黃林清 胡宗偉 李 繼 孫齊鴻 姜 山 陳洪根

1.國家建材產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心；2.四川彩星科技股份有限公司

1 引言

成都市屬于四川省境內(nèi)，屬于盆地西部，成都市位于東經(jīng)102°54'～104°53'、北緯30°05～31°26'之間。成都屬于是平原的腹地，地勢平坦，并且河流較多，物資充足，農(nóng)業(yè)也很發(fā)達，是亞熱帶季風性溫潤氣候，一直被稱為天府之國。但是，自然老化會受到地理位置、環(huán)境因素以及人類行為等多方面的影響，隨機性非常大，而人工實驗時各方面的條件都是可以控制的，不會受到上述幾個方面的過度影響，不過人工實驗的方式在可靠性上還存在著一定的問題，例如不能夠完全的模擬自然環(huán)境當中各種隨機的影響因素。所以，迄今為止還沒有一個能夠評判自然老化和人工加速試驗相關系數(shù)的標準。所以我們在進行實驗時接收同樣的陽光照射，然后再根據(jù)試驗品出現(xiàn)的變化再判斷自然老化和人工加速試驗的相關性。

實驗的樣品在實驗的過程當中如果直接暴露在大氣當中，很容易被太陽光輻射，還會受到溫度以及濕度等多方面的影響，而這些因素就會導致樣品老化的情況出現(xiàn)不同。如果樣品出現(xiàn)老化，不僅僅是樣品的材料裝飾出現(xiàn)變化還會影響樣品的保護功能，甚至還會影響產(chǎn)品的使用壽命，提高了成本，導致資源浪費，而且樣品的材料失效還會污染環(huán)境。一直以來，建筑材料的老化問題都阻礙著我國建筑事業(yè)的發(fā)展，在國際建筑行業(yè)，經(jīng)常會利用“佛羅里達耐候性”以及“亞利桑那耐候性”去評判產(chǎn)品的耐候性。其原理是樣品在這樣的環(huán)境當中將會很快的降解，并且佛羅里達環(huán)境當中陽光的強度非常高，且全年的溫度都非常高，降水量很多空氣濕度也較高，這種環(huán)境是進行戶外樣品實驗的最好條件，特別是一些對于濕度要求較高的化學建材，例如建筑上噴涂的顏料以及建筑中用到的塑料進行這樣的實驗非常有必要。迄今為止，我國在老化試驗上收集的數(shù)據(jù)還不是很完善，有很多研究都比較落后，也沒有實際的在各種氣候條件中進行有效地研究。隨著我國綜合實力的不斷增強，尤其是我國建筑事業(yè)突飛猛進，建筑外墻噴涂的涂料以及汽車、風電等方面的涂料也有了更進一步的突破。在現(xiàn)今這個提倡節(jié)能減排、愛護環(huán)境的時代背景之下，對于建筑涂料各方面的要求也越來越高，這使得建筑涂料的安全性以及耐久性等性能受到了更多地關注。而隨著對建筑涂料各方面的要求不斷增加，怎樣評估建筑涂料老化失效性能以及耐候性就變得非常重要。本文主要是對于成都地區(qū)經(jīng)常使用的建筑涂料在氙燈老化光源下進行人工加速老化試驗，研究探討老化試驗方法對常見涂料的影響，以此探討建筑涂料在自然環(huán)境中暴露的使用壽命和人工加速老化之間聯(lián)系。

2 試驗部分

2.1 試樣制備

本次試驗用樣板由彩星科技股份公司制備，底材為馬口鐵板，樣品包含環(huán)氧、聚氨酯、醇酸、氟碳涂料，采用噴涂工藝，涂膜厚度約為70μm～100μm，制成150×65mm 大小的試樣，底面和側(cè)面均采用噴涂包覆。

2.2 人工加速老化試驗

用經(jīng)濾光器濾過的氙弧燈光對涂層進行人工氣候老化或人工暴露輻射，其目的是為了使涂層在經(jīng)受一定的暴露輻射能后，使選定的性能產(chǎn)生一定程度的變化。將暴露涂層的性能與同樣制得的未經(jīng)暴露的涂層性能相比較，或者與同時暴露的性能己知的涂層相比較。自然氣候中，太陽光輻射被認為是涂層老化的主要原因，因此對于人工氣候老化而言，模擬太陽光輻射是至關重要的。

本次人工加速老化試驗依據(jù)《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》（GB∕T 1865—2009∕ISO 11341—2004）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標準進行，使用氙燈試驗箱，試驗設備為ATLAS 的氙燈試驗箱，可模擬自然氣候中的光照，雨淋、冷凝、濕熱等環(huán)境條件，通過重現(xiàn)這些條件，形成一個循環(huán)，并可以自動執(zhí)行完成循環(huán)次數(shù)，循環(huán)運行模式：連續(xù)運行，濕潤時間：18min，干燥時間：102min，干燥期間的相對濕度：40%～60%。試驗選用方法1，輻射通量試樣表面在300mm～400nm之間的平均輻照度為60W∕m2，試驗箱內(nèi)流動空氣溫度：（38±3）℃，試驗架上黑板溫度為：（63±2）℃。

2.3 自然氣候暴露試驗

自然氣候暴露試驗將試板置于自然環(huán)境中經(jīng)受各種氣候因素綜合作用，觀測其性能隨時間面發(fā)生變化，試驗地點為成都市龍泉驛區(qū)，試驗架方向朝正南（赤道）方向，暴露架面與地面成45°。同時每一個涂料品種同時用同樣的施工方法制備三塊暴露樣板和一塊對照用標準樣板，標準樣板不封邊，并保存在室內(nèi)通風、干燥、不受光照。

2.4 耐候性的評定

涂層耐候性的評定可以按GB∕T 1766-2008《色漆和清漆涂層老化的評級方法》進行，該標準適用涂層老化的評級通則、老化單項指標的評級方法及裝飾性涂層和保護性涂層老化的綜合評級方法。老化的原因很多，但主要是聚合物鏈的降解、氧化降解和光氧化降解，水解及生物降解等，常溫使用的一般涂料主要老化方式為光氧化降解。老化評價參數(shù)有失光、變色、粉化、泛金、斑點、玷污、開裂、起泡、長霉、剝落、生銹，考慮到涂膜漸變程度，本次試驗采用色差參數(shù)來進行評價。

3 老化試驗結(jié)果

自然氣候暴露時間12個月，每隔三個月測試受試樣品和標準樣板之間色差，人工加速老化測試時間點分別在60h、120h、200h、250h。測得的老化后差異值如表1。

圖1 自然暴露與人工加速老化色差趨勢圖

4 結(jié)果與討論

根據(jù)表1圖1變化曲線變化過程來看，自然氣候暴露一年大約相當于人工氣候加速老化時間250h左右，以建筑外用氟碳鋁單板為例，標準要求測試耐人工氣候老化時間4000h，設計年限相當于16年左右。自然氣候的老化和人工試驗的老化之間的關聯(lián)是非常復雜的，在自然環(huán)境當中，氣候是隨機在變化的，并且樣品不僅僅會受到自然氣候的影響，還有可能受到人類行為的影響。而人工老化試驗不能夠完全模擬自然環(huán)境當中的氣候變化，因為很多實驗因素在實驗初期就已經(jīng)設定好，很少在實驗過程當中改變，并且試驗時設置的條件遠沒有自然環(huán)境當中的影響因素復雜。人工加速老化試驗和自然老化試驗所得到的結(jié)論之間的相關性對于自然暴露和人工加速老化的研究具有非常重要的促進作用?？偟膩碚f，在工業(yè)上，不僅僅要求能夠快速地得到兩種老化測試的結(jié)果，還需要研究他們之間的相關性，但是這兩個試驗在某種程度上是非常矛盾的。人工加速老化試驗可以使用非常高的測試溫度，也能夠調(diào)試不同的輻照強度等，所以人工加速老化試驗不僅僅加速了樣品的老化速度，還降低了它們之間的相關性。自然老化和人工加速老化各有優(yōu)勢和不足，這也是人們在研究的特征，在很多的地方需要用老化測試，由于生產(chǎn)的周期和市場變化等因素，長時間的自然測試不太科學，必須要做到快速有效地測試，因此，進一步探求人工加速老化試驗與自然氣候的模擬程度，構建快速推算材料使用年限的人工加速老化的推算方法及質(zhì)量控制技術，制定不同區(qū)域氣候環(huán)境下的耐候性評價指標，進而上升為行業(yè)規(guī)范依據(jù)，以健全耐候性工業(yè)技術檢驗標準體系。

表1 自然曝曬與人工加速老化色差變化值