涂膜耐老化性能的测定方法

　　涂膜的耐老化(人工加速)性能可以按国家标准GB/T 1865 - 1997《色漆和清漆人工气候老化和人工辐射曝露(滤过的氙弧辐射)》中的方法测定。该标准规定了评定色漆和清漆及有关产品涂层的耐人工气候性或者通过人工辐射曝露来评定其耐光性的方法。叙述了最重要的参数并规定r曝露设备中要使用的条件。

    　本标准适用于漆膜耐候性和耐光性的人工加速测定。

    　(1)定义    本标准采用下列定义。

    　①老化状况:涂层经人工气候老化或人工辐射曝露直至达到某种老化指标过程中的各种性能的变化情况。

    　注:老化的一种量度是低于400nm波长范围或规定波长例如340nm的曝露辐射能H。经人工气候老化或人工辐射后，涂层的老化状况取决于涂料的类型、涂层曝露的条件、老化过程所选定测试的涂层性能项目和该性能变化的程度。

    　②曝露辐射能H:试板己经受曝露的辐射能的一种量度，可由下列公式计算:

H=Edt

　　式中E——辐射度，W/m2；

　　t——曝露时间，s;

　　H——曝露辐射能，J/m2。

    　如果辐射度E在整个曝露时间是恒定的，则辐射曝露能H可简便地由E和t的乘积得到。

    　③老化指标:一种给定程度的老化，规定或商定受试涂层某种选定性能的变化程度。

    　(2)原理色漆、清漆和类似材料的涂层(以下简称涂层)曝露于人工气候或人工辐射，目的是为了在实验室内模拟白然气候作用火灾(窗)玻璃遮盖下实验所发生的老化过程。

    　与自然气候老化相比，人_.〔气候老化涉及了有限的几个变量，这些变量能易于控制并且能够强化来加速老化。

　　在人工和自然气候下发生的老化过程，不能预期它们彼此的关系，这是因为影响老化过程的因素是多种多样的。只有引起老化的重要参数(整个光谱化学作用有关部分的辐照度分布、试样的温度、润湿类型和润湿周期、相对湿度)是相同的或者这些参数对涂层的影响是已知的，才能预期它们的一定关系。

    　只要严格地遵守规定的试验条件，结果的再现性是可改善的，而且自然气候老化和人工气候老化之间的相符性也可以得到改进。

    　用经滤光器的氙弧灯对涂层进行人工气候老化或人工辐射曝露，其目的是为了在一定曝露辐射能H后，使选定的性能产生一定的变化或得到一定程度的老化所需要的辐射曝露。最好选择涂层在实际应用时最重要的性能作为监控性能。可将经曝露的涂层的性能与其未曝露的涂层(对比试样)的性能相比较。或与同时在曝露设备中试验的老化状态是已知的曝露涂层(参照试样)的性能相比较。

　　在自然气候老化过程中，太阳辐射是涂层老化的主要原因。对于曝露于玻璃板下的(太阳)辐射原理是相同的。因此，对人_〔气候老化和人工辐射曝露而言，模拟这个参数是特别重要的。氛弧辐射源装上不同滤光系统能改变所产生的辐射的光谱分布，可分别模拟太阳辐射(方法1)及经3mm厚窗玻璃滤过的太阳辐射(方法2)的紫外和可见光范围的光谱分布。

    　两种光谱能量分布是描述被滤光器滤过的光辐射在低于波长400nm紫外范围的辐照度值和允许的偏差。此外，CIE No 85 :  1989有至波长800nm的辐照度标准，在该范围内，氛弧辐射能更好地模拟太阳辐射。

    　在曝露设备中试验时，由于氙弧等滤光系统的老化，辐照度E可能会变化。这种变化尤其发生在对聚合物材料光化学影响最大的紫外光范围。因此，不仅要计量曝露的时间，而且要测量400nm以下波长范围或在规定波长例如340nm处的曝露辐射能H，并将这些值作为涂层老化的参照值。

    　精确地模拟气候对涂层作用的每个方面是不可能的。因此，在本标准中，用人工气候老化的术语来区别自然气候老化。把通过窗玻璃滤光模拟的太阳辐射试验称为人工辐射曝露。

    　(3)需要的补充资料    对于任何特定应用来说，本标准规定的试验方法需要通过补充资料加以完善。补充资料列于附录A中。

    　（4)仪器设备

　　①试验箱    试验箱应由耐腐蚀材料制成，其内装置包括有滤光系统的辐射源、温湿度调节系统, 石板架等。

    　②辐射源和滤光系统    氙弧灯被用作光辐射源，辐射光应经滤光系统，使辐照度在试板架平面的相对光谱能量分布与太阳的紫外光和可见光辐射近似(方法1)或与通过3 mm厚窗玻璃滤过的太阳紫外光和可见光辐射近似(方法2)。表1规定的条件用于方法1。表2规定的条件用于方法2。

表1 人工气候老化的相对光谱能量分布(方法1)

表2 窗玻璃下人工辐射曝露的相对光谱能量分布(方法2)

    　应选择辐射通量，以使试板架平面在290^-800nm波长之间的平均辐照度为550W/m2。

    　作用于各试板整个区域上任何点的辐照度E的变化不应大于整个区域总辐射度算术平均值的±10%。为使氙弧灯操作时形成的臭氧不进人试验箱，应进行排风。

    　为了进一步加速老化，如果对于特定受试涂层与自然气候老化的相互关系是一致的，则可由有关双方商定各种不同于上述相对光谱能量分布和辐照度的条件。这样可以通过增加辐射照度或通过以规定力一式移动光谱能量分布波段的短波终端，缩短波长来实现进一步加速老化。

　　氙弧灯和滤光器的老化导致操作过程中相对光谱能量分布的变化和辐照度的降低。更新灯和滤光器会使光谱能量分布和辐照度保持恒定。也可通过调整设备使辐照度恒定。应遵照仪器设备制造厂的说明书。

    　③试验箱温湿度调节系统    试验箱中空气的温度和相对湿度采用防止直接辐射的温度和湿度传感器来监控，使试验箱保持规定的黑标准温度和湿度。

   　 在试验中应流通无尘空气，应使用蒸馏水或软化水使相对湿度保持在规定的范围:

    　注:当试验箱连续供应新鲜空气时，设备的操作条件可以不同，例如因夏季的空气湿度高于冬季。使夏季条件不同于冬季，这会影响试验结果。通过在基本上是密闭的环路中流通空气可以改善试脸结果的再现性。

    　④润湿试板用的装置(方法1用)润湿试板的目的是模拟户外环境的降雨和凝露作用。在③规定的润湿操作中，试板的受试表面应按下列方式之一进行润湿:

  　  a.表面用水喷淋。

  　  b.试验箱有水溢流。

    　如果试板围绕辐射源旋转，喷水的喷嘴的排布应当是每块试板都能满足③的要求。

　　用于润湿的蒸馏水应符合GB 6682实验室用水二级水标准的要求，电导率低于2μS/cm而且蒸发残留物少于1 X 10-6。

   　 应采用循环水，除非经过滤达到GB 6682二级纯水要求，否则有在试板表面上形成沉积物的危险，这种沉积物可能导致产生不可靠的结果。供水槽、供水管和喷嘴应由防腐材料制造。

   　 ⑤试板架试板架应由惰性材料制造。

  　  ⑥黑标准温度计黑标准温度计由70mm X 40mmX 0. 5mm不锈钢板组成，此板朝辐射源的表面应涂有能吸收波长2500nm内全部人射的辐射光的93%，有良好耐老化性能的平整黑涂层。温度通过装在背面的中央与板有良好热接触的电传感器测量。背面装有5mm后的聚偏氟乙烯(PVDF)板，使传感器区域留有密闭的空气空间，传感器和PVDF板的凹槽之间的距离约为1mm, PVDF板的长度和宽度应保证黑标准温度计的金属板和试板之间没有对金属的热接触，离试板架的金属固定架四边至少为4mm。

　　除了黑标准温度计，还推荐采用类似设计的白标准温度计，表面应涂有在300～1000nm波长范围至少有90%反射率、在1000～2000nrn波长范围至少有60%反射率、具有良好耐老化性能的白色涂层。

    　注:1黑标准温度计与装在热绝缘装置的黑板中的黑板温度计不同，所测量的温度与在低热导率底材的黑色或深色涂层试板曝露表面的温度相当，浅色徐层试板曝露表面温度值较低。

   　 2.试板的表面温度取决于吸收的辐射总量、散发的辐射总量、在试板内导热作用、试板与空气间的热传导、试板与试板架之间的热传导等因素。因此，试板表面温度不能准确预计。

　　⑦辐射量测定仪试验箱中试板表面的辐射度E和曝露辐射能H应采用有2π球面角视场和良好余弦对应曲线的光电接收器池的辐射量测定仪进行测量。

　　注:如果每种情况都使用同类型的辐射量测定仪，就能够直接比较曝露设备中测得的辐射曝露与自然气候老化过程中测得的辐射曝露。

 　   (5)采样按GB 3186进行。

  　  (6)试板的制备    按GB/T I765进行。

   　 制备试板所用底材通常应是实际使用底材(例如水泥板、木板、金属板、塑料板)。涂料的施涂和干燥方法应是实际使用的常用厚度和常用方法二

    　除非另有商定或规定，应采用符合GB/T 9271规定的标准板作为试验涂层的底材。最好采用尺寸适合于试验箱试板架的平整试板。

    　试板的正面涂受试材料涂层或涂料体系。必要时，试板的背面和四边涂以机械强度高的保护漆涂层。

    　烘烤漆应按实际使用的同样条件下燥，空气中自干涂漆试板应水平放置在温度为(23±2)℃、相对湿度为(50±5)%的条件下干燥。干燥时间和随后存放时间应按规定进行。

    　所有试板应以适宜方式作永久性标志。试验涂层的厚度应按GB/T 13452. 2规定测定。

    　试验在按一系列不同周期进行测试的情况下，每种涂料应制备适当数量的试板。

　　对于存放在堵处依然敏感的类似醇酸漆类涂层应按有关双方商定的条件存放。

    　(7)操作步骤

    　①试板的存放及曝露     将试板存放在试板架上，周围空气要流通，可以商定试板在试板架上排列位置以有规律间隔时间改变，例如上排与下排进行交换。

    　把辐射量测定仪、黑标准温度计装在试验箱框架上，无论采用连续式运行或者非连续式运行，采用方法1或方法2，都连续使用黑标准温度计。

    　如果以非连续方式操作时，通过试板架旋转180°角，使试板转离辐射源又转向辐射源来产生辐照度的周期性变化。

    　注:为了保证辐照度是②中规定的值，非连续式操作也许会被采用。

    　可以采用试板和参照试样一起曝露。因不同类型设备、相对光谱能量分布范围内辐照度的光谱分布的变化，不同的试板温度等参数对涂层的老化有明显的影响，为避免 试验过程中所有各相关参数差异的影响，采取方法之一就是在同一设备和同一条件下曝露参照试样。参照试样的化学结构和老化状况方面应尽可能与试验涂层相类 似。

    　②黑标准温度    通常的试验黑标准温度控制在(65士2) ℃。当选择颜色变化项目进行试验时，则使用(55士2 ) ℃。在较高温度时，会发生漆基大量降解，导致分化和失光，难以正确评定颜色变化。

　　如在曝露过程中，试板受到周期性的润湿，应在每次干燥阶段末尾测量黑标准温度，即使非连续式光照，也连续使用黑标准温度计。

    　③试板的润湿和试验箱中的相对湿度    除非另有商定，按操作程式A和B的规定周期润湿样板，或按操作程式C和D的规定使试验箱中的相对湿度保持恒定(见表3)。

表3 试板润湿操作程式

    　润湿过程中，辐射曝露不应中断。

    　对于特殊用漆，可商定其他操作程式，但应在试验报告中说明。例如砖石用漆，发现由3min润湿时间和17min干燥时间组成的一种喷雾循环操作程式较满意。

    　④试验时间试验一直进行到试验表面已经受到商定的辐射曝露或符合商定或规定的老化指标。后一种情况应于试验期间不同阶段取出试板进行检查，并通过绘制老化曲线来决定终点。

    　不能规定能够适于所有类型涂层的试验时间程序表，应按特定情况由有关双方商定。一般每次评定取两块试板。

    　试板的试验应连续进行，除非清洗或交换氙灯或滤光器系统，或者试验到各阶段取出试板时，可以中断。

    　(8)试验的结果    有关双方应商定涂层在曝露前、曝露过程中和曝露后应当试验那些性能，以及应采用哪些适当的标准。如果无特别的商定，则应按GB/T 1766进行评定。

    　除非有关双方另有商定，中间各次检查时，试板不应该洗涤或磨光。

　　对于涂层的最终检查，有关双方应商定测定哪些性能项目或变化指标，测定的表面是否洗涤或者抛光。

    　测定性能的每个值应能清楚地表示各种性能的中间结果和渐进的变化情况。如果需要，结果可以与未曝露对比试样或同时曝露的参照试样的各种性能值相比较的形式给出。如多阶段测试，中间检查的结果和最终检查的结果应以表格形式或用辐射曝露函数的图解形式给出。