技術文章(zhāng)丨淺談噴粉塗料的人工加速老(lǎo)化試驗
作者:
salmon範
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來源:
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發布日期(qī): 2019.07.22
隨著時代科技的發展,生活水平的日益提高,人們(men)賴以(yǐ)生存的環境也(yě)在時刻發生著變化。全球性變暖,地球整體溫度在逐年升高,臭氧層的破壞(huài),造成太陽照射增加,紫(zǐ)外線輻射日益增強。
而伴隨著的(de)是人們對物質條件的要求在不斷提高,噴粉塗料(liào)的抗老化性也越來越受到人們的關注。當室外塗料暴露在自然環境下,受到光照(zhào),溫度,濕度等因素的影響時,塗(tú)層(céng)會出現失光,色遷移,剝落(luò),開裂等老化現象,直接影響了材料的美(měi)觀和使用價值。因(yīn)此,對於材料塗層抗老化性能的評價也成為了一項重要的檢測項目。
在很早之前(qián),國內外就已(yǐ)經對塗料的抗老化性(xìng)能作(zuò)了研究。通過戶外自(zì)然老化試驗和人工加速老化試驗的方法,來評定塗料的抗老化性能。當然,戶外自然老化試驗是(shì)可靠的老化試驗方法,塗料可以直接與自然(rán)環境相接觸,易(yì)於操作,便宜,真實。
國際上通常把美(měi)國的佛羅裏達作為(wéi)戶(hù)外老(lǎo)化試驗的基準地點,而國內也在廣(guǎng)東,海(hǎi)南等地建立了試驗基地。但戶外測試(shì)的時間相對(duì)較長(zhǎng),大多需要幾個(gè)月,幾年,幾十年,甚至(zhì)更長的時間,而在不同的年份,同一地區也存在很大(dà)的氣候差異性,使試驗缺少了可比性。
因此,為了體現試驗的可比性,還原結果的再現(xiàn)性,人們在試驗室進行了人工(gōng)加速老化(huà)試驗,縮短了試驗(yàn)周期,控製了試驗的可變性條件。
1 塗料老化機理
粉末塗(tú)料是一種由樹脂,顏料,添加劑等組成的粉末狀物質,在烘烤條件下與固化劑起化學反應成體型結構,是一種高分子材料[2]。材料的老(lǎo)化實質是塗料的一種緩(huǎn)慢降解過程,塗料本身內部發生(shēng)了解聚反應。
而(ér)在(zài)光(guāng)輻射,溫度(dù),水的協同作用下,大大加快了解聚反應的進程。物質在吸收了光(guāng)輻射(shè)後,發生光化學反應,分子或原子處於(yú)一種高能狀態,內部出現紊亂,致使分子或原子間鍵斷裂或偏移;水通常作為一種載體,可以攜帶大量的溶解(jiě)氧(yǎng)進入材料內部,發生化學反應,破壞材料內部的相互應力,產生疲勞效應;而溫度的適度升高,卻可(kě)以大大提(tí)高溶解氧的擴散(sàn)速率,加快光化學反應速率。
2 氙弧燈與熒光紫外燈的區(qū)別
世(shì)界氣象(xiàng)組織(WMO)1981年公布(bù)的太陽數(shù)值中,大約7%的太陽輻射(shè)能量在紫外光譜區(波長<0.4μm),43%的太陽輻射在紅外光譜區(波長>0.76μm),50%的太陽輻射能量在可見光譜區(波(bō)長0.4μm-0.76μm)。
由圖可以看出,氙弧燈光譜與太陽光譜極為相似,氙弧燈老化(huà)試驗也被認為是目前能(néng)模擬(nǐ)太陽光輻射的(de)試驗,它能產生紫外光,可見光(guāng)和紅外(wài)光,也正因為如此,氙弧燈老化試驗方法在國內外被廣泛(fàn)采用,GB/T1865-1997(等(děng)同於ISO113411:1994)詳細地介紹了這種方法。
紫外光在(zài)太陽光中所占的比(bǐ)例並不高,但它的輻射能力卻很強,紫外光具有的(de)能量為314-419KJ/mol,而一(yī)般的化(huà)學鍵(jiàn)解離能為167-418KJ/mol,隻有較(jiào)少的一些化學鍵能(néng)高於紫(zǐ)外光的光能,因此(cǐ),紫外光足以使很多有機分子的單鍵發生斷裂,進(jìn)而導致材料圖層老(lǎo)化降(jiàng)解。科學家們把紫外光分為三個波段(duàn):A波段(UV-A波長315-400納米),B波段(UV-B280-315納米),C波段(UV-C波長200-280納米)。
為了模擬太陽光(guāng)中(zhōng)的紫(zǐ)外光,人們(men)發明了(le)五種類型的熒(yíng)光紫外燈,分別為UV-A,UV-B,UV-C,UV-D和UV-E,各種類型的(de)熒光燈峰值處輻射的波長不同,現在實驗(yàn)室一般使用的是UVA-340和UVB-313型號燈管。UVA-340燈管在臨界短波的365納米到太(tài)陽光的截止點295納米範圍內(nèi),能很好的模(mó)擬太陽光360納米處的光譜(pǔ),對(duì)於(yú)不(bú)同類型的聚合體(tǐ)測試試(shì)驗有(yǒu)很好的效果;UVB-313燈管能發出(chū)低於太陽光截止點295納米的短波(bō)紫外線,對聚合物,塗層的破壞(huài)力極大,它降解材料的速率遠遠(yuǎn)大於UVA,大大的縮(suō)短了試驗周期。
3 人工加速老化試驗的(de)原理及試驗
3.1 人工加(jiā)速老化試驗(yàn)的原理
試樣暴露(lù)在可控的環境條件下,該條件(jiàn)包括光照,溫度,濕度等因素,經過規定的試驗周期後,對試樣進行相關性能的檢測,分析試驗的性能變化。
3.2 試驗方法
3.2.1 氙燈老化試驗
GB5237.4.2008中明確規定了
氙燈老化試驗時(shí)間為1000h[6],到試驗終點時,對試樣(yàng)進行性能測試。實驗條件為循環周期:光照102min,之(zhī)後光照(zhào)+18min噴淋,實驗室溫度38℃±3℃,黑板溫度(dù)65℃±3℃,濕度控(kòng)製為50%,期間每隔250h對(duì)試樣進行一次性能測試(shì)。
3.2.2
熒光紫外燈老(lǎo)化試驗 因為UVB-313[7]燈管對塗層破壞力極強(qiáng),所以(yǐ)試(shì)驗周期控製為300h到試驗(yàn)終點時,對試樣進行性(xìng)能測(cè)試。試驗條件為循環周期:光照4h+冷凝4h,期間每隔100h對試樣進行(háng)一次性能測試(shì)。
3.2.3 試驗結果及分析
由圖一,Q-Sun 1000h色(sè)差圖可得,經250h試驗後,樣品的色差變化基本在(zài)0-0.3之間;500h後,變化在0.1-0.4之間;750h後,在0.2-0.4之間;1000h後(hòu),在0.2-0.5之間,試(shì)驗單個樣品(pǐn)的色差變化波動不大,但隨著試驗周期的增長,色差變大。
由圖(tú)二,UVB 300h色差圖可得,經100h試驗後,樣品的色差變化基本在0.2-0.7之間;200h後,在0.3-0.8之間;300h後,在0.4-0.9之間,同Q-Sun試驗一樣,UVB試驗個(gè)樣(yàng)品的色差變化波動不大,也隨(suí)試驗周期的增長,色差變大(dà)。但從試驗所得數(shù)據可以看出,熒光紫外燈老化試驗對塗層的老化周期大大小(xiǎo)於氙弧老化(huà)試驗,紫外線對塗層有很強的破壞能力(lì)。
4 結語
隨著時代的進步,鋁合金材料在航空,航(háng)運,電子等(děng)領域的應用日益廣泛,人們對(duì)鋁(lǚ)合金表麵塗(tú)層的抗老化性(xìng)能(néng)的要(yào)求越(yuè)來越高,而對於塗層的抗老化(huà)性能的檢測也越來(lái)越受到更多人的關注。氙燈老化試驗與熒光紫外燈老化試驗,到底哪一個更具代表性,這沒有一(yī)個很好的定論。氙弧燈模擬的(de)是太陽的全光譜,而熒光紫外燈模擬(nǐ)的是太陽光的破(pò)壞效果。
對於全(quán)年紫(zǐ)外線照射強烈的地區來說,筆者(zhě)認為熒(yíng)光紫外燈老化試驗的方法必不可少。通過對塗層老化過程的(de)研究及跟蹤,采取適當的防老化措施,提高塗層的抗老化性能,延緩老化的速率,延長材料的使用壽命,滿足客戶的(de)要(yào)求,是企業始終(zhōng)追逐的目標之一。