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汽车涂层耐候性加速测试方法

发布于:2012-08-08T10:08:43 阅读次数:3415

 

客戶對塗層耐候性和外觀品質的要求不斷提高,這促使汽車製造商和油漆供應商開發新的塗層體系以迎合客戶的需求。然而,由於引進新塗層體系存在潛在的風險,因此在新塗層體系投產前需要做大量的試驗,這需要耗費大量的時間和資源,以減少因塗層失效而帶來的風險。通常在將一個新的塗層體系投入實際應用之前,汽車製造商需要對其進行5年的佛羅里達戶外曝曬試驗。如果汽車行業有一項可靠的加速測試方法,能夠快速且準確地評定汽車塗層體系的長期抗老化性,那麼可以明顯縮短新塗層體系的投產時間。
 
目前最佳的塗層加速老化方法是SAE J2527(替代已廢止的J1960)。該方法規定在氨燈箱內進行老化試驗,經濾光片過濾後,氨燈光源產生與太陽光相似的光譜功率分佈(SPD);而且氨燈試驗箱內的溫度、濕度和在油漆樣品上噴淋的液態水都能得到控制,希望能在短時間內模擬與佛羅里達戶外曝曬相當的塗層失效狀況。與佛羅里達戶外曝曬試驗相比,氙燈試驗箱的輻照度、溫度、潮濕時間或液態水侵蝕強度都有所增加,這被認為是進行加速測試。如果試圖改進加速測試方案,則這些變數都可以進行適當的調整,以提高氨燈老化試驗與實際條件的相關性川。
 
也有人認為,在加速老化設備中試圖再現實際條件下的潛在失效是沒有意義的,因為任何市場區域(例如北美)的氣候變化範圍是非常大的。由於氣候的差異性,在一個地區觀測到的潛在失效在其他地區或許無法觀測到。另外,任何地區的氣候每年都會發生變化(比如在佛羅里達南部,每年的氣候變化是很明顯的),所以在加速設備裏再現所有相關環境的變化因素是不可能和徒勞的。近年來的氣候數據為用實驗室加速老化設備再現實際條件下的曝曬提供了支持,在很好地控制實驗室曝曬條件的前提下,考察塗層體系基本性能變化的研究取得了重大進展。可以將從這些曝曬試驗中獲得的結果應用到這些塗層體系在不同曝曬條件下的性能統計預測中,實驗室加速老化方法顯示出預測塗層體系在自然曝曬條件下的使用壽命的前景,但前提是要求有龐大的數據做支撐,而現代添加了穩定劑的高耐候塗層體系在不同系列環境中的曝曬情況仍需驗證。
 
對於具有實際測試經驗的塗料技術人員來說,短期內最大的願望是,通過仔細檢查和改善影響測試精確性和加速因素的測試條件,來改進現有的加速測試方法。以前的工作結果顯示,加速測試設備中光源的光譜功率分佈對加速測試結果的精確性有極大的影響。Gerlock et. al已經指出,只有那些使用了能精確再現地面太陽光紫外波段光譜光源的試驗,才能使塗層發生的化學成分變化與戶外曝曬的相同。最近,一種新的氨燈老化設備光學篩檢程式投入市場,該光學篩檢程式能精確模擬太陽光的光譜功率分佈,使用這種光學篩檢程式後塗層發生的化學變化精確地再現了塗層經戶外曝曬後發生的變化。
 
先不考慮曝曬因素的可變性,精確的加速測試必須能再現塗層在戶外曝曬過程中能觀測到的化學變化,大量的分析和研究已開發出多種方法來檢測這些化學成分的變化。http://laohua.hjunkel.com/ 這些方法比塗料行業常用的標準光澤測量有了很大進步,光澤測量被證實不能充分描述底漆和麵漆體系的長期老化性能民日{。我們希望加速測試應該不僅能夠再現塗層發生的化學變化,而且還可以再現塗層在戶外曝曬過程中能觀測到的物理失效(開裂、起泡、分層、失去光澤和顏色變化等)。
 
除光源之外,其他必須被精確再現的主要環境變化參數是溫度和濕度。溫度的作用被認為是主要產生熱應力以及影響老化過程中發生的化學變化的速度。
 
以前的工作結果已經證明了在塗層老化過程中水的作用的多樣性。首先,水可以塑化塗層,並因此改變塗層的力學性能。第二,這種塑化作用可以增加存在於塗層結合鏈中的小分子的活性,而這些小分子對塗層體系是有署的。第三,由於多層油漆體系中的基底和每層塗層具有不同的收縮率,從而影響曝曬結果。第四,塗層失去光澤是因為塗層表面經過戶外(雨水)或加速測試中(水噴淋)的液態水沖洗後,已降解的材料脫落所導致的。最後,水的存在導致塗層的水解,油漆是容易產生此類老化的塗層體系。
 
為了探究水在加速老化測試中的作用,保證水的類型(濕度或液態水)和水侵蝕時間必須與戶外規定地點的水的類型和水侵蝕時間相一致,本文報導了油漆樣品在佛羅里達及其他地區的戶外曝曬條件中的水的量和類型的細節分析,還介紹了油漆樣品在執行SAE J2527測試標準的老化設備中曝曬時的水噴淋量,並將這些結果進行相互比較,得出不同油漆體系的最大理論用水量,從數據中可以分析出使用不同老化設備對油漆樣品進行測試時的用水量是不同的。我們得出的帶有建議性的結論是,通過改進加速老化的測試條件,可以在較短時間內提供更精確的結果。

 

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