涂料耐光性試驗方法

　　涂料塑料和其他有機材料暴露在自然氣候條件和光照輻射下經(jīng)一段時(shí)間會(huì )出現失光、褪色、泛黃、剝落、開(kāi)裂、喪失拉伸強度和整層脫落等現象。即使是室內光線(xiàn)或者透過(guò)窗玻璃的陽(yáng)光也會(huì )對諸如顏料或染料之類(lèi)的物質(zhì)造成損害。因而對于戶(hù)外使用的涂料，如建筑外用涂料和汽車(chē)涂料，耐候性和耐光性是非常重要的檢測項目。

　　雖然大家都認同涂料的耐候性和耐光性很重要,但對什么是它們好的測試方法卻各執己見(jiàn)。國內外現在評價(jià)涂料耐候性和耐光性的方法也很多。而普遍采用的有自然氣候老化試驗、氙弧燈照射、或碳弧燈照射、紫外光燈照射等人工加速氣候老化試驗的方法。本文將探討如何選擇合適的測試方法。

　　1.自然氣候老化試驗

　　自然氣候老化試驗方法是國內外廣泛采用的方法。其主要原因是自然氣候老化實(shí)驗結果更符合實(shí)際，所需的費用較低而且操作簡(jiǎn)單方便。雖然我們可以在任何地方進(jìn)行自然氣候老化試驗，但國際上比較認可的試驗場(chǎng)地是美國的佛羅里達，因為其陽(yáng)光充足。

　　但自然氣候老化試驗的不足之處是試驗需要的時(shí)間長(cháng)，試驗人員可能沒(méi)有這么多年的時(shí)間等待一個(gè)產(chǎn)品的測試結果。另外，即使是佛羅里達，氣候不可能年復一年的*相同，故試驗結果的再現性也不理想。

　　2.氙弧輻射試驗

　　氙弧輻射試驗被認為是能模擬全太陽(yáng)光譜的試驗，因為它能產(chǎn)生紫外光、可見(jiàn)光和紅外光。正因為如此，在國內外被認為是廣泛采用的方法。GB/T 1865-1997(等同于ISO 113411:1994) 詳細地介紹了這種方法。

　　但這種方法也有它的局限性，即氙弧燈光源穩定性及由此帶來(lái)的試驗系統的復雜性。氙弧燈光源必須經(jīng)過(guò)過(guò)濾以減少不期望的輻射。為達到不同的輻照度分布可有多種過(guò)濾玻璃類(lèi)型供選擇。選用何種玻璃取決于被測試材料類(lèi)型及其用途。改變過(guò)濾玻璃可以改變透過(guò)的短波長(cháng)紫外光類(lèi)型，從而改變材料遭受破壞的速度和類(lèi)型。通常運用的過(guò)濾有3種類(lèi)型：日光、窗玻璃和擴展的紫外光類(lèi)型(國標GB/T 1865-1997 中提到的方法1和方法2對應于前兩種類(lèi)型)。

　　氙燈老化試驗和紫外老化試驗箱常用語(yǔ)涂料的耐光性測試

　　典型的氙弧輻射都配備一個(gè)輻照度控制系統。輻照度控制系統在氙弧輻射試驗中很重要，因為氙弧燈光源的光譜自身內在穩定性就比熒光紫外燈光的光譜差。國外有人考察了一盞新氙弧燈和一盞用過(guò)1000h的舊氙弧燈光譜的區別。結果發(fā)現，光譜能量分布不但在光源的長(cháng)波長(cháng)范圍隨燈的使用時(shí)間延長(cháng)變化顯著(zhù)，而且在短波長(cháng)的范圍內也有明顯變化。這種變化引起的原因是氙弧燈的老化，是它的自身內在特性。

　　對這種變化也可采取多種補救措施。例如提高更換燈管的頻度以減輕燈光老化的影響?；蛘呖捎脗鞲衅骺刂戚椪斩?。盡管存在因燈老化引起的光譜能量分布變化,氙弧燈仍不失作為耐候性和耐日光照射試驗的一種可靠的和反映實(shí)際的光源。

　　大多數氙弧輻射試驗在模擬潤濕條件時(shí)采用水噴淋和/或溫度自動(dòng)控制系統(國標GB/ T1865-1997提出的“表面用水噴淋")。水噴淋方法的局限是當溫度相對較低的水噴到溫度相對較高的試板上時(shí)，試板會(huì )冷卻下來(lái)，這會(huì )使材料遭破壞的過(guò)程減緩。

　　在氙弧輻射試驗中，要求使用高純度的水以防止試板表面形成沉積物。因此運行費用較高。

　　3.紫外光燈照射試驗

　　紫外光燈照射老化試驗利用熒光紫外光燈模擬太陽(yáng)光對耐久性材料的破壞性作用。這與前面提到的氙弧燈有區別，熒光紫外燈在電學(xué)原理上與普通的照明用冷光日光燈相似，但能生成更多的紫外光而非可見(jiàn)光或紅外光線(xiàn)。

　　對于不同的曝曬應用，有不同類(lèi)型的具有不同光譜的燈供選擇。UVA-340型的燈在主要的短波長(cháng)紫外光光譜范圍能很好地模擬太陽(yáng)光。 UVA-340燈的光譜能量分布(SPD)與從太陽(yáng)光譜中360nm處分出的光譜圖很近似。UV-B型燈也是通常使用的加速人工氣候老化試驗用燈。它比UV-A型燈對材料的破壞速度更快，但其比360nm更短的波長(cháng)能量輸出對很多材料會(huì )造成偏離實(shí)際的試驗結果。

　　紫外線(xiàn)加速老化試驗箱采用340燈管的光譜輸出

　　輻照度

　　(光強度)控制對于獲得準確而有重現性的結果是很有必要的。大多數紫外光老化試驗裝置都配備了輻照度控制系統。這些精確的輻照度控制系統使用戶(hù)做試驗時(shí)能選擇輻照度量。通過(guò)反饋控制系統,輻照度能被連續和自動(dòng)地監控并精確地得到控制?？刂葡到y通過(guò)調節燈管的功率而自動(dòng)地對因燈管老化或其他原因造成的照度不足進(jìn)行補償。

　　熒光紫外光燈因自身內在的光譜穩定性使輻照度控制簡(jiǎn)單化。所有的燈源隨時(shí)間老化都會(huì )變弱。但熒光燈與其他類(lèi)型的燈不同，它的光譜能量分布不會(huì )隨時(shí)間變化。這一特點(diǎn)提高了試驗結果的重現性，因而也是一大優(yōu)勢。

　　有試驗表明，一盞使用了2h的燈和一盞使用了5600h的燈在配備了輻照度控制的老化試驗系統中的輸出功率無(wú)明顯區別，輻照度控制裝置能夠維持光強度的恒定。此外，它們的光譜能量的分布也無(wú)變化，這同氙弧燈有很大區別。

　　使用紫光燈老化試驗的一個(gè)主要優(yōu)勢在于它能夠模擬較為符合實(shí)際的室外潮濕環(huán)境對材料的破壞作用。材料置于室外時(shí)，據統計每天至少有12h頻繁地遭受潮濕作用。因為這種潮濕作用大多表現為凝露的形式，因而在加速人工氣候老化試驗中采用一個(gè)特殊的冷凝原理來(lái)模仿室外潮濕。

　　在這樣的冷凝循環(huán)過(guò)程中，要加熱試驗箱底部的水槽以產(chǎn)生蒸汽。熱蒸汽保持試驗箱的環(huán)境在高溫下有100%相對濕度。試驗箱設計時(shí)，要使試板實(shí)際上構成試驗箱的側壁。這樣試板的背面暴露在室溫的室內空氣下。室內空氣的冷卻作用使被測的試板表面的溫度比蒸汽溫度降低幾度。這幾度的溫差可使水在冷凝循環(huán)過(guò)程中連續不斷地降到被測試表面。

　　如此產(chǎn)生的冷凝水是性質(zhì)穩定的、純凈蒸餾水。這種水能提高實(shí)驗結果的重現性，排除水沉積物污染問(wèn)題并且簡(jiǎn)化試驗設備安裝和操作。

　　因為材料在室外受潮的時(shí)間一般很長(cháng)，所以典型的循環(huán)冷凝系統要有4h的試驗時(shí)間。冷凝過(guò)程在加溫條件下進(jìn)行(50℃)，就會(huì )大大地加快潮濕對材料的破壞速度。長(cháng)時(shí)間的、加熱條件下進(jìn)行的冷凝循環(huán)比其他諸如水噴淋、浸漬和其他高濕度環(huán)境的方法更能有效地再現潮濕環(huán)境破壞材料的現象。