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一、概述

    涂料分為底漆、膩?zhàn)?、中間漆和面漆，廣泛應(yīng)用于混凝土建筑、機(jī)車車輛、大型鋼鐵結(jié)構(gòu)等物體表面。涂料經(jīng)過施工后在物體表面形成涂膜，對物體起保護(hù)底材、裝飾等作用。涂料的質(zhì)量取決于其各項(xiàng)物理生能指標(biāo)，表現(xiàn)為其使用壽命，即涂料對大氣的耐久性。涂料的耐久性代表其使用價值，因此對涂料進(jìn)行耐候性試驗(yàn)可以驗(yàn)證涂料的質(zhì)量。

    面漆漆膜的老化是指在各種氣候類型區(qū)域里，日光、風(fēng)、雪、雨、露水、溫度、濕度、化工氣體等各種大氣因素對漆膜的破壞作用。通過檢查試板漆膜的老化情況，可以判斷漆膜的耐久性。漆膜的耐久性試驗(yàn)方法主要有天然曝曬和人工加速老化2種采用天然曝曬試驗(yàn)，一是受氣候條件、地理位置和季節(jié)變化等因素影響比較嚴(yán)重，二是需要的時間比較長。因此，一般采用人工加速老化試驗(yàn)?zāi)M天然曝曬，對漆膜進(jìn)行耐久性試驗(yàn)。大量的漆膜天然曝曬試驗(yàn)結(jié)果表明，影響漆膜耐久性的因素主要是光、溫度、雨和露水。人工加速老化試驗(yàn)基于天然曝曬試驗(yàn)總結(jié)的規(guī)律，在試驗(yàn)室內(nèi)模擬相應(yīng)氣候因素并給與一定的加速性，以克服天然爆曬試驗(yàn)需要時間過長的不足。

    目前，我國對漆膜的耐久性試驗(yàn)主要依據(jù)GB/T1865-2009《色漆和清漆人工氣候老化和人工輻射暴露濾過的氙弧輻射》和GB／T14522-2008《機(jī)械工業(yè)產(chǎn)品用塑料、涂料、橡膠材料人工氣候加速試驗(yàn)方法熒光紫外燈》。這2項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)均采用人工加速的方法，模擬天然氣候中的光、溫度、雨和露水對漆膜的破壞作用，但這2項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)注點(diǎn)不盡相同。GB／T1865-2009采用濾過的氙弧燈光源，光譜能量分布比較接近太陽光，包含紫外線(uv)、可見光和紅外線(IR)，光譜在295～800nm，同時模擬天然氣候中的溫度和雨淋條件，模擬性好，但加速性較慢。GB/T14522-2008采用熒光紫外燈管光源，主要產(chǎn)生紫外線能量，光譜在290～400nm，由于短波紫外線是造成戶外材料老化的zui主要因素，再同時模擬天然氣候中的溫度和露水條件，其加速性非常好。熒光紫外線燈管通常分為3種，UVA一340燈管模擬陽光中的紫外線部分主要用于戶外產(chǎn)品的光老化試驗(yàn)；UVA一351燈管模擬穿過玻璃陽光的紫外線部分，主要用于室內(nèi)產(chǎn)品的光老化試驗(yàn)；UVB一313燈管的紫外光能量更強(qiáng)，會加速材料的老化，具有快速、省時的特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于漆膜的耐久性測試。為了找出上述2種試驗(yàn)方法在人工加速老化方面的關(guān)系，進(jìn)行了氙弧燈和熒光紫外燈對面漆漆膜破壞性的比較試驗(yàn)。

二、試驗(yàn)方法提要

    試驗(yàn)采用過濾的氙弧燈和UVB一313燈管作為試驗(yàn)光源，在相同的氣候條件下，同時分別對不同顏色的面漆漆膜進(jìn)行照射。在規(guī)定的時間內(nèi)測量相關(guān)數(shù)據(jù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)比較，分析總結(jié)2種試驗(yàn)方法的關(guān)系。

三、涂料選擇和漆膜樣板制備

    涂料組成中受環(huán)境因素影響的主要是面漆，因?yàn)橥苛系墓饫匣F(xiàn)象首先從面漆開始。目前鐵路機(jī)車車輛等鋼結(jié)構(gòu)經(jīng)常使用的面漆為聚氨酯面漆，其耐候性相對較好，因此，選擇聚氨酯面漆作為試驗(yàn)用涂料，并選擇黑色、灰色和黃色3種有代表性的聚氨酯面漆作為具體試驗(yàn)對象。漆膜樣板基材選用普通碳素鋼板，樣板尺寸為75mmxl50mmx1mm。噴涂前，首先利用二甲苯或溶劑汽油對樣板除油，然后利用砂紙打磨，去除銹跡或油污，除銹等級應(yīng)達(dá)到St2．5級。除銹完畢后，用丙酮清潔試板表面。漆膜采用噴涂法制備，噴涂分2次完成，之問間隔24h，漆膜總厚度為60～7O納米。噴涂工藝完成后，漆膜樣板需要在23℃、50％RH的環(huán)境下放置168h后，才可用于試驗(yàn)。

四、試驗(yàn)條件

    4．1氙弧燈人工加速老化試驗(yàn)

    氙弧燈人工加速老化試驗(yàn)依據(jù)GB／Tl865—1997《色漆和清漆人工氣候老化和人工氣候暴露濾過的氙弧輻射》進(jìn)行。氙弧燈老化試驗(yàn)箱由廣東科建儀器生產(chǎn)，型號為KJ-2093。試驗(yàn)時，黑板溫度為(65±2)℃，輻照度為0．51W／㎡(340nm)，運(yùn)行模式為連續(xù)光照，干燥周期為102min，浸潤時間為l8min，干燥期間的相對濕度在40％～60％。

氙燈耐氣候試驗(yàn)箱

疝氣燈管

    4．2熒光紫外人工加速老化試驗(yàn)

    熒光紫外人工加速老化試驗(yàn)依據(jù)GB／T14522-2008《機(jī)械工業(yè)產(chǎn)品用塑料、涂料、橡膠材料人工氣候老化試驗(yàn)方法熒光紫外燈》進(jìn)行。熒光紫外老化試驗(yàn)箱廣東科建儀器生產(chǎn)，型號為KJ-2029。光照階段，黑板溫度為60℃，輻照度為0．68W／㎡(UVB一313)，光照周期為4h；冷凝階段，黑板溫度為50℃，冷凝周期為4h。

紫外線加速耐候試驗(yàn)機(jī)

五、試驗(yàn)結(jié)果對比分析

    5.1試驗(yàn)結(jié)果

    同時將黑色、灰色和黃色3種顏色面漆的試驗(yàn)樣板分別放入氙弧燈老化試驗(yàn)箱和熒光紫外老化試驗(yàn)箱，測試100h，200h，500h和1000h時面漆樣板的色差、失光率、粉化、起泡等數(shù)據(jù)。測試結(jié)果顯示，對于3種顏色面漆，無論是氙弧燈老化試驗(yàn)，還是熒光紫外人工老化試驗(yàn)，面漆均沒有起泡，也沒有出現(xiàn)泛金、斑點(diǎn)、沾污、裂紋、長霉、脫落和生銹等情況，但在其他試驗(yàn)數(shù)據(jù)上有差異。

氙弧燈人工加速老化試驗(yàn)結(jié)果見表1。

熒光紫外人工加速老化試驗(yàn)結(jié)果見表2

    5．2對比分析

    從試驗(yàn)結(jié)果可以看出，對同一種顏色的聚氨酯面漆，氙弧燈人工加速老化和熒光紫外人工加速老化試驗(yàn)結(jié)果的主要區(qū)別在失光和粉化方面。熒光紫外人工加速老化試驗(yàn)對面漆漆膜的破壞性明顯強(qiáng)于氙弧燈人工加速老化試驗(yàn)。在失光率方面，漆膜完全破壞前，熒光紫外人工加速老化破壞速度是氙弧燈人工加速老化破壞速度的2～3倍；在粉化方面，熒光紫外人工加速老化的破壞速度遠(yuǎn)大于氙弧燈人工加速老化的破壞速度。

    形成上述差別由多種原因所致，zui主要的是成膜物質(zhì)和試驗(yàn)條件。

    在成膜物質(zhì)方面，聚氨酯面漆由成膜物質(zhì)、顏料和助劑3部分組成。成膜物質(zhì)主要是異氰酸酯和羥基樹脂反應(yīng)物，該成膜物質(zhì)中含有大量C=C，C=C雙鍵極易吸收紫外線而被破壞，造成漆膜失光、粉化。

    在試驗(yàn)條件方面，人工加速老化試驗(yàn)中光源對漆膜的破壞起主要作用，而光源中起決定作用的為紫外線部分。氙弧燈老化試驗(yàn)光源為全光譜光源(300～800nm)，經(jīng)過濾光系統(tǒng)過濾后，紫外線輻射能量只占總輻射能量的10％左右，熒光紫外人工加速老化試驗(yàn)光源主要為紫外線，紫外線輻射能量占總輻射能量的80％以上。對于不同顏色聚氨酯面漆漆膜，每種試驗(yàn)方法的試驗(yàn)結(jié)果，在失光、粉化、起泡、泛金、斑點(diǎn)、沾污、裂紋、長霉、脫落、生銹等方面基本一致；不一致主要表現(xiàn)在色差方面，即灰色性能zui好，黃色性能次之，黑色性能zui差。不同顏色聚氨酯面漆在同一人工加速老化試驗(yàn)中結(jié)果不一致的主要因素是顏料，因?yàn)椴煌伾念伭蠈庠吹奈账俣炔粯樱伾缴?，吸收光能的速度越快，色差變化越大，因此，黑色色差zui大。