汽車涂層耐候性加速測試方法

客戶對(duì)塗層耐候性和外觀品質(zhì)的要求不斷提高，這促使汽車製造商和油漆供應(yīng)商開發(fā)新的塗層體系以迎合客戶的需求。然而，由於引進(jìn)新塗層體系存在潛在的風(fēng)險(xiǎn)，因此在新塗層體系投產(chǎn)前需要做大量的試驗(yàn)，這需要耗費(fèi)大量的時(shí)間和資源，以減少因塗層失效而帶來的風(fēng)險(xiǎn)。通常在將一個(gè)新的塗層體系投入實(shí)際應(yīng)用之前，汽車製造商需要對(duì)其進(jìn)行5年的佛羅里達(dá)戶外曝曬試驗(yàn)。如果汽車行業(yè)有一項(xiàng)可靠的加速測試方法，能夠快速且準(zhǔn)確地評(píng)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(chǎn)時(shí)間。
 
目前較佳的塗層加速老化方法是SAE J2527(替代已廢止的J1960)。該方法規(guī)定在氨燈箱內(nèi)進(jìn)行老化試驗(yàn)，經(jīng)濾光片過濾後，氨燈光源產(chǎn)生與太陽光相似的光譜功率分佈(SPD);而且氨燈試驗(yàn)箱內(nèi)的溫度、濕度和在油漆樣品上噴淋的液態(tài)水都能得到控制，希望能在短時(shí)間內(nèi)模擬與佛羅里達(dá)戶外曝曬相當(dāng)?shù)膲T層失效狀況。與佛羅里達(dá)戶外曝曬試驗(yàn)相比，氙燈試驗(yàn)箱的輻照度、溫度、潮濕時(shí)間或液態(tài)水侵蝕強(qiáng)度都有所增加，這被認(rèn)為是進(jìn)行加速測試。如果試圖改進(jìn)加速測試方案，則這些變數(shù)都可以進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，以提高氨燈老化試驗(yàn)與實(shí)際條件的相關(guān)性川。
 
也有人認(rèn)為，在加速老化設(shè)備中試圖再現(xiàn)實(shí)際條件下的潛在失效是沒有意義的，因?yàn)槿魏问袌鰠^(qū)域(例如北美)的氣候變化範(fàn)圍是非常大的。由於氣候的差異性，在一個(gè)地區(qū)觀測到的潛在失效在其他地區(qū)或許無法觀測到。另外，任何地區(qū)的氣候每年都會(huì)發(fā)生變化(比如在佛羅里達(dá)南部，每年的氣候變化是很明顯的)，所以在加速設(shè)備裏再現(xiàn)所有相關(guān)環(huán)境的變化因素是不可能和徒勞的。近年來的氣候數(shù)據(jù)為用實(shí)驗(yàn)室加速老化設(shè)備再現(xiàn)實(shí)際條件下的曝曬提供了支持，在很好地控制實(shí)驗(yàn)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(jìn)展?？梢詫倪@些曝曬試驗(yàn)中獲得的結(jié)果應(yīng)用到這些塗層體系在不同曝曬條件下的性能統(tǒng)計(jì)預(yù)測中，實(shí)驗(yàn)室加速老化方法顯示出預(yù)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(shù)據(jù)做支撐，而現(xiàn)代添加了穩(wěn)定劑的高耐候塗層體系在不同系列環(huán)境中的曝曬情況仍需驗(yàn)證。
 
對(duì)於具有實(shí)際測試經(jīng)驗(yàn)的塗料技術(shù)人員來說，短期內(nèi)最大的願(yuàn)望是，通過仔細(xì)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(jìn)現(xiàn)有的加速測試方法。以前的工作結(jié)果顯示，加速測試設(shè)備中光源的光譜功率分佈對(duì)加速測試結(jié)果的精確性有極大的影響。Gerlock et. al已經(jīng)指出，只有那些使用了能精確再現(xiàn)地面太陽光紫外波段光譜光源的試驗(yàn)，才能使塗層發(fā)生的化學(xué)成分變化與戶外曝曬的相同。最近，一種新的氨燈老化設(shè)備光學(xué)篩檢程式投入市場，該光學(xué)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(xué)篩檢程式後塗層發(fā)生的化學(xué)變化精確地再現(xiàn)了塗層經(jīng)戶外曝曬後發(fā)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(xiàn)塗層在戶外曝曬過程中能觀測到的化學(xué)變化，大量的分析和研究已開發(fā)出多種方法來檢測這些化學(xué)成分的變化。http://laohua.hjunkel.com/ 這些方法比塗料行業(yè)常用的標(biāo)準(zhǔn)光澤測量有了很大進(jìn)步，光澤測量被證實(shí)不能充分描述底漆和麵漆體系的長期老化性能民日{(diào)。我們希望加速測試應(yīng)該不僅能夠再現(xiàn)塗層發(fā)生的化學(xué)變化，而且還可以再現(xiàn)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(xiàn)的主要環(huán)境變化參數(shù)是溫度和濕度。溫度的作用被認(rèn)為是主要產(chǎn)生熱應(yīng)力以及影響老化過程中發(fā)生的化學(xué)變化的速度。
 
以前的工作結(jié)果已經(jīng)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(xué)性能。第二，這種塑化作用可以增加存在於塗層結(jié)合鏈中的小分子的活性，而這些小分子對(duì)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(jié)果。第四，塗層失去光澤是因?yàn)閴T層表面經(jīng)過戶外(雨水)或加速測試中(水噴淋)的液態(tài)水沖洗後，已降解的材料脫落所導(dǎo)致的。最後，水的存在導(dǎo)致塗層的水解，油漆是容易產(chǎn)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(tài)水)和水侵蝕時(shí)間必須與戶外規(guī)定地點(diǎn)的水的類型和水侵蝕時(shí)間相一致，本文報(bào)導(dǎo)了油漆樣品在佛羅里達(dá)及其他地區(qū)的戶外曝曬條件中的水的量和類型的細(xì)節(jié)分析，還介紹了油漆樣品在執(zhí)行SAE J2527測試標(biāo)準(zhǔn)的老化設(shè)備中曝曬時(shí)的水噴淋量，並將這些結(jié)果進(jìn)行相互比較，得出不同油漆體系的最大理論用水量，從數(shù)據(jù)中可以分析出使用不同老化設(shè)備對(duì)油漆樣品進(jìn)行測試時(shí)的用水量是不同的。我們得出的帶有建議性的結(jié)論是，通過改進(jìn)加速老化的測試條件，可以在較短時(shí)間內(nèi)提供更精確的結(jié)果。

相關(guān)產(chǎn)品：紫外光試驗(yàn)箱