0 引言

　　涂層的耐候性是指涂層在外部環境(陽光、空氣、水、凝露、工業氣體、微生物)作用下保持原有性能的能力，涂層在使用過程中會因受到外部環境的影響而出現一些不可逆的破壞現象，如：變色、失光、粉化、開裂、生銹、剝落、斑點和沾污等。暴露于戶外的建筑物、汽車、鋼結構等，每年由于外在涂層的變色、粉化、剝落等老化破壞造成巨大的損失，逐漸引起人們的重視并成為關注的重點。因此，對涂料質量來說，涂層的耐候性能顯得尤為重要。

1 涂層老化的成因

　　涂層老化的原因包括內因和外因，內因與涂料的成膜物類型及所用的顏填料、助劑等原材料有關，也與涂料的配方體系有很大關系。涂層老化的外因指涂層曝露于戶外環境下，受到多種破壞因素的作用，主要是陽光、雨水、凝露、氣溫、氧氣、霉菌和工業氣體等。

2 涂層老化實驗的主要方法

　　涂層老化實驗的方法分天然曝露實驗和實驗室人工氣候加速老化實驗。

2.1 天然曝露實驗

　　天然曝露實驗是指涂層直接曝露于自然環境下，考查涂層在特定環境下的耐候性能，自然環境根據氣候特征可分為干熱氣候、濕熱氣候、亞濕熱氣候、亞濕熱工業氣候、寒冷氣候和寒溫高原氣候等。通常天然曝露實驗采用的標準主要有：GB/T 9276―1996《涂層自然氣候曝露實驗方法》和ISO 2810:2004《色漆和清漆涂層自然老化曝露及評定》。標準主要內容如下：

(1) 曝露場

　　按標準規定設置，內有曝露試板架、氣象裝置等，曝露架是擺在曝露場內用于曝露實驗的支架，由惰性材料制成，結構堅固，曝露架可分為朝南45 °、朝南2 °、垂直、水平等。

(2) 實驗樣板

　　除另有規定外，實驗樣板基材應采用實際使用的底材，其處理方法按GB/T 9271—2008/要求進行，經商定也可使用其他底材和處理方法。樣板的面積應>0.03 m2，邊長應>100 mm，一般規定為250 mm×150 mm。

(3) 樣板制備及背面、邊緣的涂裝

　　除另有規定或商定，涂膜的制備及厚度應參照各種受試產品標準規定進行。除另有規定或商定外，噴涂完最后1 道烘干型涂料的樣板應在恒溫恒濕室內養護1 d 后， 自干型應在恒溫恒濕室內養護7 d 后，方可進行實驗。應選擇適宜的涂料對每1 塊樣板邊緣、背面進行涂裝，封邊寬度一般為5 mm，并放置至涂膜干燥。推薦使用受試樣品或耐候性、防腐性良好的涂料。

(4) 樣板標識方法

　　從樣板制備開始，用涂料或記號筆按施涂次序在每塊樣板背面標出所施涂的涂料樣品編號(每種涂料樣品的唯一性標識)， 施涂完工后從樣板背面的標識可追溯到所施涂的樣品。

(5) 樣板放置

　　將樣板放置在曝露架上，使用瓷絕緣子固定樣板。

(6)樣板檢查

　　樣板的曝露期限， 可按產品標準的要求或商定，也可規定曝露樣板達到某一老化破壞程度作為曝露期限。投試前應先觀測樣板涂膜外觀以及要求測定的物理機械性能等并做記錄。以年或月作為曝露實驗的時間單位。曝露投試季節一般規定在每年春末夏初，除非另有規定，檢查間隔為在投試3 個月內，每半月檢查1 次樣板;然后在投試3 個月后至1 a 期間，每月檢查1 次樣板;在曝露超過1 a 后，每3 個月檢查1次樣板。當天氣驟變時，應隨時檢查。如果規定在一定的曝露周期，需洗滌樣板，則在檢查前用棉紗在自來水或純水中沖洗，晾干后檢查;若規定需進行拋光的，則按規定進行拋光處理，然后再檢查。曝露試板檢查按GB/T 1766—2008 規定進行。

(7)氣象數據收集

　　曝露實驗場內設有氣象觀測儀器，每3 個月收集1 次氣象數據，主要包括：日照時數、太陽輻射量、氣溫、濕度、降雨量、風向和風速等。

2.2 人工加速老化實驗

　　人工加速老化實驗是利用實驗箱來模擬自然氣候作用。與自然條件下的天然曝露實驗相比，人工加速老化實驗僅涉及了如光強、溫度、噴淋、凝露、濕度等幾個有限的因素，并對這幾個因素進行控制、調節，從而可達到加速老化實驗的目的。

　　根據采用的光源進行分類， 涂層老化實驗常用是：熒光紫外燈型、氙弧燈型。

2.2.1 熒光紫外燈型

　　熒光紫外燈型老化機的光源主要是模擬自然光中的紫外波段，并通過對光強、溫度、噴淋、凝露等因素進行控制來進行加速老化實驗。常見的熒光紫外燈有UVA(UVA-340、UVA-351)和UVB(UVB-313、F40)2種。其光譜與自然光的對比見圖1、圖2。

　　從圖1、圖2 可以看出，UVA、UVB 的發射光譜集中在紫外波段280～360 nm，缺少了自然光中的紅外光部分，其中UVB-313 燈發出的光含有低于295 nm(自然光截止波長)以下的輻射，可能會對材料的老化實驗造成一定的偏差，但由于熒光紫外燈老化實驗方法可以較快地考查、比較、遴選某些特殊材料的耐候性能，因此目前仍廣泛應用。

　　熒光紫外燈型人工加速老化實驗的相關標準見表1。

2.2.2 氙弧燈型

　　該型老化機主要部件有： 氙弧燈光源系統、濾光器、噴水系統、冷卻系統、增濕系統、輻照度控制器、樣板架等。冷卻方式有風冷和水冷。結構上有平板式和旋轉式2 種。

　　從圖3 可以發現，氙燈發出的光譜與自然光的光譜非常接近，特別是在紫外部分和可見光部分，所以氙弧燈老化實驗可以更好的模擬自然光來考查涂層在戶外的耐久性，目前許多涂料產品標準采用氙燈老化機進行人工加速老化實驗。

2.2.3 人工加速氣候老化實驗標準主要內容

　　經規定或商定確定具體的方法標準后，在人工氣候老化實驗前均應確定實驗參數。如：光源類型、黑標/板溫度、箱體溫度、降雨周期、光照/黑暗周期、凝露、輻照強度等。一般在標準中有規定，也可根據需要進行商定。

(1)試板的制備、養護及投試

　　一般在相關產品標準中對試板的底材、受試涂料施涂、膜厚、養護時間等有規定，按規定執行即可，如有特殊需要也可進行商定。當受試涂層的養護期結束后，將1 塊標準板放入避光環境中保存，其余的均投入實驗，且樣板在試板架上需定期重排，以保證試板在實驗箱內所受因素影響的均勻性。

(2)人工氣候老化實驗時間

　　實驗時間在按相關產品標準中有規定，特殊需要也可以商定。還可以規定在某些實驗參數(變色、失光、粉化、起泡、生銹等)達到某一等級時停止實驗，取出檢查試板。

(3)人工氣候老化實驗樣板的檢查及評級

　　試板檢查可以在實驗過程中及實驗結束時進行，樣板檢查時，將實驗樣板與標準板進行比較。觀察有無異常現象，檢查可按GB/T 1766―2008《色漆和清漆涂層耐老化的評級方法》中的規定進行，如有規定或商定，也可采用其他評級方法評定。

3 加速性與相關性

　　隨著涂層耐老化實驗的應用越來越廣泛，人們對天然曝露實驗與人工加速老化實驗兩者的相關性越來越感興趣，并進行了許多實驗。通過實驗得到以下簡單的對應關系： x h(或MJ)人工加速老化實驗=y 月(或年)的天然曝露實驗，從而獲得一個加速因子，以用來解決實際需要。但加速因子存在很大的局限性。因為加速性與相關性是一對矛盾， 加速性好，則相關性差。沒有哪種實驗室的曝露實驗能完全模擬戶外實際條件下的曝露，人工加速老化實驗也不例外。

　　加速因子局限性很大，沒有普遍意義，原因在于：

(1)基于人工燈光源和自然光的輻照量相等得到的加速因子，未考慮溫度、濕度等其他因素對材料的影響，也未考慮材料的性能變化;

(2)加速因子與受試材料有關，用不同類型的材料做實驗獲得的加速因子會有很大的不同;

(3)加速因子與考查的性能有關，例如，考查變色或失光獲得的加速因子也會有明顯差異;

(4)影響戶外曝露及人工加速老化速率的可變因素也會很大程度地影響計算出的加速因子， 如溫度的變化可以導致加速因子的差異。

　　影響人工加速老化實驗與戶外曝露實驗相關性的環境因素主要有：

(1)地區差異，不同的實驗地點對天然曝露實驗的結果有很大的影響;

(2)季節差異，四季的差別能明顯影響天然曝露實驗結果;

(3)人造光源與自然光光譜能量分布差異導致的影響;

(4)人造光源設定高于實際使用的輻照度造成的影響;

(5)人工老化箱設定的光照與黑暗的循環變化造成的影響;

(6)人工老化箱內的試樣溫度高于實際使用溫度造成的影響。

4 結語                          

　　涂層耐老化實驗在涂料領域的應用越來越廣泛，涂層耐候性能作為衡量涂料抵抗環境影響性能的一個重要指標， 其方法標準在涂料行業內是必不可缺的。由于天然曝露實驗周期長，受到的不確定因素影響大， 近年來許多涂料產品標準制定時將人工加速老化實驗列入，以考查涂料的耐候性。人工加速老化實驗的推廣應用， 可以使行業內更好地對涂料的耐老化性能進行把關， 從而保證涂料在實際使用中保持良好的裝飾及保護性能。

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