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技术文章丨浅谈喷粉涂料的人工加速老化试验

作者: salmon范 编辑: 瑞凯仪器 来源: xh-studios.com 发布日期: 2019.07.22
    随着时代科技的发展,生活水平的日益提高,人们赖以生存的环境也在时刻发生着变化。全球性变暖,地球整体温度在逐年升高,臭氧层的破坏,造成太阳照射增加,紫外线辐射日益增强。
    而伴随着的是人们对物质条件的要求在不断提高,喷粉涂料的抗老化性也越来越受到人们的关注。当室外涂料暴露在自然环境下,受到光照,温度,湿度等因素的影响时,涂层会出现失光,色迁移,剥落,开裂等老化现象,直接影响了材料的美观和使用价值。因此,对于材料涂层抗老化性能的评价也成为了一项重要的检测项目。
    在很早之前,国内外就已经对涂料的抗老化性能作了研究。通过户外自然老化试验和人工加速老化试验的方法,来评定涂料的抗老化性能。当然,户外自然老化试验是最可靠的老化试验方法,涂料可以直接与自然环境相接触,易于操作,便宜,真实。
    国际上通常把美国的佛罗里达作为户外老化试验的基准地点,而国内也在广东,海南等地建立了试验基地。但户外测试的时间相对较长,大多需要几个月,几年,几十年,甚至更长的时间,而在不同的年份,同一地区也存在很大的气候差异性,使试验缺少了可比性。
因此,为了体现试验的可比性,还原结果的再现性,人们在试验室进行了人工加速老化试验,缩短了试验周期,控制了试验的可变性条件。

    1 涂料老化机理

    粉末涂料是一种由树脂,颜料,添加剂等组成的粉末状物质,在烘烤条件下与固化剂起化学反应成体型结构,是一种高分子材料[2]。材料的老化实质是涂料的一种缓慢降解过程,涂料本身内部发生了解聚反应。
    而在光辐射,温度,水的协同作用下,大大加快了解聚反应的进程。物质在吸收了光辐射后,发生光化学反应,分子或原子处于一种高能状态,内部出现紊乱,致使分子或原子间键断裂或偏移;水通常作为一种载体,可以携带大量的溶解氧进入材料内部,发生化学反应,破坏材料内部的相互应力,产生疲劳效应;而温度的适度升高,却可以大大提高溶解氧的扩散速率,加快光化学反应速率。

    2 氙弧灯与荧光紫外灯的区别

    世界气象组织(WMO)1981年公布的太阳数值中,大约7%的太阳辐射能量在紫外光谱区(波长<0.4μm),43%的太阳辐射在红外光谱区(波长>0.76μm),50%的太阳辐射能量在可见光谱区(波长0.4μm-0.76μm)。

氙弧灯光谱与太阳光谱极为相似

    由图可以看出,氙弧灯光谱与太阳光谱极为相似,氙弧灯老化试验也被认为是目前最能模拟太阳光辐射的试验,它能产生紫外光,可见光和红外光,也正因为如此,氙弧灯老化试验方法在国内外被广泛采用,GB/T1865-1997(等同于ISO113411:1994)详细地介绍了这种方法。
    紫外光在太阳光中所占的比例并不高,但它的辐射能力却很强,紫外光具有的能量为314-419KJ/mol,而一般的化学键解离能为167-418KJ/mol,只有较少的一些化学键能高于紫外光的光能,因此,紫外光足以使很多有机分子的单键发生断裂,进而导致材料图层老化降解。科学家们把紫外光分为三个波段:A波段(UV-A波长315-400纳米),B波段(UV-B280-315纳米),C波段(UV-C波长200-280纳米)。
    为了模拟太阳光中的紫外光,人们发明了五种类型的荧光紫外灯,分别为UV-A,UV-B,UV-C,UV-D和UV-E,各种类型的荧光灯最大峰值处辐射的波长不同,现在实验室一般使用的是UVA-340和UVB-313型号灯管。UVA-340灯管在临界短波的365纳米到太阳光的截止点295纳米范围内,能很好的模拟太阳光360纳米处的光谱,对于不同类型的聚合体测试试验有很好的效果;UVB-313灯管能发出低于太阳光截止点295纳米的短波紫外线,对聚合物,涂层的破坏力极大,它降解材料的速率远远大于UVA,大大的缩短了试验周期。

    3 人工加速老化试验的原理及试验

    3.1 人工加速老化试验的原理
    试样暴露在可控的环境条件下,该条件包括光照,温度,湿度等因素,经过规定的试验周期后,对试样进行相关性能的检测,分析试验的性能变化。
    3.2 试验方法
    3.2.1 氙灯老化试验
    GB5237.4.2008中明确规定了 氙灯老化试验时间为1000h[6],到试验终点时,对试样进行性能测试。实验条件为循环周期:光照102min,之后光照+18min喷淋,实验室温度38℃±3℃,黑板温度65℃±3℃,湿度控制为50%,期间每隔250h对试样进行一次性能测试。
    3.2.2 荧光紫外灯老化试验
    因为UVB-313[7]灯管对涂层破坏力极强,所以试验周期控制为300h到试验终点时,对试样进行性能测试。试验条件为循环周期:光照4h+冷凝4h,期间每隔100h对试样进行一次性能测试。
    3.2.3 试验结果及分析
    由图一,Q-Sun 1000h色差图可得,经250h试验后,样品的色差变化基本在0-0.3之间;500h后,变化在0.1-0.4之间;750h后,在0.2-0.4之间;1000h后,在0.2-0.5之间,试验单个样品的色差变化波动不大,但随着试验周期的增长,色差变大。

    由图二,UVB 300h色差图可得,经100h试验后,样品的色差变化基本在0.2-0.7之间;200h后,在0.3-0.8之间;300h后,在0.4-0.9之间,同Q-Sun试验一样,UVB试验个样品的色差变化波动不大,也随试验周期的增长,色差变大。但从试验所得数据可以看出,荧光紫外灯老化试验对涂层的老化周期大大小于氙弧老化试验,紫外线对涂层有很强的破坏能力。

Q-Sun 1000h色差图

UVB 300h色差图

网盟彩票     4 结语

    随着时代的进步,铝合金材料在航空,航运,电子等领域的应用日益广泛,人们对铝合金表面涂层的抗老化性能的要求越来越高,而对于涂层的抗老化性能的检测也越来越受到更多人的关注。氙灯老化试验与荧光紫外灯老化试验,到底哪一个更具代表性,这没有一个很好的定论。氙弧灯模拟的是太阳的全光谱,而荧光紫外灯模拟的是太阳光的破坏效果。
    对于全年紫外线照射强烈的地区来说,笔者认为荧光紫外灯老化试验的方法必不可少。通过对涂层老化过程的研究及跟踪,采取适当的防老化措施,提高涂层的抗老化性能,延缓老化的速率,延长材料的使用寿命,满足客户的要求,是企业始终追逐的目标之一。
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