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汽車油漆涂層耐候性分析及紫外加速老化試驗(yàn)方

文章出處：本站責(zé)任編輯：admin人氣：373發(fā)表時(shí)間：2019-01-04 14:43:12

光照、高溫和潮濕是造成車油漆涂層失光、褪色、黃變、粉化的主要原因，油漆涂層的耐候性優(yōu)劣與涂料組分的光譜敏感性有關(guān)。汽車涂料主樹脂主要由環(huán)氧樹脂、氨基樹脂、聚酯樹脂等組成，含有碳氧雙鍵，碳碳單鍵等官能團(tuán)。不同官能團(tuán)因?yàn)殒I能不同，因而對(duì)光的敏感性不同，產(chǎn)生耐候性差異。對(duì)于汽車涂料，紫外線是造成涂料老化的主要原因。紫外加速老化試驗(yàn)可模擬太陽(yáng)光中的紫外部分對(duì)油漆涂層的破壞作用，用數(shù)天或數(shù)周的時(shí)間重現(xiàn)戶外數(shù)月乃至數(shù)年出現(xiàn)的危害。可幫助選擇新材料以及評(píng)價(jià)材料配方對(duì)耐久性的影響，達(dá)到驗(yàn) 證涂料性能的目的。

1、油漆涂層老化因素分析

光照、高溫和潮濕，這三個(gè)因素中的任何一個(gè)都會(huì)引起汽車油漆涂層的老化損害，但它們往往同時(shí)發(fā)生作用，所造成的危害將大于其中任一因素的單獨(dú)作用。

1.1 光照

油漆涂層發(fā)生降解的程度和類型，取決于樹脂的光譜敏感性。不同波長(zhǎng)的光的破壞作用不同。每種樹脂的光譜敏感性都不同，光譜敏感性決定一種樹脂是對(duì)短波長(zhǎng)敏感還是對(duì)長(zhǎng)波長(zhǎng)敏感或者對(duì)兩者都敏感。每種化學(xué)鍵，都對(duì)應(yīng)一個(gè)閾值波長(zhǎng)，這種波長(zhǎng)有足夠的能量使化學(xué)鍵發(fā)生反應(yīng)。比閾值波長(zhǎng)短的波長(zhǎng)可以破壞化學(xué)鍵，而比之長(zhǎng)的波長(zhǎng)無論光強(qiáng)多大都不能破壞化學(xué)鍵。

汽車涂料用樹脂主要由聚酯樹脂、氨基樹脂、醇酸樹脂以及丙烯酸樹脂中一種或幾種組成（含C-C 、C-H 、O-H、 C-O等官能團(tuán)），所含官能團(tuán)對(duì)應(yīng)閾值波長(zhǎng)范圍231～376nm（常見涂料用樹脂的敏感波長(zhǎng)見表1）。此波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)太陽(yáng)光中的短波紫外線波段。

表1 常見涂料樹脂的敏感波長(zhǎng)

1.2 高溫

高溫也是造成汽車油漆涂層破壞的重要因素。當(dāng)溫度升高時(shí)，光的破壞作用也將隨之增大。盡管溫度不影響主要的光致反應(yīng)，但卻影響次要的化學(xué)反應(yīng)。實(shí)驗(yàn)室老化測(cè)試必須提供精確的溫度控制，通?？赏ㄟ^升溫的方法來加速老化過程。

1.3 潮濕

露水、雨水及高濕度是引起汽車油漆涂層潮濕危害的主要原因。統(tǒng)計(jì)顯示，放在室外的汽車每天都將長(zhǎng)時(shí)間處于潮濕狀態(tài)。由潮氣形成的露水是室外潮濕的主要因素，露水對(duì)汽車油漆涂層造成的危害比雨水更大，因?yàn)樗街谟推嵬繉由系臅r(shí)間更長(zhǎng)，引起更為嚴(yán)重的潮濕吸收。

2、紫外加速老化試驗(yàn)

2.1 試驗(yàn)條件

本試驗(yàn)采用瑞凱儀器生產(chǎn)的紫外加速老化試驗(yàn)箱。紫外加速老化試驗(yàn)箱可實(shí)現(xiàn)以下模擬功能。

陽(yáng)光模擬

QUV可實(shí)現(xiàn)用熒光紫外線燈模擬太陽(yáng)光來對(duì)油漆涂層造成損害。UVA-340燈管對(duì)太陽(yáng)光的紫外短波段模擬效果好，其光譜能量分布在太陽(yáng)光的截止點(diǎn)到大約360nm范圍內(nèi)與太陽(yáng)光譜吻合得非常好（如圖1所示）。

輻照度控制

QUV老化機(jī)備有日光眼光強(qiáng)控制器，利用日光眼的反饋循環(huán)系統(tǒng)，可以連續(xù)、自動(dòng)地控制且精確地保持輻照度，日光眼靠調(diào)整燈的功率來自動(dòng)補(bǔ)償因燈管老化和其他因素造成的光強(qiáng)變化。在僅僅幾天或幾周內(nèi)，能模擬在室外幾個(gè)月甚至幾年所造成的損害。

潮濕模擬

潮濕模擬測(cè)試室底部的水被用來加熱產(chǎn)生蒸汽，熱蒸汽使測(cè)試室內(nèi)保持100％的相對(duì)濕度。在QUV中，測(cè)試樣品實(shí)際上形成測(cè)試室的側(cè)壁，樣品的另一面暴露在室內(nèi)周圍的空氣中。室內(nèi)相對(duì)較冷的空氣使得測(cè)試樣品的表面比測(cè)試室內(nèi)熱蒸汽的溫度低好幾度，溫度差產(chǎn)生冷凝循環(huán)現(xiàn)象，在樣品表面液態(tài)形式的水慢慢地凝結(jié)（如圖2所示）。另外，冷凝過程是在一較高溫度（一般為50℃）下進(jìn)行的，這大大加速了潮濕侵蝕。用QUV的長(zhǎng)時(shí)間的熱凝結(jié)循環(huán)過程來模擬戶外的潮濕侵蝕比其他一些方法，如濺水、浸水或高濕度都更有效。

2.2 試驗(yàn)涂料

用于耐候性驗(yàn)證的涂料信息見表2。

表2 涂料信息

2.3 試驗(yàn)過程

紫外線加速老化試驗(yàn)參數(shù)控制見表3，試驗(yàn)參照標(biāo)準(zhǔn)ASTM G154-06 非金屬材料紫外熒光曝露試驗(yàn)方法。

表3 參數(shù)控制

2.4 試驗(yàn)結(jié)果

⑴ 光澤變化

試驗(yàn)前后的光澤變化見圖3，A公司的光澤變化率見圖4，B公司的光澤變化率見圖5。

試驗(yàn)前后光澤變化

A公司失光率

從圖3中光澤曲線變化可以看出，一般情況下，金屬漆光澤比單色漆光澤稍高，淺色漆比深色漆光澤稍高。同時(shí)可以看出試驗(yàn)前后A公司漆膜初始光澤及試驗(yàn)后光澤比B公司稍高。另外B公司單色白面漆光澤下降比較顯著。

從圖4可以看出A公司試驗(yàn)前后光澤變化在2.4％-9.9％之間，其中單色黑失光率為9.9％，失光比較嚴(yán)重。單色黑與單色白相比失光較大，主要是由于黑色漆對(duì)光的反射能力較差，易吸光，而白色對(duì)光的反射較好，可以反射一部分光，減少光澤損失。對(duì)于黑色系公爵黑相比較于單色黑失光率較小，主要由于金屬漆中含有金屬鋁粉，金屬鋁粉可反射部分光，減少光譜能量對(duì)漆膜的破壞作用。

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