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    技術應用

    氙弧燈和熒光紫外燈對漆膜破壞性的比較
    來源:科健儀器 時間:2021-04-12

    一、概述

        涂料分為底漆、膩子、中間漆和面漆,廣泛應用于混凝土建筑、機車車輛、大型鋼鐵結構等物體表面。涂料經過施工后在物體表面形成涂膜,對物體起保護底材、裝飾等作用。涂料的質量取決于其各項物理生能指標,表現為其使用壽命,即涂料對大氣的耐久性。涂料的耐久性代表其使用價值,因此對涂料進行耐候性試驗可以驗證涂料的質量。

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        面漆漆膜的老化是指在各種氣候類型區域里,日光、風、雪、雨、露水、溫度、濕度、化工氣體等各種大氣因素對漆膜的破壞作用。通過檢查試板漆膜的老化情況,可以判斷漆膜的耐久性。漆膜的耐久性試驗方法主要有天然曝曬和人工加速老化2種采用天然曝曬試驗,一是受氣候條件、地理位置和季節變化等因素影響比較嚴重,二是需要的時間比較長。因此,一般采用人工加速老化試驗模擬天然曝曬,對漆膜進行耐久性試驗。大量的漆膜天然曝曬試驗結果表明,影響漆膜耐久性的因素主要是光、溫度、雨和露水。人工加速老化試驗基于天然曝曬試驗總結的規律,在試驗室內模擬相應氣候因素并給與一定的加速性,以克服天然爆曬試驗需要時間過長的不足。

     

        目前,我國對漆膜的耐久性試驗主要依據GB/T1865-2009《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》和GB/T14522-2008《機械工業產品用塑料、涂料、橡膠材料人工氣候加速試驗方法熒光紫外燈》。這2項標準均采用人工加速的方法,模擬天然氣候中的光、溫度、雨和露水對漆膜的破壞作用,但這2項標準的關注點不盡相同。GB/T1865-2009采用濾過的氙弧燈光源,光譜能量分布比較接近太陽光,包含紫外線(uv)、可見光和紅外線(IR),光譜在295~800nm,同時模擬天然氣候中的溫度和雨淋條件,模擬性好,但加速性較慢。GB/T14522-2008采用熒光紫外燈管光源,主要產生紫外線能量,光譜在290~400nm,由于短波紫外線是造成戶外材料老化的zui主要因素,再同時模擬天然氣候中的溫度和露水條件,其加速性非常好。熒光紫外線燈管通常分為3種,UVA一340燈管模擬陽光中的紫外線部分主要用于戶外產品的光老化試驗;UVA一351燈管模擬穿過玻璃陽光的紫外線部分,主要用于室內產品的光老化試驗;UVB一313燈管的紫外光能量更強,會加速材料的老化,具有快速、省時的特點,廣泛應用于漆膜的耐久性測試。為了找出上述2種試驗方法在人工加速老化方面的關系,進行了氙弧燈和熒光紫外燈對面漆漆膜破壞性的比較試驗。

     

    二、試驗方法提要

        試驗采用過濾的氙弧燈和UVB一313燈管作為試驗光源,在相同的氣候條件下,同時分別對不同顏色的面漆漆膜進行照射。在規定的時間內測量相關數據,進行數據比較,分析總結2種試驗方法的關系。

     

    三、涂料選擇和漆膜樣板制備

        涂料組成中受環境因素影響的主要是面漆,因為涂料的光老化現象首先從面漆開始。目前鐵路機車車輛等鋼結構經常使用的面漆為聚氨酯面漆,其耐候性相對較好,因此,選擇聚氨酯面漆作為試驗用涂料,并選擇黑色、灰色和黃色3種有代表性的聚氨酯面漆作為具體試驗對象。漆膜樣板基材選用普通碳素鋼板,樣板尺寸為75mmxl50mmx1mm。噴涂前,首先利用二甲苯或溶劑汽油對樣板除油,然后利用砂紙打磨,去除銹跡或油污,除銹等級應達到St2.5級。除銹完畢后,用丙酮清潔試板表面。漆膜采用噴涂法制備,噴涂分2次完成,之問間隔24h,漆膜總厚度為60~7O納米。噴涂工藝完成后,漆膜樣板需要在23℃、50%RH的環境下放置168h后,才可用于試驗。

     

    四、試驗條件

        4.1氙弧燈人工加速老化試驗

        氙弧燈人工加速老化試驗依據GB/Tl865—1997《色漆和清漆人工氣候老化和人工氣候暴露濾過的氙弧輻射》進行。氙弧燈老化試驗箱由廣東科建儀器生產,型號為KJ-2093。試驗時,黑板溫度為(65±2)℃,輻照度為0.51W/㎡(340nm),運行模式為連續光照,干燥周期為102min,浸潤時間為l8min,干燥期間的相對濕度在40%~60%。

    KJ-2093-150L氙燈耐氣候試驗箱(風冷式)
    KJ-2093-150L氙燈耐氣候試驗箱(風冷式)
    氙燈燈管
    氙燈燈管

        4.2熒光紫外人工加速老化試驗

        熒光紫外人工加速老化試驗依據GB/T14522-2008《機械工業產品用塑料、涂料、橡膠材料人工氣候老化試驗方法熒光紫外燈》進行。熒光紫外老化試驗箱廣東科建儀器生產,型號為KJ-2029。光照階段,黑板溫度為60℃,輻照度為0.68W/㎡(UVB一313),光照周期為4h;冷凝階段,黑板溫度為50℃,冷凝周期為4h。

    KJ-2029紫外線加速耐候試驗機
    KJ-2029紫外線加速耐候試驗機
    KJ-2029紫外線加速耐候試驗機內部

    五、試驗結果對比分析

        5.1試驗結果

        同時將黑色、灰色和黃色3種顏色面漆的試驗樣板分別放入氙弧燈老化試驗箱和熒光紫外老化試驗箱,測試100h,200h,500h和1000h時面漆樣板的色差、失光率、粉化、起泡等數據。測試結果顯示,對于3種顏色面漆,無論是氙弧燈老化試驗,還是熒光紫外人工老化試驗,面漆均沒有起泡,也沒有出現泛金、斑點、沾污、裂紋、長霉、脫落和生銹等情況,但在其他試驗數據上有差異。

     

    氙弧燈人工加速老化試驗結果見表1。                                           熒光紫外人工加速老化試驗結果見表2

    氙弧燈人工加速老化熒光紫外人工加速老化

        5.2對比分析

        從試驗結果可以看出,對同一種顏色的聚氨酯面漆,氙弧燈人工加速老化和熒光紫外人工加速老化試驗結果的主要區別在失光和粉化方面。熒光紫外人工加速老化試驗對面漆漆膜的破壞性明顯強于氙弧燈人工加速老化試驗。在失光率方面,漆膜完全破壞前,熒光紫外人工加速老化破壞速度是氙弧燈人工加速老化破壞速度的2~3倍;在粉化方面,熒光紫外人工加速老化的破壞速度遠大于氙弧燈人工加速老化的破壞速度。

     

        形成上述差別由多種原因所致,zui主要的是成膜物質和試驗條件。

        在成膜物質方面,聚氨酯面漆由成膜物質、顏料和助劑3部分組成。成膜物質主要是異氰酸酯和羥基樹脂反應物,該成膜物質中含有大量C=C,C=C雙鍵極易吸收紫外線而被破壞,造成漆膜失光、粉化。

        在試驗條件方面,人工加速老化試驗中光源對漆膜的破壞起主要作用,而光源中起決定作用的為紫外線部分。氙弧燈老化試驗光源為全光譜光源(300~800nm),經過濾光系統過濾后,紫外線輻射能量只占總輻射能量的10%左右,熒光紫外人工加速老化試驗光源主要為紫外線,紫外線輻射能量占總輻射能量的80%以上。對于不同顏色聚氨酯面漆漆膜,每種試驗方法的試驗結果,在失光、粉化、起泡、泛金、斑點、沾污、裂紋、長霉、脫落、生銹等方面基本一致;不一致主要表現在色差方面,即灰色性能zui好,黃色性能次之,黑色性能zui差。不同顏色聚氨酯面漆在同一人工加速老化試驗中結果不一致的主要因素是顏料,因為不同顏色的顏料對光源的吸收速度不樣,顏色越深,吸收光能的速度越快,色差變化越大,因此,黑色色差zui大。



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