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 20  专注高分子材料

抗紫外线、抗黄变

涂层耐老化实验两种常用方法—天然曝露和实验室人工气候加速老化

       涂层的耐候性是指涂层在外部环境,如阳光、空气、水、凝露、工业气体、微生物等因素作用下保持原有性能的能力。涂层在使用过程中会因受到外部环境的影响而出现一些不可逆的破坏现象,如变色、失光、粉化、开裂、生锈、剥落、斑点和沾污等。长期暴露于户外的建筑物、汽车、钢结构等,每年由于外在涂层的变色、粉化、剥落等老化原因而损失巨大。涂层的耐候性能是涂料质量的重要指标之一,涂料配方中往往需添加紫外线吸收剂、光稳定剂等助剂来提升其耐候性能。

       涂层老化实验的主要方法有天然曝露实验和实验室人工气候加速老化实验。以下分别对此两种方法加以阐述。

       一、天然曝露实验。

       天然曝露实验是指涂层直接曝露于自然环境下,考查涂层在特定环境下的耐候性能。通常天然曝露实验采用的标准主要有:GB/T 9276―1996《涂层自然气候曝露实验方法》和ISO 2810:2004《色漆和清漆涂层自然老化曝露及评定》。

       二、人工加速老化实验。

       人工加速老化实验是利用实验箱来模拟自然气候作用。与自然条件下的天然曝露实验相比,人工加速老化实验仅涉及了如光强、温度、喷淋、凝露、湿度等几个有限的因素,并对这几个因素进行控制、调节,从而可达到加速老化实验的目的。根据采用的光源进行分类, 涂层老化实验常用是荧光紫外灯型、氙弧灯型。

       

      1、荧光紫外灯型。

      荧光紫外灯型老化机的光源主要是模拟自然光中的紫外波段,并通过对光强、温度、喷淋、凝露等因素进行控制来进行加速老化实验。常见的荧光紫外灯有UVA(UVA-340、UVA-351)和UVB(UVB-313、F40)两种。其光谱与自然光的对比如左图1和图2。

       从图1、图2 可以看出,UVA、UVB 的发射光谱集中在紫外波段280~360 nm,缺少了自然光中的红外光部分,其中UVB-313 灯发出的光含有低于295 nm(自然光截止波长)以下的辐射,这会对材料的老化实验造成一定的偏差。但由于荧光紫外灯老化实验方法可以较快地考查、比较、遴选某些特殊材料的耐候性能,因此目前仍广泛应用。

       2、氙弧灯型。


       从左图3可见,氙灯发出的光谱与自然光的光谱非常接近,特别是在紫外部分和可见光部分,所以氙弧灯老化实验可以更好的模拟自然光来考查涂层在户外的耐久性。目前许多涂料产品标准采用氙灯老化机进行人工加速老化实验。



       三、加速性与相关性。

       随着涂层耐老化实验的应用越来越广泛,人们对天然曝露实验与人工加速老化实验两者的相关性越来越感兴趣,并进行了许多实验。通过实验得到以下简单的对应关系:x h(或MJ)人工加速老化实验=y 月(或年)的天然曝露实验,从而获得一个加速因子,以用来解决实际需要。但加速因子存在很大的局限性,因为加速性与相关性是一对矛盾体, 加速性好则相关性差。没有哪种实验室的曝露实验能完全模拟户外实际条件下的曝露,人工加速老化实验也不例外。加速因子局限性很大,没有普遍意义,其主要原因在于以下几点。

       1、基于人工灯光源和自然光的辐照量相等得到的加速因子,未考虑温度、湿度等其他因素对材料的影响,也未考虑材料的性能变化;

       2、加速因子与受试材料有关,用不同类型的材料做实验获得的加速因子会有很大的不同;

       3、加速因子与考查的性能有关,如考查变色或失光获得的加速因子会有明显差异;

       4、影响户外曝露及人工加速老化速率的可变因素也会很大程度地影响计算出的加速因子, 如温度的变化可以导致加速因子的差异。

       5、影响人工加速老化实验与户外曝露实验相关性的环境因素主要有:地区差异,不同的实验地点对天然曝露实验的结果有很大的影响;季节差异,四季的差别能明显影响天然曝露实验结果;人造光源与自然光光谱能量分布差异导致的影响;人造光源设定高于实际使用的辐照度造成的影响;人工老化箱设定的光照与黑暗的循环变化造成的影响;人工老化箱内的试样温度高于实际使用温度造成的影响。

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