標準介紹：防腐涂層人工老化（耐候性）試驗方法

海達儀器/4000711808

1定義、目的及意義  

 防腐涂層的人工老化試驗是耐候性試驗的重要組成部分之一。耐候性試驗是指防腐涂層（也包括各種材料，尤其是以聚合物為基礎的各種人工合成材料，這里以防腐涂層代表）抵抗陽(yáng)光、潮濕、雨、露風(fēng)、霜等霜等氣候條件的破壞作用而保持原性能的能力。

 防腐涂層在實(shí)際使用的過(guò)程中受到各種自然環(huán)境因素的作用，造成其物理化學(xué)和機械性能發(fā)生不可逆的變化并zui終導致防腐涂層破壞的現象，稱(chēng)為防腐涂層老化。常見(jiàn)的防腐涂層老化的現象有：變色（褪色）、失光、粉化、起泡、生銹、裂紋、剝落等。由于涂料的質(zhì)量除了取決于各項物理性能指標外，更重要的是其使用壽命，即涂料本身對大氣的耐久性。這種耐候性zui能體現涂料的真正實(shí)用價(jià)值，是該涂料各種技術(shù)指標的綜合表現，故對涂料進(jìn)行耐候性試驗是十分必要的。防腐涂層耐候性試驗分天然老化試驗和人工氣候老化試驗兩種，天然老化試驗是將樣板曝露于戶(hù)外自然條件下，觀(guān)察防腐涂層性能逐漸發(fā)生的變化，而人工氣候老化試驗是將把樣板放在能模擬戶(hù)外諸影響因素的人工氣候老化機中曝露，觀(guān)察防腐涂層性能逐漸發(fā)生的變化。  

 2檢驗方法介紹  

 由于涂層zui終是在自然環(huán)境下使用，所以自然氣候曝露試驗（天然老化試驗）是評估樣板真實(shí)耐久性的zui可靠方法，也是發(fā)展可靠的實(shí)驗室加速老化技術(shù)依據和參照系統。所以需要先了解自然氣候曝露試驗，也稱(chēng)戶(hù)外曝露試驗的概況。  

 2.1自然氣候曝露試驗原理  

 自然氣候曝露試驗（天然老化試驗）指在各種自然環(huán)境下研究大氣各種因素對防腐涂層所起的老化破壞作用，通過(guò)對試驗期間及試驗結束后樣板的外觀(guān)檢查以評定其耐久性，也可以在曝曬過(guò)程中或曝曬結束后進(jìn)行防腐涂層的物理機械性能的測試。試驗根據大氣種類(lèi)可分為普通大氣、工業(yè)大氣和海洋性大氣；根據氣候特征可分為寒冷氣候、寒溫高原氣候、亞濕熱氣候、亞濕熱工業(yè)氣候、濕熱氣候、干熱氣候等。而曝露方法又可分為朝南45℃、當地緯度、垂直緯度及水平曝露等。目前上通行的典型氣候條件為美國的佛羅里達亞熱帶氣候和亞利桑那沙漠氣候，這里均建有世界zui大的曝曬場(chǎng)。這是因為位于美國南部的佛羅里達具有：光照強、強紫外線(xiàn)、潮濕時(shí)間長(cháng)、濕度大、氣候嚴酷的特點(diǎn)。而亞利桑那沙漠氣候是：高熱、紫外線(xiàn)強、低濕度。與佛羅里達比較，年光照要高20%，zui高氣溫要高15ºC，zui高黑板溫度要高20ºC，而且日溫差也相當大。我國與美國緯度相近以上兩個(gè)氣候條件有相當的參考價(jià)值。

 2.1．1天然曝曬場(chǎng)的建立：  

 曝曬場(chǎng)應建立在平坦、空曠的地方，周?chē)鸁o(wú)高大障礙物，使樣板能充分受到該地區各種大氣因素的作用，附近應無(wú)工廠(chǎng)煙囪和能散發(fā)大量腐蝕性氣體的設施，以避免局部嚴重污染的影響。鹽霧氣候曝曬場(chǎng)應建在海邊或海島島上。曝曬場(chǎng)應具有必需的氣象觀(guān)測沒(méi)備和各種樣板涂層檢查儀器及洗手池、上下水、照明電燈設施。氣象資料的觀(guān)測設備應視曝曬場(chǎng)環(huán)境、規模和人力、財力而定，若臨近有氣象臺（站）者，可直接采用當地氣象臺（站）的數據。氣象資料主要包括：氣溫、濕度、日照時(shí)效、太陽(yáng)輻射量、降雨量、風(fēng)速、風(fēng)向等。曝曬架應采用不影響試驗結果的材料制成，如木材、鋁合金、或經(jīng)涂刷防腐涂料的鋼材制成，其結構力求堅固耐用，經(jīng)得起當地zui大風(fēng)力吹刮，并能自動(dòng)調節曝曬角度。  

 2．1.2樣板的檢查方法

 GB／T9276-1996中規定以年和月作為曝露試驗的時(shí)間單位，如無(wú)特殊規定，投試三十月內每半個(gè)月檢查一次，三個(gè)月后至一年，每月檢查一次，超過(guò)一年后，每三個(gè)月檢查一次。由于涂料品種的要求不同以及曝曬地區破壞速度的不同，檢查周期可根據情況適當變更：規定的檢查項目包括失光、變色、裂紋、起泡、斑點(diǎn)、生銹、泛金、沾污、長(cháng)霉和脫落等。檢查方法主要有儀器法和目測法兩種，其中光澤和顏色測試，可按GB/T9754、GB／T9761和GB/T11186．2進(jìn)行，涂層的老化評價(jià)按GB／T9277進(jìn)行。  

 2．1．3影響自然氣候曝露試驗結果的因素

 2．1．3．1氣候  

 我國國土面積廣大．氣候類(lèi)型復雜，從南到北、從東到西氣候條件均不一樣，往往同一個(gè)涂料配方在不同地區使用其性能差異很大。如：同樣的醇酸樣品采用同樣的施工工藝，經(jīng)同時(shí)在天津、上海、武漢、重慶、廣州、海南島等地進(jìn)行曝曬，可發(fā)現天津的樣板破壞zui慢，武漢、上海居中，重慶、廣州、海南島等地破壞zui快，而在重慶、廣州、海南島等地中又以海南島的樣板破壞zui厲害。而海南島的氣候條件非常類(lèi)似典型的佛羅里達亞熱帶氣候條件。  

 2．1．3．2季節  

 樣品的耐候性試驗結果除與氣候、地區有關(guān)外，曝曬季節對其影響也很大。春夏秋冬四個(gè)季節，就對樣板防腐涂層破壞zui大的紫外光輻射來(lái)講，春季、夏季的紫外光輻射強度以及平均日照均遠遠超出秋、冬兩個(gè)季節。正因為季節不同，樣板經(jīng)歷的氣候條件不同，因此防腐涂層的破壞也不同。對于自干型的涂料，在春季曝曬時(shí)，由于防腐涂層尚未*堅實(shí)，就受到溫差的急劇變化而引起防腐涂層變形；接著(zhù)在夏季又遭受到強烈的紫外光照射或大量的雨水侵蝕而進(jìn)一步造成破壞。在秋季曝曬時(shí)，由于氣溫較平穩，紫外光也日趨下降，致使新涂的防腐涂層能有一段繼續堅硬的過(guò)程，從而經(jīng)得起來(lái)年的大氣破壞作用。實(shí)際試驗也證實(shí)廠(chǎng)這點(diǎn)：春季曬板破壞zui快，秋季曬板破壞zui慢，其順序是：春＞夏＞冬＞秋。即：樣板曝露試驗的結果隨投試季節的不同而異。  

 2．1．3．4曝曬角  

 曝曬角度對涂料的耐久性影響也是需要考慮的，因為在大氣老化中，光是一個(gè)zui重要的因素，因此應該盡量設法以zui合適的角度來(lái)zui大限度地利用太陽(yáng)能。經(jīng)試驗發(fā)現在短期曝曬過(guò)程中及為了加速樣品的破壞，每年的上半年可采用春、夏季zui熱角度（￠-25°，其中￠為當地緯度）；下半年可調節成秋、冬季zui熱角度（0．893￠+24°）；這樣易于快速地獲得天然曝曬試驗結果。對于需要連續曝曬幾年或因條件所限而不考慮來(lái)回調整角度的，則應采取當地緯度（￠）zui為適宜，以使樣品比其他角度能受到更多的和更長(cháng)的時(shí)間光照。  

 2．2人工氣候老化和人工輻射曝露試驗  

 2．2．1人工氣候老化和人工輻射曝露試驗原理

 自然氣候曝露試驗雖可真實(shí)反映某地區某階段的環(huán)境條件對材料和產(chǎn)品的影響，但它會(huì )受到試驗條件諸多不確定因素的影響。即：自然環(huán)境隨季節、氣象、地理、地形的變化其自然曝曬的影響也隨之變化，更主要因為樣板試驗周期太長(cháng)，出于經(jīng)濟、競爭及縮短老化試驗周期需要的考慮，許多產(chǎn)品標準中均規定了人工氣候老化試驗來(lái)考核其耐候性能。人工氣候老化試驗是基于大量自然氣候曝露試驗的結果中找出的規律，找出氣候變化因素與涂層破壞之間的關(guān)系，目的是在實(shí)驗室內模擬自然氣候作用或在（窗）玻璃下試驗所發(fā)生的老化過(guò)程。與自然氣候老化相比，人工氣候老化僅涉及了幾個(gè)有限的因素（太陽(yáng)光、濕氣、熱），這些因素易于控制及強化從而起到加速老化試驗的作用，并通過(guò)對試驗期間及試驗結束后的樣板的觀(guān)察來(lái)評定其耐候性。但對空氣污染、生物侵蝕、和鹽霧暴露造成的破壞無(wú)意模擬。

 正確的人工模擬設備主要應有以下幾點(diǎn)必須注意：

 a.與戶(hù)外環(huán)境匹配

 b.不改變降解機理,與戶(hù)外暴曬具有相關(guān)性

 c.可重復性和可再現性

 e.要素的獨立控制

 f.與真實(shí)時(shí)間相比具有加速性  

 2．2．2試驗中的有關(guān)因素

 2．2．2．1光源

 從國內外已有的試驗來(lái)看，太陽(yáng)光是涂層老化中的一個(gè)很重要的因素。太陽(yáng)光的光譜主要可分為紫外線(xiàn)區、可見(jiàn)光區、紅外線(xiàn)區三個(gè)區域；經(jīng)測定在晴天赤道正午海平面的太陽(yáng)輻照能分布如下：  

 表1太陽(yáng)輻照能的分布

 如上表所示：紫外線(xiàn)區的光譜分布雖然很窄，并且輻射能量也僅占太陽(yáng)總能量的5~7％左右，但經(jīng)試驗表明該區域的破壞力zui大，是造成聚合物老化的主要原因。這正驗證了光能量隨波長(cháng)減小而破壞力增大的理論。許多材料在該區域遭受破壞zui快，會(huì )產(chǎn)生輻射分解即降解。其原因是絕大多數的聚合物經(jīng)能量較大的紫外線(xiàn)輻射后會(huì )受到光氧化的影響，當一個(gè)分子所吸收的能量大于其鍵能時(shí)即產(chǎn)生降解，斷鏈。防腐涂層在該區域經(jīng)紫外線(xiàn)輻射后易產(chǎn)生粉化、失光及變色（顏色變深/褪色）等現象。所以現行更加新的標準均把光輻照度的控制點(diǎn)放在太陽(yáng)光的紫外光340nm附近。（地球表面太陽(yáng)光的紫外線(xiàn)截止點(diǎn)為295nm。）而不是以前對整個(gè)太陽(yáng)光譜的輻照度進(jìn)行控制和計量。

 2．2．2．2溫度  

 由于光的作用總是伴隨著(zhù)溫度的上升，因此溫度的升高也是促使防腐涂層老化的一個(gè)重要因素。通常的防腐涂層的熱老化，主要是由于交聯(lián)過(guò)程及聚合物分子鏈的破壞；交聯(lián)的結果，產(chǎn)生了立體結構使防腐涂層變硬、變脆、失去彈性；而分子鏈破壞的結果使大分子鏈斷裂，減少了分子長(cháng)度和分子量，形成了游離基團，表現為發(fā)軟、發(fā)粘。粗略的估計，溫度升高10攝氏度，化學(xué)反應速度會(huì )提高兩倍。但光化學(xué)反應不是通常的簡(jiǎn)單的一步反應，zui初的光化學(xué)反應不受熱量影響，第二步反應受熱量影響。其影響比單純熱老化更為重要。在人工氣候老化試驗中，一定的溫度配合周期性的降雨，造成頻繁的交變溫度，因為這將使涂層與底材發(fā)生不斷的膨脹與收縮，就可導致涂層中形成很大的應力；在大多數情況下，防腐涂層組成的體系中含有成份和結構不同的物質(zhì)：底漆、中間漆、色漆、面漆，因此在受溫度交變作用時(shí)由于在各涂層中的應力有所不同，再加以具有一定波長(cháng)的強烈光照，很容易造成防腐涂層的開(kāi)裂。  

 2．2．2．3濕度  

 在大氣中曝露，防腐涂層實(shí)際上是長(cháng)時(shí)期保持在濕潤狀態(tài)下，尤其是濕熱帶地區更是如此。濕氣的影響也很復雜，主要有：化學(xué)反應、物理效應、侵蝕、吸收/凍結-融解及熱沖擊等。在高濕度條件下，水分迅速向防腐涂層內部滲透，防腐涂層會(huì )因吸收水分而引起溶解或溶漲，體積發(fā)生變化，或使防腐涂層中的水溶性物質(zhì)溶解出來(lái)，當在日光下尤其是紫外光的照射下其體積迅速膨脹，結構受到破壞或加快了光化學(xué)變化的作用，易產(chǎn)生起泡、生銹直至脫落，特別要提的是露水由于富含氧，且在涂層表面停留時(shí)間遠較雨水長(cháng)，造成戶(hù)外潮濕的主要原因是露而不是雨。  

 2．2．2．4氧氣  

 防腐涂層中的聚合物由于日光和氧氣的相互作用，即所謂的日光氧化會(huì )使防腐涂層產(chǎn)生孔隙，會(huì )引起防腐涂層表面氧化而導致其顏色及物理性能的變化，產(chǎn)生失光及裂紋。  

 2．2．2．5綜合因素

 同時(shí)出現多種破壞因素形成的合力即為綜合破壞因素，其破壞力超過(guò)單個(gè)因素的總和。這將造成涂層中聚合物的穩定性下降，引起各種助劑的蒸發(fā)、轉移，直至失效而造成破壞。

 3．人工氣候老化設備  

 為了模擬自然界中各種氣候因素以便在實(shí)驗室內創(chuàng )造出所謂人工氣候，并能達到加速試驗的目的，一般采用人工氣候老化試驗機進(jìn)行試驗。  

 3．1．人工氣候老化試驗設備分類(lèi)

 根據所采用的光源，人工氣候老化試驗機可分為紫外碳弧型、陽(yáng)光碳弧型、紫外熒光燈型、氙弧燈型及金屬鹵素燈型等。  

 紫外碳弧型裝置（1918年發(fā)明）是利用在儀器內上下兩部分碳棒之間加入適當的電壓、電流發(fā)生電弧所產(chǎn)生的較大能量可發(fā)出連續光譜的紫外光。缺點(diǎn)是：光譜的不足，難維護，需水噴淋降溫，也不能校正。  

 陽(yáng)光碳弧裝置（1933年發(fā)明）區別在于其碳棒中含有某種特殊金屬元素，故發(fā)出的光譜能量分布較為接近日光。但陽(yáng)光碳弧裝置短波紫外線(xiàn)太強，地球表面的太陽(yáng)光里又沒(méi)有，破壞加速了，但與真實(shí)環(huán)境不符。長(cháng)波紫外線(xiàn)和可見(jiàn)光與日光相差仍較大，不能校正，高維護成本，需水噴淋降溫，主要在日本應用。  

 氙弧燈裝置（1954年發(fā)明）是一種由內充有高純度氙氣的弧光放電燈為光源的裝置，該燈管由一根透明的石英玻璃管制成，兩端各封接有一個(gè)金屬電極，當電極之間加入適當的高電壓并經(jīng)過(guò)濾光片過(guò)濾后會(huì )產(chǎn)生一種更為接近太陽(yáng)光的光譜，通過(guò)儀器調整輻射量而光譜基本不變且操作也較碳弧型簡(jiǎn)單。鑒于上述原因，目前許多標準，如IS011341、GB／T1865-1997規定將氙燈型人工氣候老化機作為該試驗標準的試驗儀器。該裝置分為水冷和風(fēng)冷型，結構上分為樣板固定和旋轉式。新的標準已不要求使用哪種形式，氙弧燈裝置與戶(hù)外暴曬的相關(guān)性較好，特別是要求了解光照導致顏色變化的人工老化試驗都應該采用氙燈型人工氣候老化機，當然，氙燈型人工氣候老化機的投資和運行費用都是較高的。盡管低于陽(yáng)光碳弧裝置許多。

 紫外熒光燈型（1970年發(fā)明）是一種利用低壓汞蒸氣弧光放電激發(fā)熒光物質(zhì)而產(chǎn)生紫外光輻射的裝置（Q8/UV老化箱），該能在相對較窄的波長(cháng)間隔內產(chǎn)生連續的光譜。通常分布成弱峰。其光源主要分為UVA（340）和UVB（313）。340，313表示發(fā)射峰的波長(cháng)特性（以nm表示）。其中UVA燈管從300~340nm與日光有*的相符性。UVB燈管的光譜分布，其峰接近313nm處的汞線(xiàn)。它們發(fā)出大量波長(cháng)低于300nm的射線(xiàn)，正好位于太陽(yáng)光線(xiàn)的波長(cháng)范圍外，這樣就導致了戶(hù)外不會(huì )出現的老化過(guò)程的發(fā)生，即會(huì )引起涂層的非自然光化學(xué)變化。使用要經(jīng)有關(guān)方面商定。紫外熒光燈型幾乎沒(méi)有可見(jiàn)光部分，可見(jiàn)光部分（400~700nm）雖然對聚合物的降解影響不大，但許多顏料的退色受可見(jiàn)光影響，所以涉及顏色變化的老化試驗建議不用該方法。但是由于它具有加速性較好，光譜穩定，模擬露水侵蝕簡(jiǎn)便。相對氙弧燈裝置，又有低的價(jià)格、極低的運行成本和維護成本，操作簡(jiǎn)單，校準方便。所以得到廣泛的應用。

 3．2氙燈型人工氣候老化試驗設備  

 氙燈型人工氣候老化試驗箱應由耐腐蝕材料制成，其內裝置包括有濾光系統的輻射源、溫濕度調節系統、樣板架、黑標準溫度計、輻照度測定儀等。近年來(lái)由于世界上高科技在各個(gè)領(lǐng)域中的推廣應用，人工氣候老化機的裝備水平也得到了進(jìn)一步的提高，世界一些的人工氣候老化機生產(chǎn)廠(chǎng)在十年間使老化機經(jīng)歷了幾次升級換代。不僅能更為有效地模擬戶(hù)外氣候的多種特性，如：模擬太陽(yáng)的光譜分布、適應各類(lèi)標準選擇的濾光器組合、恒定的黑標準溫度、箱體溫度、濕度、降雨、黑暗、凝露、一個(gè)太陽(yáng)／二個(gè)太陽(yáng)的輻射量等。而且自動(dòng)化程度也大大提高，可內存多種、歐洲、美國、日本等工業(yè)產(chǎn)品（涂料、汽車(chē)部件、塑料、紡織品等）耐人工氣候老化試驗標準，還可自行設定多種用戶(hù)試驗程序，儀器執行標準的準確性及試驗數據的重復性也不斷提高。氙燈型人工氣候老化試驗設備能zui接近的模擬太陽(yáng)光的光譜，所以盡管運行費用很高，大多數用戶(hù)還是需要用氙燈型人工氣候老化試驗機做出的試驗結果來(lái)預測未來(lái)產(chǎn)品的耐候性能力。特別是對材料顏色耐候性能力的判斷，一定要用氙燈型人工氣候老化試驗機來(lái)做。  

 3．2．1氙燈型老化機的結構  

 氙弧燈是特大功率的發(fā)光光源，從1000瓦特到5000瓦特。大量的紅外線(xiàn)發(fā)射將導致試樣溫度很快上升。燈管本身溫度也很高。所以從燈管冷卻的方式，氙燈型老化機可分為水冷式和風(fēng)冷式，為充分利用燈管的輻射資源，一般會(huì )將試樣放在燈管的周?chē)鷩蝗?。并做成可旋轉的結構。稱(chēng)為旋轉鼓式。而將樣品放在平面上，燈管布置在試驗箱體上部的結構稱(chēng)之為平面排列式，水冷式氙燈型老化機可以讓燈管工作在很高的功率下，有較高的效率，但水冷卻系統需水、電、光路隔離，結構復雜，對冷卻用去離子水的要求也很高，導致水冷式氙燈老化機售價(jià)很高。風(fēng)冷式氙燈型老化機相反，結構簡(jiǎn)單了，但光效率較低，售價(jià)也相對低一些。目前新的標準對老化機的結構已無(wú)要求。  

 3．2．2氙燈輻照光譜的過(guò)濾  

 由于氙燈光譜有大量的脈沖波峰，所以要經(jīng)過(guò)過(guò)濾后才可獲得接近日光的光譜。氙燈型老化機常見(jiàn)的濾光片組合及適用范圍見(jiàn)表2：  

 表2常見(jiàn)的濾光片組合及適用范圍

 如表2所示，通過(guò)不同濾光片的組合可以得到多種戶(hù)內外條件模擬試驗，不同的組合會(huì )產(chǎn)生不同的光譜及輻射強度，可引起試驗結果的明顯不同。濾光器的老化可導致氙弧燈的紫外發(fā)射明顯減少，必須嚴格按照儀器的規定定期更換內外濾光片。另外，濾光器上的沉積物及其他殘留物也能影響濾光器的透過(guò)率，因此應定期清洗濾光器。  

 3．2．3輻照強度和控制點(diǎn)  

 輻照度是指照射在平面上光能的比率。一臺耐候性試驗箱必須控制光的輻照強度，以達到加速實(shí)驗和重現試驗結果的目的。光輻照度的變化會(huì )影響材料質(zhì)量惡化的速度，而光波波長(cháng)的變化（例如光譜的能量分布）則同時(shí)會(huì )對材料退化的速度和類(lèi)型產(chǎn)生影晌。通過(guò)控制光的輻照強度可以保持與實(shí)際相符的測試條件。

 氙燈型老化機一般都有輻照強度的反饋控制系統，控制量大多以340nm（戶(hù)外輻射暴露）或420nm（透過(guò)窗玻璃暴露）為控制點(diǎn)，當輻照強度穩定控制在0.68W/m2/nm時(shí)，試驗機的輻照強度大致相當于夏季正午太陽(yáng)直射時(shí)的強度。增加輻照強度有時(shí)可以加速老化速度，但是對有的材料效果卻不一定明顯，提高老化速度有時(shí)會(huì )與真實(shí)情況不符。需要參照自然氣候曝露對比試驗，才能得到正確的結果。  

 3．2．4溫度和濕度控制  

 光能輻射到試板提高了試板的溫度。不同的顏色因吸收的能量不同，溫升也不一樣，顏色越深溫度越高，黑色zui高，白色zui低。通常，老化試驗機使用標準黑體溫度統一受照射物表面溫度，也稱(chēng)黑板溫度。黑板溫度傳感器是內部裝有溫度敏感元件的導熱板，其表面涂有能吸收波長(cháng)2500nm以?xún)热咳肷涞妮椛涔獾?span lang="EN-US">93%、有良好耐老化性能的平整黑色涂料、背面與試板放在同一導熱面上。儀器通過(guò)控制吹過(guò)試樣表面的外部冷空氣調節黑板溫度傳感器的溫度，使之穩定在60℃左右。由于背面底板的導熱和均熱作用，其他試樣也將會(huì )處于接近該溫度的狀態(tài)。特殊應用情況下，也有以絕緣黑體溫度（傳感器四周與底部有隔熱材料）、白板溫度作為試驗試樣的溫度控制目標。而箱體氣體溫度作為間接的溫度環(huán)境儀器也會(huì )設置控制系統作為下級控制對象。  

 通常溫度升高10攝氏度，化學(xué)反應速度會(huì )提高兩倍。但光化學(xué)反應不是通常的簡(jiǎn)單的一步反應，zui初的光化學(xué)反應不受熱量影響，而第二步反應要受熱量影響。增加溫度一般可以加速老化速度，但是對有的材料效果卻不一定明顯，所以，通過(guò)提高溫度加速老化速度，有時(shí)也會(huì )與真實(shí)情況不符。所以既要提高老化速度，又要減少誤差，黑板溫度通常不能超過(guò)實(shí)際使用的zui高溫度。

 濕度對涂層的老化影響很大，但高溫的氙燈輻射使濕度控制較難實(shí)現，一般都有蒸發(fā)水蒸氣的裝置調節箱體內部的濕度。使之相對濕度大致維持在50%+/-5%左右。  

 3．2．5循環(huán)  

 或許有人認為連續的光照可以加快老化速度，縮短老化時(shí)間。但實(shí)際上，很多材料在發(fā)生化學(xué)反應之前，它們需要一定的“間歇期”。儀器都有循環(huán)程序來(lái)控制試驗遵循如幾小時(shí)光照，幾小時(shí)無(wú)光照的周期循環(huán)來(lái)進(jìn)行。程序還有噴水或浸漬的步驟設計。這樣的老化既接近真實(shí)情況又速度較快。  

 3．2．6．氙燈型老化機燈管的使用壽命  

 氙燈也會(huì )老化，老化造成波譜的偏移。由于太陽(yáng)光譜中紫外線(xiàn)區的光譜分布雖然很窄，并且輻射能量也僅占太陽(yáng)總能量的5~7％左右，但經(jīng)試驗表明該區域的破壞力zui大，是造成聚合物老化的主要原因。所以現行更加新的標準對氙燈型人工老化機輻照光譜中290nm~400nm的光譜能量分布特意做了更加細的規定。并均把光輻照度的控制點(diǎn)放在太陽(yáng)光的紫外光340nm附近。這樣就提高了與戶(hù)外環(huán)境匹配的精度，提高了與戶(hù)外暴曬的相關(guān)性，試驗的可重復性和可再現性。但是，由于氙燈光譜中UV段發(fā)射效率衰減得更快。當340nm點(diǎn)控制穩定后，由于杠杠原理，可見(jiàn)光至紅外部分的輻照度在氙燈管工作1000小時(shí)后都會(huì )有較大的提升（約20%以上）。很快超過(guò)了太陽(yáng)光的典型輻照度，這樣又會(huì )降低與戶(hù)外暴曬的相關(guān)性，所以，生產(chǎn)廠(chǎng)商都規定了氙燈管的工作壽命，一般在標準功率下工作1300~1500小時(shí)后需要更換燈管。這也是氙燈型人工老化機運行費用很高的原因之一。紫外熒光燈的壽命：有輻照控制的約6000小時(shí)。無(wú)輻照控制的約1600小時(shí)。  

 3．3紫外熒光燈型人工氣候老化試驗設備  

 紫外熒光燈型人工氣候老化也由耐腐蝕材料制成，其內裝置包括有UV光管組成的輻射源、溫度調節系統、模擬濕氣的加熱蓄水盤(pán)，樣板架、黑標準溫度計、輻照度測定儀等。  

 盡管紫外光（UV）只占陽(yáng)光的6%，但是它卻是造成戶(hù)外產(chǎn)品耐用性下降的主要光照因素。這是因為陽(yáng)光的光化學(xué)反應影響隨著(zhù)波長(cháng)的減少而增加。因此在模擬陽(yáng)光對材料物理性質(zhì)的破壞影響時(shí)，不需要再現整個(gè)陽(yáng)光光譜。在大多數情況下，只需要模擬短波的UV光即可。以上研究結果導致了UV熒光燈耐候老化機的發(fā)展。UV熒光燈耐候老化機的優(yōu)點(diǎn)：

 l快速獲得實(shí)驗結果

 l簡(jiǎn)化的光照度控制

 l穩定的光譜

 l只需很少的維護

 l價(jià)格便宜、運行費用低廉。  

 所以得到了廣泛的應用。至少在配方篩選階段人們多都想到首先使用紫外熒光燈型人工氣候老化機。  

 3．3．1UV能量的波長(cháng)范圍  

 耐候老化機的代表機型Q8/UV采用熒光UV燈。其原因在于它們比其他的燈管更為穩定，并且有更好的試驗結果再現性。采用熒光UV燈模擬陽(yáng)光對材料物理性質(zhì)的影響，例如亮度下降、龜裂、剝落等方面應是的方法?，F有幾種不同的UV燈可供選擇。這些UV燈主要產(chǎn)生紫外光，而不是可見(jiàn)光或紅外光。燈的主要差別體現在它們各自產(chǎn)生的UV總能量集中在不同的光譜波長(cháng)范圍上。不同的燈會(huì )產(chǎn)生不同的測試結果。實(shí)際的曝曬應用環(huán)境可以提示應選用那種類(lèi)型的UV燈。  

 UVA-340可*的模擬陽(yáng)光光譜的臨界短波波長(cháng)范圍，UVA-340的名稱(chēng)表示發(fā)射峰的波長(cháng)特性（以nm表示）即發(fā)射峰的波長(cháng)為340nm。波長(cháng)范圍為A波段，即295至360nm的光譜。UVA-340只產(chǎn)生在陽(yáng)光中能找到的UV波長(cháng)的光譜。  

 UVB-313，用于zui大程度的加速試驗。UVB-313可以很快地提供實(shí)驗結果。它們所采用的短波長(cháng)UV比目前地球表面上通常找到的UV光波更為強烈。盡管這些比自然波長(cháng)短許多的UV光能夠zui大程度地加速試驗，但它同時(shí)也會(huì )對某些材料造成不符和實(shí)際的退化破壞。UVB-313的曝曬程式在QC和R&D的應用和對耐用性材料進(jìn)行試驗時(shí)，是極其有用的。

 3．3．2控制輻照強度  

 與氙弧燈裝置一樣，紫外熒光燈型人工氣候老化試驗設備一般都有輻照強度的反饋控制系統，以期達到加速實(shí)驗和重現試驗結果的目的。光輻照度的變化會(huì )影響材料質(zhì)量惡化的速度。通常，使用峰值波長(cháng)為340nm的UVA-340燈管?？刂戚椪諒姸葹?span lang="EN-US">0.68w/m2/nm，就可與夏季正午直射的陽(yáng)光強度相匹配。它可以快速提供結果，而絲毫不影響其相關(guān)性。如需加速獲取數據，可以使之光照強度比夏季正午的陽(yáng)光強度高75%。  

 3．3．3模擬露水的影響

 在戶(hù)外的材料與濕氣接觸的時(shí)間，每天可以長(cháng)達12小時(shí)。研究結果表明造成這種戶(hù)外潮濕的主要原因是露水，而不是雨水。模擬露水是通過(guò)冷凝原理來(lái)實(shí)現。在試驗機箱的底部有一蓄水箱，在Q8/UV的冷凝循環(huán)階段，對其進(jìn)行加熱來(lái)產(chǎn)生水汽。熱蒸汽使試驗箱內的相對濕度維持在l00%，并且保持一個(gè)相對高溫。設計確保測試試件實(shí)際上構成試驗箱的側壁，從而使試件的背面則曝露在室內環(huán)境空氣中。室內空氣的冷卻效用導致試件表面溫度下降到低于蒸汽溫度幾度的水平。這一溫差導致試件在整個(gè)冷凝循環(huán)過(guò)程中，其表面始終有冷凝生成的液態(tài)水。這種冷凝產(chǎn)物是很穩定的純凈蒸餾水。這種純凈水提高了試驗的再現率，而同時(shí)避免了水漬問(wèn)題：由于戶(hù)外曝曬接觸潮濕的時(shí)間每天可以長(cháng)達12小時(shí)，因此Q8/UV的潮濕周期一般持續幾小時(shí)。標準推薦的冷凝周期一般至少持續4小時(shí)。注意到Q8/UV中的UV曝曬和冷凝曝曬是分別進(jìn)行的，這與實(shí)際氣候條件一致。冷凝的優(yōu)點(diǎn)：

 l與自然潮濕一致。

 l通過(guò)升溫加速實(shí)驗過(guò)程。

 l采用普通自來(lái)水。

 l冷凝產(chǎn)物是純凈水--在樣品上無(wú)水漬或雜質(zhì)產(chǎn)生。

 l維護簡(jiǎn)單  

 3．3．4模擬雨水影響  

 對于某些應用過(guò)程而言，增加水噴淋能更好的模擬zui終使用的環(huán)境條件。屋面、汽車(chē)材料和在金屬建筑或結構上使用的防腐涂料經(jīng)常會(huì )遭遇到突然的溫度劇變。例如在炎熱的夏季中，當熱量堆積表面溫度很高后突然由于暴雨而消散。由于經(jīng)常遭到來(lái)自雨水的沖刷，鋼結構的涂料層，包括油漆和著(zhù)色劑，會(huì )出現相應的侵蝕現象。近期研究結果表明，這種雨水沖刷動(dòng)作可以將材料表面有防降解作用的涂料粉化層沖刷掉，從而將涂料本身直接曝曬在UV和水份的破壞性影響之下。這一過(guò)程可以重復多次，從而導致一種材料退化現象加劇。而單靠冷凝方式是無(wú)法再現的。增加水噴淋以再現此類(lèi)環(huán)境條件，可以增強某些涂料氣候老化試驗的相關(guān)性。

 3．3．5溫度控制  

 一級的光化學(xué)反應對溫度變化并不敏感。然而，隨之而來(lái)的二級反應的速度則和溫度變化緊密相關(guān)。一般來(lái)說(shuō)，隨著(zhù)溫度升高，反應速度會(huì )加快。因此，在UV曝曬實(shí)驗過(guò)程中，溫度控制就顯得很重要。而且要控制加速試驗所采用的試驗溫度與材料在實(shí)際應用中遭遇的zui高溫度相當。同樣，紫外光老化試驗機也使用標準黑體溫度統一受照射物表面溫度，由于儀器僅有紫外部分光譜，試板的溫度一般要靠箱體溫度提供。UV階段的溫度設置可以從50C到80℃，具體取決于光照度水平和室內環(huán)境氣溫。  

 濕氣循環(huán)階段，潮濕對材料的破壞力會(huì )隨著(zhù)溫度的提高而急劇增加。因此在潮濕循環(huán)階段的過(guò)程中，溫度控制要求保持高溫環(huán)境，設置可以是從40*C到60*C。  

 Q8/UV具有輻照強度控制、溫度控制，采用兩種方式來(lái)模擬濕氣的影響。Q/UV3噴淋型采用冷凝和水噴淋兩種方式，Q8／UV2型和Q8/UV1普通型則只配備冷凝方式。Q8/UV1普通型輻照強度控制采用燈管新舊搭配，定期淘汰舊燈管的方式。機器投資少，但燈管整體的替換周期要短一倍。  

 4操作要點(diǎn)  

 除另有規定，可按GB/T1765-79（89）《測定耐濕熱、耐鹽霧、耐候性（人工加速）的防腐涂層制備法》制備并養護樣板。樣板養護期結束后，留出一塊作為標準板，其余2-3塊投入人工氣候老化試驗機內進(jìn)行試驗。樣板需放在試板架上，周?chē)諝庖魍?，樣板在試板架上的排列應以有規律的間隔時(shí)間改變，例如上排樣板與中排樣板及下排樣板進(jìn)行交換。  

 試驗時(shí)間可參照相關(guān)產(chǎn)品標準來(lái)確定，也可將其老化狀態(tài)已知的曝露涂層（參照樣板）與被測樣板同時(shí)投入試驗，以確定試驗終點(diǎn)及評定被測樣板，參照樣板的化學(xué)結構和老化狀況應盡可能與試驗樣板相類(lèi)似。

 樣板的檢查按GB/T1766-1995《色漆和清漆涂層耐老化的評級方法》規定進(jìn)行，檢查項日包括：變色、失光、粉化、裂紋、起泡、生銹、脫落、斑點(diǎn)、泛金、沾污、長(cháng)霉等。樣板的評定可采用單項評級和綜合評級法，綜合評級法分裝飾性漆和保護性漆兩種，根據樣板破壞程度可評山優(yōu)、良、中、可、差、劣六個(gè)級別。  

 5影響人工氣候老化試驗結果的其他因素  

 5．1試驗儀器校準

 除儀器產(chǎn)地、型號及性能的差異可能造成試驗結果的不同外，儀器本身的定期校準是十分重要的。如不能按期對儀器控制器如：輻照度計、光傳感器、黑標準溫度、溫度、濕度傳感器、水質(zhì)純度計等進(jìn)行必要的校準，將影響試驗結果的準確性。其中以光傳感器的校準zui為重要和困難。一般由大的人工老化機生產(chǎn)廠(chǎng)家提供服務(wù)，并可追溯到相關(guān)國家的標準技術(shù)管理機構如美國國家標準與技術(shù)研究所。值得一提的是一種的產(chǎn)品稱(chēng)為Q8-800的照度自動(dòng)校準系統提供了用戶(hù)可自己完成校準的技術(shù)，校準只需幾秒鐘的時(shí)間，避免了繁雜又易出錯的校準程序。校準的結果也可以追溯到美國國家標準與技術(shù)研究所頒布的方法。  

 5．2試驗用水  

 用于儀器內濕潤及模擬戶(hù)外降雨、凝露作用的蒸餾水應符合GB/T6682實(shí)驗室用水二級水的要求（電導率低于21S／cm，蒸發(fā)殘余物少于lppm），否則將在試板表面產(chǎn)生沉積物而造成不可靠的試驗結果。通過(guò)冷凝原理來(lái)實(shí)現凝露作用的紫外熒光燈型人工氣候老化機可使用自來(lái)水。但模擬降雨的供水因直接接觸樣板，所以需要蒸餾水，并應符合GB/T6682實(shí)驗室用水二級水的要求。

 5．3其他因素  

 不同的涂層（防腐涂層）對不同的光波長(cháng)有著(zhù)不同的選擇性，如：不同顏色的防腐涂層對熱量的吸收不同，會(huì )有一定的測試誤差。另外對顏色、光澤等檢驗項目應盡量采用儀器法而不用目測法，以減少人為誤差

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