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(yàn)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(dá)，是亞熱帶季風(fēng)性溫潤氣候，一直被稱為天府之國。但是，自然老化會(huì)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(jī)性非常大，而人工實(shí)驗(yàn)時(shí)各方面的條件都是可以控制的，不會(huì)受到上述幾個(gè)方面的過度影響，不過人工實(shí)驗(yàn)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(dāng)中各種隨機(jī)的影響因素。所以，迄今為止還沒有一個(gè)能夠評(píng)判自然老化和人工加速試驗(yàn)相關(guān)系數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)。所以我們?cè)谶M(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)接收同樣的陽光照射，然后再根據(jù)試驗(yàn)品出現(xiàn)的變化再判斷自然老化和人工加速試驗(yàn)的相關(guān)性。

實(shí)驗(yàn)的樣品在實(shí)驗(yàn)的過程當(dāng)中如果直接暴露在大氣當(dāng)中，很容易被太陽光輻射，還會(huì)受到溫度以及濕度等多方面的影響，而這些因素就會(huì)導(dǎo)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(huì)影響樣品的保護(hù)功能，甚至還會(huì)影響產(chǎn)品的使用壽命，提高了成本，導(dǎo)致資源浪費(fèi)，而且樣品的材料失效還會(huì)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(huì)利用“佛羅里達(dá)耐候性”以及“亞利桑那耐候性”去評(píng)判產(chǎn)品的耐候性。其原理是樣品在這樣的環(huán)境當(dāng)中將會(huì)很快的降解，并且佛羅里達(dá)環(huán)境當(dāng)中陽光的強(qiáng)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(jìn)行戶外樣品實(shí)驗(yàn)的最好條件，特別是一些對(duì)于濕度要求較高的化學(xué)建材，例如建筑上噴涂的顏料以及建筑中用到的塑料進(jìn)行這樣的實(shí)驗(yàn)非常有必要。迄今為止，我國在老化試驗(yàn)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(shí)際的在各種氣候條件中進(jìn)行有效地研究。隨著我國綜合實(shí)力的不斷增強(qiáng)，尤其是我國建筑事業(yè)突飛猛進(jìn)，建筑外墻噴涂的涂料以及汽車、風(fēng)電等方面的涂料也有了更進(jìn)一步的突破。在現(xiàn)今這個(gè)提倡節(jié)能減排、愛護(hù)環(huán)境的時(shí)代背景之下，對(duì)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(guān)注。而隨著對(duì)建筑涂料各方面的要求不斷增加，怎樣評(píng)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(duì)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(jìn)行人工加速老化試驗(yàn)，研究探討老化試驗(yàn)方法對(duì)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(yàn)部分

2.1 試樣制備

本次試驗(yàn)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(yàn)

用經(jīng)濾光器濾過的氙弧燈光對(duì)涂層進(jìn)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(shí)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(rèn)為是涂層老化的主要原因，因此對(duì)于人工氣候老化而言，模擬太陽光輻射是至關(guān)重要的。

本次人工加速老化試驗(yàn)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(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，使用氙燈試驗(yàn)箱，試驗(yàn)設(shè)備為ATLAS 的氙燈試驗(yàn)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(gè)循環(huán)，并可以自動(dòng)執(zhí)行完成循環(huán)次數(shù)，循環(huán)運(yùn)行模式：連續(xù)運(yùn)行，濕潤時(shí)間：18min，干燥時(shí)間：102min，干燥期間的相對(duì)濕度：40%～60%。試驗(yàn)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(yàn)箱內(nèi)流動(dòng)空氣溫度：（38±3）℃，試驗(yàn)架上黑板溫度為：（63±2）℃。

2.3 自然氣候暴露試驗(yàn)

自然氣候暴露試驗(yàn)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(shí)間面發(fā)生變化，試驗(yàn)地點(diǎn)為成都市龍泉驛區(qū)，試驗(yàn)架方向朝正南（赤道）方向，暴露架面與地面成45°。同時(shí)每一個(gè)涂料品種同時(shí)用同樣的施工方法制備三塊暴露樣板和一塊對(duì)照用標(biāo)準(zhǔn)樣板，標(biāo)準(zhǔn)樣板不封邊，并保存在室內(nèi)通風(fēng)、干燥、不受光照。

2.4 耐候性的評(píng)定

涂層耐候性的評(píng)定可以按GB∕T 1766-2008《色漆和清漆涂層老化的評(píng)級(jí)方法》進(jìn)行，該標(biāo)準(zhǔn)適用涂層老化的評(píng)級(jí)通則、老化單項(xiàng)指標(biāo)的評(píng)級(jí)方法及裝飾性涂層和保護(hù)性涂層老化的綜合評(píng)級(jí)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(píng)價(jià)參數(shù)有失光、變色、粉化、泛金、斑點(diǎn)、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(yàn)采用色差參數(shù)來進(jìn)行評(píng)價(jià)。

3 老化試驗(yàn)結(jié)果

自然氣候暴露時(shí)間12個(gè)月，每隔三個(gè)月測試受試樣品和標(biāo)準(zhǔn)樣板之間色差，人工加速老化測試時(shí)間點(diǎn)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(dāng)于人工氣候加速老化時(shí)間250h左右，以建筑外用氟碳鋁單板為例，標(biāo)準(zhǔn)要求測試耐人工氣候老化時(shí)間4000h，設(shè)計(jì)年限相當(dāng)于16年左右。自然氣候的老化和人工試驗(yàn)的老化之間的關(guān)聯(lián)是非常復(fù)雜的，在自然環(huán)境當(dāng)中，氣候是隨機(jī)在變化的，并且樣品不僅僅會(huì)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(yàn)不能夠完全模擬自然環(huán)境當(dāng)中的氣候變化，因?yàn)楹芏鄬?shí)驗(yàn)因素在實(shí)驗(yàn)初期就已經(jīng)設(shè)定好，很少在實(shí)驗(yàn)過程當(dāng)中改變，并且試驗(yàn)時(shí)設(shè)置的條件遠(yuǎn)沒有自然環(huán)境當(dāng)中的影響因素復(fù)雜。人工加速老化試驗(yàn)和自然老化試驗(yàn)所得到的結(jié)論之間的相關(guān)性對(duì)于自然暴露和人工加速老化的研究具有非常重要的促進(jìn)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(guān)性，但是這兩個(gè)試驗(yàn)在某種程度上是非常矛盾的。人工加速老化試驗(yàn)可以使用非常高的測試溫度，也能夠調(diào)試不同的輻照強(qiáng)度等，所以人工加速老化試驗(yàn)不僅僅加速了樣品的老化速度，還降低了它們之間的相關(guān)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?cè)谘芯康奶卣?，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(shí)間的自然測試不太科學(xué)，必須要做到快速有效地測試，因此，進(jìn)一步探求人工加速老化試驗(yàn)與自然氣候的模擬程度，構(gòu)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(shù)，制定不同區(qū)域氣候環(huán)境下的耐候性評(píng)價(jià)指標(biāo)，進(jìn)而上升為行業(yè)規(guī)范依據(jù)，以健全耐候性工業(yè)技術(shù)檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)體系。

表1 自然曝曬與人工加速老化色差變化值