯著 , 而且在短波長的範圍內(nei) 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(nei) 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。或者可用傳(chuan) 感器控製輻照度。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(wei) 耐候性和耐日光照射試驗的一種可靠的和反映實際的光源。

     大多數氙弧輻射試驗在模擬潤濕條件時采用水噴淋和 / 或溫度自動控製係統 （ 國標 GB/ T1865 — 1997 提出的 “ 表麵用水噴淋 " ） 。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 , 試板會(hui) 冷卻下來 , 這會(hui) 使材料遭破壞的過程減緩。

     在氙弧輻射試驗中 , 要求使用高純度的水以防止試板表麵形成沉積物。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光對耐久性材料的破壞性作用。這與(yu) 前麵提到的氙弧燈有區別 , 熒光紫外燈在電學原理上與(yu) 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光或紅外光線。

     對於(yu) 不同的曝曬應用 , 有不同類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紫外光光譜範圍能很好地模擬太陽光。 UVA -340 燈的光譜能量分布 （SPD） 與(yu) 從(cong) 太陽光譜中 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 更短的波長能量輸出對很多材料會(hui) 造成偏離實際的試驗結果。

     輻照度 （ 光強度 ） 控製對於(yu) 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製係統。這些的輻照度控製係統使用戶做試驗時能選擇輻照度量。通過反饋控製係統 , 輻照度能被連續和自動地監控並地得到控製。控製係統通過調節燈管的功率而自動地對因燈管老化或其他原因造成的照度不足進行補償(chang) 。

     熒光紫外光燈因自身內(nei) 在的光譜穩定性使輻照度控製簡單化。所有的燈源隨時間老化都會(hui) 變弱。但熒光燈與(yu) 其他類型的燈不同 , 它的光譜能量分布不會(hui) 隨時間變化。這一特點提高了試驗結果的重現性 , 因而也是一大優(you) 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製的老化試驗係統中的輸出功率無明顯區別 , 輻照度控製裝置能夠維持光強度的恒定。此外 , 它們(men) 的光譜能量的分布也無變化 , 這同氙弧燈有很大區別。

     使用紫光燈老化試驗的一個(ge) 主要優(you) 勢在於(yu) 它能夠模擬較為(wei) 符合實際的室外潮濕環境對材料的破壞作用。材料置於(yu) 室外時 , 據統計每天至少有 12 h 頻繁地遭受潮濕作用。因為(wei) 這種潮濕作用大多表現為(wei) 凝露的形式 , 因而在加速人工氣候老化試驗中采用一個(ge) 特殊的冷凝原理來模仿室外潮濕。

     在這樣的冷凝循環過程中 , 要加熱試驗箱底部的水槽以產(chan) 生蒸汽。熱蒸汽保持試驗箱的環境在高溫下有 100 % 相對濕度。試驗箱設計時 , 要使試板實際上構成試驗箱的側(ce) 壁。這樣試板的背麵暴露在室溫的室內(nei) 空氣下。室內(nei) 空氣的冷卻作用使被測的試板表麵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過程中連續不斷地降到被測試表麵。

     如此產(chan) 生的冷凝水是性質穩定的、純淨蒸餾水。這種水能提高實驗結果的重現性 , 排除水沉積物汙染問題並且簡化試驗設備安裝和操作。

    因為(wei) 材料在室外受潮的時間一般很長 , 所以典型的循環冷凝係統zui少要有 4h 的試驗時間。冷凝過程在加溫條件下進行 （ 50 ℃ ）, 就會(hui) 大大地加快潮濕對材料的破壞速度。長時間的、加熱條件下進行的冷凝循環比其他諸如水噴淋、浸漬和其他高濕度環境的方法更能有效地再現潮濕環境破壞材料的現象。

4 　結　語

     雖然國標規定且國內(nei) 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(liang) 種方法是基於(yu) *不同的原理。氙燈照射試驗箱仿製全部的太陽光譜 , 包括紫外光、可見光和紅外光 , 其目的是模擬太陽光。而紫外光老化試驗並不企圖仿製太陽光線 , 而隻是模仿太陽光的破壞效果。它是基於(yu) 這樣的原理 , 長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zui大。

另外 , 即便是在自然氣候下進行老化試驗 , 還有一種加速的方法 , 就是將被測試樣板裝在能隨太陽升起降落而轉動的樣板架 , 使樣板大部分時間保持被陽光直射的狀態 , 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 , 進行平行試驗 , 也可縮短檢驗周期 , 究竟哪種試驗方法是的呢 ? 沒有簡單的答案。選擇哪種方法取決(jue) 於(yu) 要測試的材料 , 材料的zui終應用場合 , 所關(guan) 心的材料遭破壞的模式和財力等方麵的因素。