新型涂料網(wǎng)訊：
涂層的耐候性是指涂層在外部環(huán)境(陽光、空氣、水、凝露、工業(yè)氣體、微生物)作用下保持原有性能的能力，涂層在使用過程中會因受到外部環(huán)境的影響而出現(xiàn)一些不可逆的破壞現(xiàn)象，如：變色、失光、粉化、開裂、生銹、剝落、斑點(diǎn)和沾污等。暴露于戶外的建筑物、汽車、鋼結(jié)構(gòu)等，每年由于外在涂層的變色、粉化、剝落等老化破壞造成巨大的損失，逐漸引起人們的重視并成為關(guān)注的重點(diǎn)。因此，對涂料質(zhì)量來說，涂層的耐候性能顯得尤為重要。
涂層老化的成因
涂層老化的原因包括內(nèi)因和外因，內(nèi)因與涂料的成膜物類型及所用的顏填料、助劑等原材料有關(guān)，也與涂料的配方體系有很大關(guān)系。涂層老化的外因指涂層曝露于戶外環(huán)境下，受到多種破壞因素的作用，主要是陽光、雨水、凝露、氣溫、氧氣、霉菌和工業(yè)氣體等。
涂層老化實(shí)驗(yàn)的主要方法
涂層老化實(shí)驗(yàn)的方法分天然曝露實(shí)驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)室人工氣候加速老化實(shí)驗(yàn)。
天然曝露實(shí)驗(yàn)是指涂層直接曝露于自然環(huán)境下，考查涂層在特定環(huán)境下的耐候性能，自然環(huán)境根據(jù)氣候特征可分為干熱氣候、濕熱氣候、亞濕熱氣候、亞濕熱工業(yè)氣候、寒冷氣候和寒溫高原氣候等。通常天然曝露實(shí)驗(yàn)采用的標(biāo)準(zhǔn)主要有：GB/T 9276―1996《涂層自然氣候曝露實(shí)驗(yàn)方法》和ISO 2810:2004《色漆和清漆涂層自然老化曝露及評定》。標(biāo)準(zhǔn)主要內(nèi)容如下：
(1) 曝露場
按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定設(shè)置，內(nèi)有曝露試板架、氣象裝置等，曝露架是擺在曝露場內(nèi)用于曝露實(shí)驗(yàn)的支架，由惰性材料制成，結(jié)構(gòu)堅(jiān)固，曝露架可分為朝南45 °、朝南2 °、垂直、水平等。
(2) 實(shí)驗(yàn)樣板
除另有規(guī)定外，實(shí)驗(yàn)樣板基材應(yīng)采用實(shí)際使用的底材，其處理方法按GB/T 9271—2008/要求進(jìn)行，經(jīng)商定也可使用其他底材和處理方法。樣板的面積應(yīng)>0.03 m2，邊長應(yīng)>100 mm，一般規(guī)定為250 mm×150 mm。
(3) 樣板制備及背面、邊緣的涂裝
除另有規(guī)定或商定，涂膜的制備及厚度應(yīng)參照各種受試產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定進(jìn)行。除另有規(guī)定或商定外，噴涂完最后1 道烘干型涂料的樣板應(yīng)在恒溫恒濕室內(nèi)養(yǎng)護(hù)1 d 后， 自干型應(yīng)在恒溫恒濕室內(nèi)養(yǎng)護(hù)7 d 后，方可進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。應(yīng)選擇適宜的涂料對每1 塊樣板邊緣、背面進(jìn)行涂裝，封邊寬度一般為5 mm，并放置至涂膜干燥。推薦使用受試樣品或耐候性、防腐性良好的涂料。
(4) 樣板標(biāo)識方法
從樣板制備開始，用涂料或記號筆按施涂次序在每塊樣板背面標(biāo)出所施涂的涂料樣品編號(每種涂料樣品的唯一性標(biāo)識)， 施涂完工后從樣板背面的標(biāo)識可追溯到所施涂的樣品。
(5) 樣板放置
將樣板放置在曝露架上，使用瓷絕緣子固定樣板。
(6)樣板檢查
樣板的曝露期限， 可按產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)的要求或商定，也可規(guī)定曝露樣板達(dá)到某一老化破壞程度作為曝露期限。投試前應(yīng)先觀測樣板涂膜外觀以及要求測定的物理機(jī)械性能等并做記錄。以年或月作為曝露實(shí)驗(yàn)的時(shí)間單位。曝露投試季節(jié)一般規(guī)定在每年春末夏初，除非另有規(guī)定，檢查間隔為在投試3 個月內(nèi)，每半月檢查1 次樣板;然后在投試3 個月后至1 a 期間，每月檢查1 次樣板;在曝露超過1 a 后，每3 個月檢查1次樣板。當(dāng)天氣驟變時(shí)，應(yīng)隨時(shí)檢查。如果規(guī)定在一定的曝露周期，需洗滌樣板，則在檢查前用棉紗在自來水或純水中沖洗，晾干后檢查;若規(guī)定需進(jìn)行拋光的，則按規(guī)定進(jìn)行拋光處理，然后再檢查。曝露試板檢查按GB/T 1766—2008 規(guī)定進(jìn)行。
(7)氣象數(shù)據(jù)收集
曝露實(shí)驗(yàn)場內(nèi)設(shè)有氣象觀測儀器，每3 個月收集1 次氣象數(shù)據(jù)，主要包括：日照時(shí)數(shù)、太陽輻射量、氣溫、濕度、降雨量、風(fēng)向和風(fēng)速等。
人工加速老化實(shí)驗(yàn)
人工加速老化實(shí)驗(yàn)是利用實(shí)驗(yàn)箱來模擬自然氣候作用。與自然條件下的天然曝露實(shí)驗(yàn)相比，人工加速老化實(shí)驗(yàn)僅涉及了如光強(qiáng)、溫度、噴淋、凝露、濕度等幾個有限的因素，并對這幾個因素進(jìn)行控制、調(diào)節(jié)，從而可達(dá)到加速老化實(shí)驗(yàn)的目的。
根據(jù)采用的光源進(jìn)行分類， 涂層老化實(shí)驗(yàn)常用是：熒光紫外燈型、氙弧燈型。
1 熒光紫外燈型
熒光紫外燈型老化機(jī)的光源主要是模擬自然光中的紫外波段，并通過對光強(qiáng)、溫度、噴淋、凝露等因素進(jìn)行控制來進(jìn)行加速老化實(shí)驗(yàn)。常見的熒光紫外燈有UVA(UVA-340、UVA-351)和UVB(UVB-313、F40)2種。其光譜與自然光的對比見圖1、圖2。
從圖1、圖2 可以看出，UVA、UVB 的發(fā)射光譜集中在紫外波段280～360 nm，缺少了自然光中的紅外光部分，其中UVB-313 燈發(fā)出的光含有低于295 nm(自然光截止波長)以下的輻射，可能會對材料的老化實(shí)驗(yàn)造成一定的偏差，但由于熒光紫外燈老化實(shí)驗(yàn)方法可以較快地考查、比較、遴選某些特殊材料的耐候性能，因此目前仍廣泛應(yīng)用。
熒光紫外燈型人工加速老化實(shí)驗(yàn)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)見表1。
2 氙弧燈型
該型老化機(jī)主要部件有： 氙弧燈光源系統(tǒng)、濾光器、噴水系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、增濕系統(tǒng)、輻照度控制器、樣板架等。冷卻方式有風(fēng)冷和水冷。結(jié)構(gòu)上有平板式和旋轉(zhuǎn)式2 種。
從圖3 可以發(fā)現(xiàn)，氙燈發(fā)出的光譜與自然光的光譜非常接近，特別是在紫外部分和可見光部分，所以氙弧燈老化實(shí)驗(yàn)可以更好的模擬自然光來考查涂層在戶外的耐久性，目前許多涂料產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)采用氙燈老化機(jī)進(jìn)行人工加速老化實(shí)驗(yàn)。
人工加速氣候老化實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)
經(jīng)規(guī)定或商定確定具體的方法標(biāo)準(zhǔn)后，在人工氣候老化實(shí)驗(yàn)前均應(yīng)確定實(shí)驗(yàn)參數(shù)。如：光源類型、黑標(biāo)/板溫度、箱體溫度、降雨周期、光照/黑暗周期、凝露、輻照強(qiáng)度等。一般在標(biāo)準(zhǔn)中有規(guī)定，也可根據(jù)需要進(jìn)行商定。
(1)試板的制備、養(yǎng)護(hù)及投試
一般在相關(guān)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)中對試板的底材、受試涂料施涂、膜厚、養(yǎng)護(hù)時(shí)間等有規(guī)定，按規(guī)定執(zhí)行即可，如有特殊需要也可進(jìn)行商定。當(dāng)受試涂層的養(yǎng)護(hù)期結(jié)束后，將1 塊標(biāo)準(zhǔn)板放入避光環(huán)境中保存，其余的均投入實(shí)驗(yàn)，且樣板在試板架上需定期重排，以保證試板在實(shí)驗(yàn)箱內(nèi)所受因素影響的均勻性。
(2)人工氣候老化實(shí)驗(yàn)時(shí)間
實(shí)驗(yàn)時(shí)間在按相關(guān)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)中有規(guī)定，特殊需要也可以商定。還可以規(guī)定在某些實(shí)驗(yàn)參數(shù)(變色、失光、粉化、起泡、生銹等)達(dá)到某一等級時(shí)停止實(shí)驗(yàn)，取出檢查試板。
(3)人工氣候老化實(shí)驗(yàn)樣板的檢查及評級
試板檢查可以在實(shí)驗(yàn)過程中及實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)進(jìn)行，樣板檢查時(shí)，將實(shí)驗(yàn)樣板與標(biāo)準(zhǔn)板進(jìn)行比較。觀察有無異�，F(xiàn)象，檢查可按GB/T 1766―2008《色漆和清漆涂層耐老化的評級方法》中的規(guī)定進(jìn)行，如有規(guī)定或商定，也可采用其他評級方法評定。
加速性與相關(guān)性
隨著涂層耐老化實(shí)驗(yàn)的應(yīng)用越來越廣泛，人們對天然曝露實(shí)驗(yàn)與人工加速老化實(shí)驗(yàn)兩者的相關(guān)性越來越感興趣，并進(jìn)行了許多實(shí)驗(yàn)。通過實(shí)驗(yàn)得到以下簡單的對應(yīng)關(guān)系： x h(或MJ)人工加速老化實(shí)驗(yàn)=y 月(或年)的天然曝露實(shí)驗(yàn)，從而獲得一個加速因子，以用來解決實(shí)際需要。但加速因子存在很大的局限性。因?yàn)榧铀傩耘c相關(guān)性是一對矛盾， 加速性好，則相關(guān)性差。沒有哪種實(shí)驗(yàn)室的曝露實(shí)驗(yàn)?zāi)芡耆M戶外實(shí)際條件下的曝露，人工加速老化實(shí)驗(yàn)也不例外。
加速因子局限性很大，沒有普遍意義，原因在于：
(1)基于人工燈光源和自然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)加速因子與受試材料有關(guān)，用不同類型的材料做實(shí)驗(yàn)獲得的加速因子會有很大的不同;
(3)加速因子與考查的性能有關(guān)，例如，考查變色或失光獲得的加速因子也會有明顯差異;
(4)影響戶外曝露及人工加速老化速率的可變因素也會很大程度地影響計(jì)算出的加速因子， 如溫度的變化可以導(dǎo)致加速因子的差異。
影響人工加速老化實(shí)驗(yàn)與戶外曝露實(shí)驗(yàn)相關(guān)性的環(huán)境因素主要有：
(1)地區(qū)差異，不同的實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)對天然曝露實(shí)驗(yàn)的結(jié)果有很大的影響;
(2)季節(jié)差異，四季的差別能明顯影響天然曝露實(shí)驗(yàn)結(jié)果;
(3)人造光源與自然光光譜能量分布差異導(dǎo)致的影響;
(4)人造光源設(shè)定高于實(shí)際使用的輻照度造成的影響;
(5)人工老化箱設(shè)定的光照與黑暗的循環(huán)變化造成的影響;
(6)人工老化箱內(nèi)的試樣溫度高于實(shí)際使用溫度造成的影響。
涂層耐老化實(shí)驗(yàn)在涂料領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛，涂層耐候性能作為衡量涂料抵抗環(huán)境影響性能的一個重要指標(biāo)， 其方法標(biāo)準(zhǔn)在涂料行業(yè)內(nèi)是必不可缺的。由于天然曝露實(shí)驗(yàn)周期長，受到的不確定因素影響大， 近年來許多涂料產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)制定時(shí)將人工加速老化實(shí)驗(yàn)列入，以考查涂料的耐候性。人工加速老化實(shí)驗(yàn)的推廣應(yīng)用， 可以使行業(yè)內(nèi)更好地對涂料的耐老化性能進(jìn)行把關(guān)， 從而保證涂料在實(shí)際使用中保持良好的裝飾及保護(hù)性能。
