李　欣，彭　軍，李瀟茹

(1 廣州合成材料研究院有限公司，廣東廣州 510665)

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連續(xù)冷凝法測定涂層耐濕性的探討

李欣1，彭軍1，李瀟茹

(1 廣州合成材料研究院有限公司，廣東廣州 510665)

摘要：比較了不同標(biāo)準(zhǔn)中測定涂層濕熱性的試驗原理、儀器設(shè)備和結(jié)果評定，介紹了我們自行設(shè)計組裝的續(xù)冷凝濕熱試驗儀，并提供了采用此設(shè)備所進行的連續(xù)冷凝試驗實例，以供實際參考。

關(guān)鍵詞：連續(xù)冷凝，耐濕性，涂層，試驗方法

水分和濕度是涂料產(chǎn)生老化缺陷和影響其使用壽命的重要環(huán)境因素，在潮濕的環(huán)境下高分子涂膜會發(fā)生水降解反應(yīng)，從而導(dǎo)致涂層出現(xiàn)起泡、剝落、開裂、變色等不同程度的破壞以及底材的腐蝕和損壞[1]。因此，了解涂層在潮濕環(huán)境下的抵抗能力和漆膜耐濕性對研究涂料的抗老化性能和預(yù)測涂料使用壽命具有重大實際意義。

漆膜耐濕性的測定方法在GB、ISO、ASTM等標(biāo)準(zhǔn)中都有具體規(guī)定，目前按照不同標(biāo)準(zhǔn)的測定方法主要有四種：將涂料試板直接放置于規(guī)定溫濕度的調(diào)溫調(diào)濕箱中來測定涂層耐濕性，如GB/T 1740-2007《漆膜耐濕熱測定法》[2]；通過霧化器將水變成水霧，然后沉降到試板表面測定涂層耐濕性的水霧法，如ASTM D 1735-2014《用水霧儀測試涂層耐水性的試驗方法》[3]；將試板部分或全部浸入到規(guī)定溫度水中的水浸漬法，如GB/T 30648.2-2015 《色漆和清漆耐液體性的測定 第2部分：浸水法》[4]和ASTM D 870-2015《用水浸漬法測涂層耐水性的規(guī)程》[5]；利用試板與周圍環(huán)境或試板正反面的溫差而形成凝露的連續(xù)冷凝法，如GB/T 13893-2008[6]和ISO 6270-1∶1998《色漆和清漆耐濕性的測定連續(xù)冷凝法》[7]、ASTM D 2247-2011《涂層在100%相對濕度下耐水性測試規(guī)程》[8]、ASTM D4585/D4585M-2013《使用受控冷凝法對涂料耐水性測試的規(guī)程》[9]。由于風(fēng)電涂料、船舶涂料和橋梁涂料等重防腐涂料在戶外實際使用中涂層表面具有冷熱溫差的變化，因此連續(xù)冷凝法在這類涂料中的應(yīng)用最為廣泛。

通過連續(xù)冷凝法測定涂層耐濕性，實際上是涂料試板在連續(xù)冷凝的高濕度環(huán)境中以及在漆膜上始終出現(xiàn)冷凝水的情況下，測試漆膜的破壞程度及外觀的變化。本文對不同標(biāo)準(zhǔn)所描述的連續(xù)冷凝法的測試條件和儀器設(shè)備的差異進行探討，并提供了采用我們自行設(shè)計的連續(xù)冷凝濕熱試驗儀所進行的連續(xù)冷凝試驗的試驗數(shù)據(jù)和評價結(jié)果，以供參考。

1試驗原理

GB/T 13893-2008等同采用ISO 6270-1：1998，此標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了涂料、清漆及其同類相關(guān)產(chǎn)品在連續(xù)冷凝的高濕度環(huán)境中其耐濕性的測定方法。ASTM D4585/D4585M-2013和GB/T 13893-2008類似，都是由于試板正反面的溫差而在試板涂漆面形成連續(xù)的凝露從而實現(xiàn)連續(xù)冷凝。ASTM D 2247-2011也規(guī)定了在連續(xù)冷凝高濕度環(huán)境下涂層耐濕性的測定，但試驗原理與上述標(biāo)準(zhǔn)有所不同，其差異在于ASTM D 2247-2011標(biāo)準(zhǔn)中所形成的凝露是通過試板在100%完全濕度環(huán)境下和周圍的蒸汽存在的溫差而形成的。

2儀器設(shè)備

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的試驗原理和測試條件的不同，采用了不同類型的試驗儀器進行涂層耐濕性測試。ASTM D4585/D4585M-2013所規(guī)定的連續(xù)冷凝的高濕度環(huán)境是通過如圖1所示的連續(xù)冷凝設(shè)備來實現(xiàn)的。連續(xù)冷凝設(shè)備下端是水槽，上端是與水平面呈(15±5)°的箱蓋，底部有通風(fēng)口，側(cè)面有水位控制器。圖2是連續(xù)冷凝設(shè)備的橫截面圖。從圖2可以清楚地看到，連續(xù)冷凝設(shè)備底部的水通過加熱器加熱可形成水蒸氣。箱蓋是由可以替換移動的惰性空白板組成，當(dāng)進行耐濕性試驗時，試板擺在試板架上取代空白板組成測試儀的箱體外壁，試板的涂層面朝向水。加熱冷凝設(shè)備下端水槽的水產(chǎn)生水蒸氣，由于試板涂層面靠近水蒸氣，與背面形成溫差，所以在涂層面形成凝露而實現(xiàn)涂層的連續(xù)冷凝。

圖1　連續(xù)冷凝設(shè)備[9]

圖2　連續(xù)冷凝設(shè)備的橫截面[9]

GB/T 13893-2008只是文字表述了一種耐濕性測定儀，并無實物圖或推薦參考設(shè)備。按照標(biāo)準(zhǔn)的表述，耐濕性測定儀是一種由化學(xué)惰性材料構(gòu)成的電加熱水浴槽，為了便于冷凝水的排出，測定儀頂部放置試板的位置與水平面設(shè)計成夾角為(60±5)°。水浴槽的邊緣適當(dāng)隔開以保證試板下方與水面上方空間的氣溫一致維持在(38±2)℃。

ASTM D 2247-2011所描述的連續(xù)冷凝試驗設(shè)備如圖3所示，設(shè)備底部是水蒸氣發(fā)生器，試板置于設(shè)備箱體內(nèi)的上部，水蒸氣發(fā)生器所生成的水蒸氣與箱體內(nèi)的空氣混合上升到試板涂層表面上進而形成凝露，實現(xiàn)涂層的連續(xù)冷凝。

圖3　備有水蒸氣發(fā)生器的連續(xù)冷凝設(shè)備[10]

3試驗結(jié)果的表述

試驗應(yīng)進行周期性的檢查，查樣時需盡量快速地用惰性空白板換下測試板，由于試板在濕熱環(huán)境下的破壞缺陷會在短時間內(nèi)有所變化，所以應(yīng)在試板取出的五分鐘內(nèi)評定其破壞情況。GB/T 13893-2008試驗結(jié)果的表述是在規(guī)定的試驗時間后，通過涂層破壞程度來評定，如涂層的起泡、沾污、軟化，起皺和脆化等破壞現(xiàn)象，或者按照ISO 4628規(guī)定的評價方法來評定連續(xù)冷凝試驗后涂層的起泡等級、生銹等級、開裂等級、剝落等級。ASTM D4585/D4585M-2013和ASTM D 2247-2011所規(guī)定的試驗結(jié)果的表述是對試板在經(jīng)歷高濕度環(huán)境后的涂膜性能變化進行評價，如涂膜的顏色、硬度、附著力等。

4試驗實例

連續(xù)冷凝法測定涂層耐濕性的技術(shù)關(guān)鍵是試驗儀器設(shè)備。上述標(biāo)準(zhǔn)中對連續(xù)冷凝儀器設(shè)備的描述僅用文字或圖形來描述，而并無推薦的具體型號的儀器。為了讓試驗裝置能夠直觀的滿足標(biāo)準(zhǔn)的要求，并且能夠嚴(yán)格控制試驗環(huán)境的溫度和測試時間，使測試結(jié)果更加準(zhǔn)確，試驗便于操作，我們自行設(shè)計并組裝了一臺連續(xù)冷凝濕熱試驗儀(如圖4和圖5所示)，并已申請了實用新型專利和發(fā)明專利[11-12]。

連續(xù)冷凝濕熱試驗儀由五部分組成：箱體、液位控制系統(tǒng)、電加熱系統(tǒng)、溫度控制系統(tǒng)、時間控制系統(tǒng)。圖4為連續(xù)冷凝濕熱試驗儀的箱體正面部分，整個箱體由304不銹鋼材質(zhì)構(gòu)成，箱體的箱蓋由可拆卸的惰性空白板組成，測試時由規(guī)定尺寸的試板來取代惰性空白板。在箱體上部設(shè)計中，使涂料試板與水平面的夾角設(shè)計為(60±5)°，以便于冷凝水的排出。箱體上部還包含了溫度控制顯示和時間控制顯示面板。連續(xù)冷凝濕熱試驗儀的箱體下部是一個含有電加熱裝置的水槽，水槽里包含有自動控制液面裝置和自動補水裝置的液面控制系統(tǒng)，并裝有溫度探針，可以記錄水面上方試板以下約25mm空間的空氣溫度的溫度控制系統(tǒng)(標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定為(38±2)℃，也可以采用49℃或60℃)。

圖4　連續(xù)冷凝濕熱試驗儀的箱體部分

圖5為連續(xù)冷凝濕熱試驗儀的箱體，內(nèi)部裝置是一個含有電加熱裝置的水槽，水槽里包含有自動控制液面裝置和自動補水裝置的液面控制系統(tǒng)，裝有溫度探針。并且可以記錄水面上方試板以下約25mm空間的空氣溫度的溫度控制系統(tǒng)。本連續(xù)冷凝濕熱試驗儀通過加熱水槽中水的溫度，由溫度控制系統(tǒng)來調(diào)節(jié)試驗空間的空氣溫度，并可以自行調(diào)節(jié)水位，同時由時間控制系統(tǒng)同步計時，嚴(yán)格控制試驗中連續(xù)冷凝環(huán)境的精準(zhǔn)性和測試時間的同步性，從而確保涂漆試板耐濕性試驗結(jié)果的準(zhǔn)確性。

圖5　連續(xù)冷凝濕熱試驗儀的箱體內(nèi)部裝置

采用此連續(xù)冷凝濕熱試驗儀，按照GB/T 13893-2008規(guī)定的試驗步驟進行連續(xù)冷凝試驗，測定涂層耐濕性。試板底材是玻璃鋼，根據(jù)客戶提供的制板工藝和涂料配比將涂料刷涂在玻璃鋼底材上，漆膜厚度為125μm。試板僅涂一面，并對試板的背面和邊緣部分進行封閉。制取的試板其寬度為70mm、長度100mm。涂漆的試板在室溫下干燥七天，然后再在恒濕恒溫室中放置16h后進行240h的連續(xù)冷凝試驗。圖6為試板在連續(xù)冷凝試驗后涂層表面上形成的凝露。在規(guī)定的試驗時間內(nèi)，試板的涂層表面持續(xù)形成凝露，等到連續(xù)冷凝試驗結(jié)束后按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對涂層的表面外觀和性能變化進行測試和評價，試驗結(jié)果均符合指標(biāo)要求。

圖6　涂層表面上形成的凝露

5結(jié)語

近年來，越來越多的涂料產(chǎn)品需要通過連續(xù)冷凝法來檢測涂層的耐濕性，也有越來越多不同的國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)來規(guī)范這一項目的檢測。為了使連續(xù)冷凝試驗操作更加方便和規(guī)范，我們自行設(shè)計組裝的連續(xù)冷凝濕熱試驗儀，通過文中列舉的具體試驗實例可以看出，涂層耐濕性的檢測能夠更加快速更加準(zhǔn)確地完成。今后隨著新技術(shù)的出現(xiàn)和新設(shè)備的更新，涂層耐濕性的檢測方法也會更加完善，為涂料的抗老化性能和使用壽命推算的研究提供有力保障。

參考文獻

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[11] 廣州合成材料研究院有限公司.一種連續(xù)冷凝水濕熱試驗儀：中國，201521088417.4[P]. 2015-12-22.

[12] 廣州合成材料研究院有限公司.一種連續(xù)冷凝水濕熱試驗儀：中國，201510980450.6[P]. 2015-12-22.

Investigation on Determination of Humidity Resistance of Coating Using Continuous Condensation

LI Xing1，PENG Jun1，LI Xiao-ru

(1 Guangzhou Research Institute Co. Ltd. of Synthetic Materials，Guangzhou 510665，Guangdong，China)

Abstract：The experimental principle，apparatus and test results expression of humidity resistance test of coating using continuous condensation in different standards were compared，the continuous condensation heat and humidity tester which we designed and assembled was introduced，and the example results for continuous condensation test was provided，to provide the reference for the practice.

Key words：continuous condensation，humidity resistance，coating，test method

中圖分類號：TQ 63