標準介紹：防腐塗層人（rén）工老化（耐候性）試驗方法

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1定義、目的及意義  

 防腐塗層（céng）的人工老（lǎo）化試驗是耐候（hòu）性試驗的（de）重要組（zǔ）成部分之一（yī）。耐候性試驗是指防腐塗層（也包括各種材料，尤其是以聚合物為基礎的各種人工合成材料，這裏（lǐ）以防腐塗層代表）抵抗陽光、潮濕、雨、露風、霜等霜等氣候條件的破（pò）壞作用而保持原性能的能力。

 防腐塗層在實際使用的（de）過程中受到各種自然環境因素的作用，造成其物理化學和機械性能發生不可逆的變化並zui終導致防腐塗層破壞的現象，稱為防腐塗層老化（huà）。常見（jiàn）的防腐塗層老化的現（xiàn）象有：變色（sè）（褪色）、失光、粉化、起泡、生鏽、裂紋、剝落等。由於（yú）塗料（liào）的質量除了取決於各項物理（lǐ）性能指標外，更重要的是其使用壽命（mìng），即塗料本身對大氣的耐久性。這種耐（nài）候性zui能體現塗料的真正實用價值，是該塗料各種技術指標的綜合表現，故對塗料進行（háng）耐候（hòu）性（xìng）試驗是十（shí）分必要的。防腐塗層耐候性試驗分天然老化試驗和人工氣候老化試驗兩（liǎng）種，天然老化試驗是將樣板曝露於戶外自然條件下（xià），觀察防（fáng）腐塗層性能逐漸發生的變（biàn）化，而人工氣候老（lǎo）化試（shì）驗是將把樣板放在能模擬戶外諸影響因素的人工氣候老化機中曝露，觀察防腐塗（tú）層性能逐漸（jiàn）發生的變化（huà）。  

 2檢驗方法介（jiè）紹  

 由於塗層zui終是在自然環境下（xià）使用，所以（yǐ）自然氣候曝露（lù）試驗（天然老化試驗）是評估樣板真實耐久性的（de）zui可靠（kào）方法，也是發展可靠的實驗室加速老化技術依據和參照係統。所以需要先了解自然氣候曝露試驗，也（yě）稱戶外（wài）曝露（lù）試驗的概況。  

 2.1自然氣候曝露試驗原理  

 自然氣候曝露試驗（天然老化試驗）指在各種自然環境下研究大氣各種因素對防腐塗層所起的老化破壞作用，通過對試驗期間及試驗結束後樣板的外觀檢（jiǎn）查以評定其（qí）耐久性，也可以在曝曬過程中或曝曬結束後進行防腐塗層的物理機（jī）械（xiè）性能的測試。試驗根據大（dà）氣種類可分為（wéi）普通（tōng）大氣、工業大氣和海洋（yáng）性大（dà）氣；根據氣候特征可分為寒冷氣候、寒溫（wēn）高（gāo）原氣候、亞濕（shī）熱氣候、亞濕（shī）熱工業氣候（hòu）、濕熱氣候、幹熱氣候等。而曝露方法又可分為（wéi）朝南45℃、當地緯度、垂直緯度及水平曝露等。目前上通行的典型（xíng）氣候條件為美國的佛羅裏達亞熱帶氣候和亞利桑那沙漠氣候，這裏均建有世（shì）界zui大（dà）的曝曬場。這是因為位於美國南部的佛羅裏達具有：光照強（qiáng）、強紫外線、潮濕時（shí）間長、濕度大（dà）、氣候嚴酷的特點。而亞利桑那沙漠氣候是：高熱、紫外線強、低濕度（dù）。與佛羅裏達比較，年光照要高20%，zui高氣溫要高15ºC，zui高黑板溫度要高（gāo）20ºC，而且日溫差也相當大。我國（guó）與美國緯度相近以上兩個氣候條件有（yǒu）相當的參考價值。

 2.1．1天然曝（pù）曬場的建立：  

 曝曬（shài）場應建立在平坦、空曠的（de）地方，周圍無高大障礙物，使樣板（bǎn）能充分受到該地區各種大氣因（yīn）素的作用，附近應無工廠煙囪和能散發大量腐蝕性氣體的設施，以避免局部（bù）嚴（yán）重汙染的影響。鹽霧氣候曝曬場應建在海邊或（huò）海島島（dǎo）上。曝曬場應具有必需的氣象觀測沒備和各種樣板塗（tú）層（céng）檢查儀器及洗手（shǒu）池、上下水、照明電燈設施。氣象（xiàng）資料的觀測設備應視曝曬場環境、規模和人力、財力而定，若（ruò）臨近有氣象台（站）者，可直（zhí）接采用當（dāng）地氣象（xiàng）台（tái）（站）的數據。氣象資（zī）料主要包括：氣溫、濕度、日照時效、太陽（yáng）輻射量、降（jiàng）雨量（liàng）、風速、風向等。曝曬架（jià）應（yīng）采用不（bú）影響試驗結果的材（cái）料（liào）製成，如木材、鋁合金、或經塗（tú）刷防（fáng）腐塗料的（de）鋼材製成，其結構力（lì）求堅固耐用，經得起當地zui大風力吹刮，並能自動調節曝曬角（jiǎo）度。  

 2．1.2樣板（bǎn）的檢查方法

 GB／T9276-1996中規定以年和月作（zuò）為曝露試驗的時間單位，如無特殊規（guī）定（dìng），投試三十月內每半個月檢（jiǎn）查一次，三個月後至一年，每（měi）月檢查一次，超過一年後，每三個月檢查（chá）一次。由於塗料（liào）品種的要求不同以及曝曬地區（qū）破壞速度的不同，檢查周期可根據情況適當變更：規定的檢查項目包括失光、變色、裂紋、起泡、斑點、生鏽、泛金、沾（zhān）汙、長（zhǎng）黴和脫落等。檢查方法主要（yào）有儀器法和（hé）目測法兩種，其中光澤和顏色測試，可按GB/T9754、GB／T9761和GB/T11186．2進行，塗層的老化（huà）評價按GB／T9277進行。  

 2．1．3影響自然氣候曝露（lù）試驗結果的因素

 2．1．3．1氣候  

 我國國土麵積（jī）廣大（dà）．氣候類型複雜，從南到北、從東到西氣候條件均不一樣（yàng），往往同一個塗料配方在不同地區使用（yòng）其性能（néng）差異很大。如：同樣的醇酸樣品（pǐn）采（cǎi）用同樣的施工（gōng）工藝，經同時在天津、上海、武漢（hàn）、重慶、廣州、海南島等地進行曝曬（shài），可發現天津的樣（yàng）板破壞zui慢，武漢、上海居中，重慶、廣州（zhōu）、海（hǎi）南島等地破壞zui快，而在重慶、廣州（zhōu）、海南島等地中又以海（hǎi）南島的樣板破壞zui厲害。而海南（nán）島（dǎo）的氣候條件非常類似典型的佛羅裏（lǐ）達亞熱帶氣候條（tiáo）件。  

 2．1．3．2季節  

 樣品的耐候（hòu）性試驗結（jié）果除（chú）與氣候、地區有關外，曝曬（shài）季節對其影響也很大（dà）。春夏秋冬四個季節，就對樣板防腐塗層破壞zui大的紫外光輻射來講，春季、夏季的紫外光輻射強度以及（jí）平均（jun1）日照均（jun1）遠遠超出（chū）秋、冬兩個季節。正因為季節不同，樣板經曆的氣候條（tiáo）件不（bú）同，因此防腐塗層的破壞也不同。對於自幹型的塗料，在春季曝曬（shài）時，由於防腐塗層尚未*堅（jiān）實，就受到溫差的急（jí）劇變化而引起防（fáng）腐塗（tú）層變形；接著在夏季（jì）又遭受到（dào）強（qiáng）烈的紫外光照射或大量的雨水侵蝕而進（jìn）一（yī）步造成破壞。在秋季曝曬時，由於氣溫較（jiào）平穩（wěn），紫外光也日趨下降，致（zhì）使新塗的防腐塗層（céng）能有一（yī）段繼續堅硬的（de）過程（chéng），從而經得起來年的大氣破壞作用。實際試驗也證實（shí）廠這點（diǎn）：春季曬板破壞zui快，秋季曬板破壞zui慢，其順序是：春＞夏＞冬（dōng）＞秋。即：樣（yàng）板曝露試驗的結果隨投試季節的不（bú）同而異。  

 2．1．3．4曝曬角  

 曝曬角度對塗料的（de）耐久性影（yǐng）響也是需要考慮（lǜ）的，因為在大氣老化中，光是一個zui重要的因素，因此應該盡量設法以zui合適的角度來zui大限度地利用太陽能。經試驗發（fā）現在短期曝曬過程中及為了加速樣品的破壞，每年的上半年可采用春、夏季zui熱角度（￠-25°，其中￠為當（dāng）地緯度）；下半年可調節成秋、冬季zui熱角（jiǎo）度（0．893￠+24°）；這樣易於快速地獲得天然曝曬試驗結果。對於需要（yào）連續曝曬幾年或因條件所限而不考慮來回調整角度的，則應采取當地緯度（￠）zui為適宜（yí），以（yǐ）使樣品比其他角度能（néng）受到更多的和更長的時間光照。  

 2．2人（rén）工氣候老化和人工輻射曝（pù）露試驗  

 2．2．1人工（gōng）氣候老化和人工輻射曝露試驗（yàn）原理

 自然氣候曝（pù）露試驗雖可真實反映某地區某（mǒu）階段的（de）環境條件對材（cái）料和產品的影響，但它會受到試驗條件諸（zhū）多不確定因素的影響。即：自（zì）然環境隨季節、氣象、地理（lǐ）、地形的變化其自然曝（pù）曬（shài）的影響也隨之變化，更主要因為樣板（bǎn）試驗周期太長，出於（yú）經濟、競爭及縮短老化試驗周期需要的考慮，許多產品標準中均規定了人工氣（qì）候老化試驗來考（kǎo）核其耐候性能。人（rén）工氣（qì）候（hòu）老化試驗是基於大量自然氣候曝露試（shì）驗的結果中找出的規律，找出氣候變化因素（sù）與塗層破（pò）壞之間的關係，目的是在實（shí）驗室內模擬自然氣候作用或在（窗）玻璃下試（shì）驗所發生的老化過程。與自然氣候（hòu）老化相比，人工（gōng）氣候老化僅涉（shè）及了幾個有限的因素（太陽光、濕（shī）氣、熱），這些因素易於控製及（jí）強化從而起到加速老化試驗的作用，並通過對試驗期間及試驗結束後的樣板（bǎn）的觀（guān）察來（lái）評定其（qí）耐候性（xìng）。但對空氣汙染、生物侵（qīn）蝕、和鹽霧暴露造成的破壞無意模擬。

 正確的人工模擬設備主要應有以下（xià）幾點必須注意：

 a.與戶外環境匹配

 b.不改變降解機理,與戶外暴曬具有相關性

 c.可重複性和可再現性

 e.要素的獨立控（kòng）製

 f.與真實時間相比具有加速性  

 2．2．2試驗中的有關因素

 2．2．2．1光源

 從國內（nèi）外已有的試驗來看，太陽光是塗層老化中的一個很重（chóng）要的因素。太陽光的光譜主要（yào）可分為紫外線區（qū）、可（kě）見光（guāng）區、紅（hóng）外線區（qū）三個區域；經測定在晴天赤道正午海平麵的太陽輻照能分布如（rú）下：  

 表1太陽（yáng）輻照能的分布

 如上表所示：紫外線區的光譜分布雖然很（hěn）窄，並且輻射能量也僅占太陽總能量的5~7％左右，但經試（shì）驗表明該區域的破壞力zui大，是造成聚合（hé）物老化的（de）主要原因。這正驗證了光能量隨波長減小而破（pò）壞力增大的（de）理論（lùn）。許多（duō）材料在該區域遭受破（pò）壞zui快，會產（chǎn）生輻（fú）射分解即降解。其原因是絕大多數的聚（jù）合物經（jīng）能量較大的紫外線輻射（shè）後會（huì）受到光氧化的影響（xiǎng），當一個（gè）分子所吸收的能量大於其鍵能時即產（chǎn）生（shēng）降解，斷鏈。防腐塗層（céng）在該區域經紫外線（xiàn）輻射（shè）後易（yì）產生粉化、失光及變色（顏（yán）色（sè）變深/褪色）等現象。所以現行更加新的標（biāo）準均把光（guāng）輻照度（dù）的控製（zhì）點（diǎn）放在太陽光的紫外光340nm附近。（地球表麵（miàn）太陽光的紫外線截止點為295nm。）而（ér）不是以前對整個太陽光譜的輻照度（dù）進行控製和計量（liàng）。

 2．2．2．2溫度  

 由於光的作用總是伴隨著溫度的上升，因此溫度（dù）的升（shēng）高也是促使防腐塗（tú）層老化的一個重要因素。通常的防腐塗層的熱老化，主（zhǔ）要是由於交聯過程（chéng）及聚合物分子鏈的破壞；交聯的結（jié）果，產生了立體結構使防腐塗層變硬、變脆、失去彈性；而分子鏈破壞的結果使大分（fèn）子鏈斷裂（liè），減少了（le）分子長度和分（fèn）子量，形成了遊離基團，表現為（wéi）發軟、發粘。粗略的估計，溫度升高10攝氏度，化學反應（yīng）速度會提高（gāo）兩倍。但光化學反應不是通常的簡單的一步反應，zui初（chū）的光化學反應不受熱量影響，第二步反應受熱量影響。其影響比（bǐ）單純熱老化更（gèng）為重要。在人（rén）工氣候老化試驗中，一定的溫度配合周期（qī）性的降雨（yǔ），造成頻繁的交變溫度（dù），因為這將使塗層與底材（cái）發生不斷的膨脹與收縮，就（jiù）可導致塗層中形成（chéng）很大的應力；在大多數情況（kuàng）下，防腐塗層組（zǔ）成（chéng）的體係中含有成份和結構（gòu）不同的物質：底漆、中間漆、色漆、麵漆，因此在受溫度交變作用時由於（yú）在各塗層中的應力有所不同，再加以具有一定波長的（de）強烈光照，很（hěn）容易造成防腐塗層的開裂。  

 2．2．2．3濕度  

 在大氣中曝露（lù），防（fáng）腐（fǔ）塗層實際上是長時期保持在濕潤狀態下，尤其是濕熱帶地區更是如此。濕氣的影響也（yě）很（hěn）複雜，主要有：化學反應、物理效應、侵（qīn）蝕、吸收/凍結（jié）-融解及熱衝擊等。在高濕度條件（jiàn）下，水分（fèn）迅速向防腐塗層內部滲透，防腐塗層會因吸收（shōu）水分而引（yǐn）起溶解或溶漲，體積發生變化（huà），或（huò）使防腐（fǔ）塗（tú）層（céng）中的水溶性物質溶解出來，當在日光下尤其是紫外光的照射下其（qí）體積迅速膨脹，結構受到破壞或加快（kuài）了光化學變化的作用，易產生起泡、生鏽直至脫落，特（tè）別要提的是露水由於富含氧（yǎng），且在塗層表麵停留時間（jiān）遠較雨水長，造成戶外（wài）潮濕的（de）主要原因是露而不是雨。  

 2．2．2．4氧氣  

 防腐塗層中的聚合物由於日（rì）光和氧氣的相互（hù）作用，即所謂的（de）日光氧化會使防腐塗層產生孔隙，會引起防（fáng）腐塗層表麵（miàn）氧化而導致其顏色及物理性能的變化，產生失光及裂紋。  

 2．2．2．5綜合因素

 同時出（chū）現多種（zhǒng）破壞因素形（xíng）成的合力即為綜合破壞因素，其破（pò）壞力超過單個因素的總和。這將造成塗（tú）層中（zhōng）聚合物的穩定性下降，引起各種助（zhù）劑的蒸發、轉移，直至失效而造成破壞（huài）。

 3．人工氣候老化設（shè）備（bèi）  

 為了模擬（nǐ）自然（rán）界中（zhōng）各種氣候因素以便（biàn）在實驗（yàn）室內創造出所謂人工氣候，並能達到加速試驗（yàn）的目的，一般采（cǎi）用人工氣候（hòu）老（lǎo）化試驗機進（jìn）行試驗。  

 3．1．人工氣候老化試驗設備分類（lèi）

 根據（jù）所采用（yòng）的光源，人工氣候老化試驗機可分為紫外碳弧型（xíng）、陽光碳（tàn）弧（hú）型、紫外熒光燈（dēng）型、氙弧燈型及金屬鹵素燈型等。  

 紫外碳弧型裝置（1918年發明）是利用在儀（yí）器內上下兩部分（fèn）碳（tàn）棒之間加入適當的電壓、電流發生電弧所（suǒ）產（chǎn）生的較大能量可發出連續光譜的紫外光。缺點是：光譜的（de）不足，難維護，需水噴淋降溫，也不能校正。  

 陽光碳弧裝置（1933年發明）區別在於其碳棒中含有某種特殊金屬元素，故發出的光譜能量分布較為接近日光。但陽光碳弧裝置短波紫外線太強，地球表麵的太陽光裏（lǐ）又沒（méi）有，破壞加速了，但與真實環境不符。長波紫外（wài）線和（hé）可見光（guāng）與日光相差（chà）仍較大，不能校正（zhèng），高維護（hù）成本，需水噴淋降溫，主要（yào）在日本應用（yòng）。  

 氙弧燈裝置（1954年發明）是一種由內充有高純（chún）度氙氣的弧光放電燈為光源的裝置，該燈管由一根透明的石英玻璃管製成，兩端各（gè）封接有一個金屬電極，當電極之間（jiān）加入適當的高電（diàn）壓並經過濾光片過濾後會產生（shēng）一（yī）種更為接近太陽（yáng）光的光譜，通過儀器調整輻射量而光譜基本不（bú）變（biàn）且操作也較碳弧型簡單。鑒於上述原因，目前許多標準，如IS011341、GB／T1865-1997規定將氙燈型人工氣候老化機作為該試驗標準的試驗儀器。該裝置分為水冷和風冷型，結構上分為樣板固定和旋轉式。新的標準已不要求（qiú）使用哪種形式，氙弧燈裝置與戶外暴曬的相關性較好，特別是要求（qiú）了解光照導致顏色變化的（de）人工老（lǎo）化試驗都應（yīng）該采用氙燈型人工氣候老化機，當然，氙（xiān）燈型人工氣候老化機的投資和運行費用都是較高的。盡管低於（yú）陽光碳（tàn）弧裝置許多。

 紫外熒光燈型（1970年發明）是一種（zhǒng）利用低壓汞蒸氣弧光放電激發熒光物質而產生紫外光輻射的裝置（Q8/UV老化箱），該（gāi）能在相對較窄的波長間隔內產生連續的（de）光譜。通常分布成（chéng）弱峰。其光源主要分為UVA（340）和UVB（313）。340，313表示發射峰的波（bō）長特性（以nm表示）。其（qí）中UVA燈管從300~340nm與日光有*的相符性。UVB燈管的光譜分（fèn）布，其峰接近313nm處的汞線。它們發出大量波長低於300nm的射線，正（zhèng）好位於（yú）太陽光線（xiàn）的波長範圍外，這樣就導致了戶外不會出現的老化過程的發生，即會引起塗層的非自然光化學變化。使用要經有關方麵商定（dìng）。紫外熒光燈型（xíng）幾乎沒有可見（jiàn）光部分，可見光部（bù）分（400~700nm）雖然對聚合物的降解影響不大，但許（xǔ）多顏料的退色受可見光影響（xiǎng），所以涉及（jí）顏（yán）色變化的老化試驗建議不用該方法（fǎ）。但是由於（yú）它具有加速性較好，光譜穩定，模擬露水侵蝕簡便。相對氙弧燈裝置，又有低的價格、極低的（de）運行成本和維護成（chéng）本，操作簡單，校準（zhǔn）方（fāng）便。所以得到廣泛的應（yīng）用。

 3．2氙燈型人工氣候老化試驗設備  

 氙燈型人工氣候老化試驗箱應由耐腐蝕材料製成，其內裝置包括有濾光係（xì）統的輻（fú）射（shè）源、溫濕度調節係（xì）統、樣板架、黑標準溫度計、輻照（zhào）度測定儀等（děng）。近（jìn）年來由於世界上高科技在各個領（lǐng）域中（zhōng）的推廣應用（yòng），人工氣候老化機的裝備水平也得到了進一步的提高，世界一些的人工氣候老化機生產廠（chǎng）在（zài）十年間使老化機經曆了幾次升級換代。不僅能更（gèng）為有效地模擬戶外氣候的多種特性，如：模（mó）擬太陽的光譜分布、適應各類標準選擇（zé）的濾光器組合、恒定的黑標準溫度、箱（xiāng）體溫度、濕度、降雨、黑暗、凝露、一個（gè）太陽／二（èr）個太（tài）陽的輻射（shè）量等。而且自動化程度也大大提高，可內存多種、歐洲、美（měi）國、日本等工業產品（塗料、汽車部件、塑料、紡織品（pǐn）等）耐人工氣候（hòu）老化試驗標準，還（hái）可自行設定多種用戶試驗程序，儀器執行標準的（de）準確性及試驗數據的（de）重複性（xìng）也不斷提高（gāo）。氙燈型人（rén）工氣候老化試驗設備能zui接近的（de）模（mó）擬太陽（yáng）光的光（guāng）譜，所以盡管運行費用（yòng）很高，大多數（shù）用戶還是需要用氙燈型人工氣候老化試驗機做出的試驗結果來（lái）預測未來產品的耐候性能力。特（tè）別是對材料顏色耐候性（xìng）能力的判斷，一定要用氙燈型人工氣候老化試驗機（jī）來做。  

 3．2．1氙燈型老化機的結（jié）構（gòu）  

 氙弧燈（dēng）是特大功率的（de）發光光源，從1000瓦特到5000瓦特。大量的紅外線發射將導致試樣溫度很快上升。燈管本身溫度也很（hěn）高。所以從（cóng）燈管冷卻的（de）方式，氙燈型老（lǎo）化機（jī）可分為水冷（lěng）式和風冷（lěng）式，為充分利用燈管的輻射資源，一般會將試樣放在燈管的周圍圍一圈。並做成（chéng）可旋轉的結構。稱（chēng）為旋轉鼓式。而將（jiāng）樣品放在平麵上，燈管布置在試驗箱體上部（bù）的結構稱之為（wéi）平麵排列式，水冷式氙燈型老化機可以讓燈管工作在很高的功（gōng）率（lǜ）下，有較高的（de）效率，但水冷（lěng）卻係統需水、電、光路隔離，結構複雜，對冷卻用去離子水的要求也很高，導致水冷式氙燈（dēng）老化機售價很高。風冷式氙燈型老化機相（xiàng）反，結構簡單（dān）了，但光效率較低，售價也相（xiàng）對低一些。目前新的標準對老化機的結構已無（wú）要求。  

 3．2．2氙燈輻照光譜的過濾  

 由於氙燈光譜有大量的脈衝波峰（fēng），所以要經過過濾後才可獲得接近日光的光譜。氙（xiān）燈型老化機常見（jiàn）的濾光片組合（hé）及適用範圍見表2：  

 表2常見的濾光片組合及適用（yòng）範圍

 如表2所（suǒ）示，通過不同濾光片的組合可以得（dé）到多種（zhǒng）戶內外條件模擬試（shì）驗，不同的組合會產（chǎn）生不同的光譜及輻（fú）射強度，可引起試驗結果的明顯不同（tóng）。濾光器的老化可導致氙（xiān）弧燈的紫外發射明（míng）顯（xiǎn）減少，必須嚴格按（àn）照儀器的規定（dìng）定（dìng）期更換內外濾光片。另外，濾光器上（shàng）的沉積物（wù）及其他殘留物也能影響濾光器的透過率，因此應定期清洗濾光器。  

 3．2．3輻照強度和控製點  

 輻照度是指（zhǐ）照射在平麵上光能的比率（lǜ）。一台耐候性試驗箱必須控製光的輻照強（qiáng）度，以達到加速實驗和重現試驗結果（guǒ）的目的。光輻照度的變化（huà）會影響材料質量惡化的速度（dù），而光波波長的變化（例如光（guāng）譜的能量分（fèn）布）則同時會對材料退化的速度和（hé）類（lèi）型產生（shēng）影晌。通（tōng）過控製光的（de）輻照強度可以保持與實際相符的測試條（tiáo）件。

 氙燈型老化（huà）機一般（bān）都有輻（fú）照強（qiáng）度的反饋控製係統，控製量大多以340nm（戶外輻射暴露）或420nm（透過窗玻璃暴露（lù））為控製點，當（dāng）輻照強度穩定控製在0.68W/m2/nm時，試驗機的輻照強度大致（zhì）相當於夏季正午（wǔ）太陽直射時的（de）強度。增加輻照強度（dù）有時可以加速老化速（sù）度，但是對有（yǒu）的材料效果卻不一定明顯，提高老化速（sù）度有時會與真實情況不符。需要參照自（zì）然氣候曝露對比試驗，才能得到正確的結（jié）果（guǒ）。  

 3．2．4溫度和濕度控製  

 光能輻射到（dào）試板（bǎn）提高了試板（bǎn）的溫度。不同的顏色因吸收的能量不（bú）同，溫升也不一樣，顏色越深溫度越（yuè）高，黑色zui高，白色zui低。通常，老化試驗機（jī）使用標準黑體溫度統一受照射物表麵溫度，也稱黑板溫度。黑板溫度傳感器是內部裝有溫度敏感元件的導熱板，其表麵塗有能吸收波長（zhǎng）2500nm以（yǐ）內全部入射的輻射光的93%、有良好耐老化性能的平整黑色塗料、背麵與試板放在同一導熱麵上。儀器通過控製吹過試樣表麵的外部冷空（kōng）氣調節黑板溫度傳感器（qì）的溫度，使（shǐ）之穩定在60℃左右。由於（yú）背麵底（dǐ）板的導熱和均熱作用（yòng），其他試樣也將會處於接近該溫度的狀態。特殊應用情況下，也（yě）有（yǒu）以絕（jué）緣黑體溫度（傳感器四周與底部有隔（gé）熱材料）、白板溫度（dù）作為試驗（yàn）試樣的溫度控製目標。而（ér）箱體氣（qì）體溫（wēn）度作為間接的溫度環境儀器（qì）也會設（shè）置（zhì）控製（zhì）係統作（zuò）為下級控（kòng）製對象。  

 通常溫度升高10攝氏度，化學反應速度會提高兩倍（bèi）。但光化學（xué）反應不是通常的簡單的一步反應，zui初（chū）的光（guāng）化學反應不受熱量影響，而第二步（bù）反（fǎn）應要受熱量影響（xiǎng）。增加溫度一般可（kě）以加速老化速度，但是對有的材料效果卻不一定明顯，所以，通過提高溫度加速老化速度，有時也會與真實（shí）情況不符。所以既要提高老化速度，又要減少誤差，黑板（bǎn）溫度通（tōng）常不能超過實際使用的zui高溫度。

 濕（shī）度對塗層的老化影響很大，但高溫的氙燈輻射（shè）使濕度控製較難實現，一般（bān）都（dōu）有蒸發水蒸氣的裝置調節箱體內部的濕度。使之相對濕度大致維（wéi）持在50%+/-5%左右。  

 3．2．5循環  

 或許有人認為連續（xù）的（de）光照可以加（jiā）快（kuài）老化速度，縮短老化時間。但實際上，很多材料在發生（shēng）化學反應之前，它們需要一定的“間歇期”。儀器都（dōu）有（yǒu）循環程序來控製試（shì）驗遵循如幾小時光照，幾小時（shí）無（wú）光照的周期循（xún）環來進行。程序還有（yǒu）噴（pēn）水或浸（jìn）漬的步驟設計。這樣的老化既接近真實情況又速度較快。  

 3．2．6．氙燈型老（lǎo）化機燈管的使用壽命  

 氙燈也會老化，老化造成波譜的偏移。由於太陽光（guāng）譜中紫外線區的光譜分布雖然很窄，並且輻射能量也僅占（zhàn）太陽總能（néng）量的5~7％左右，但經試驗表（biǎo）明該區域的破壞（huài）力zui大，是造成聚合（hé）物老化的主要（yào）原因。所（suǒ）以現行更加（jiā）新的標準對氙燈型人（rén）工老化機輻照光譜中290nm~400nm的光譜能量（liàng）分布特意做了更（gèng）加細的規定。並均把光輻照度的控製點放在太陽光的紫外光340nm附近。這樣就提高了與戶外環境匹配的精度（dù），提高了與戶（hù）外（wài）暴曬的相關性，試驗的可重複性和可再（zài）現性。但是，由於氙燈光譜中UV段發射效率衰減得（dé）更快。當340nm點（diǎn）控製穩定後，由於杠杠原理，可見光至紅外部分（fèn）的輻照度在氙（xiān）燈管工（gōng）作1000小時後都會有較大的提升（約20%以（yǐ）上）。很快超過了太陽光的典型輻（fú）照度，這樣又會降低與戶外暴曬的相關性，所以，生產（chǎn）廠商都規定了氙燈管的工作壽命（mìng），一般在標準功率下工作1300~1500小時後需要更換燈管。這也是氙燈型人（rén）工老化機運行費（fèi）用很高的原因之一（yī）。紫外熒光燈的壽命：有輻照控製的約6000小時。無輻照控製的約1600小時。  

 3．3紫外熒光燈型人工氣候老化試驗設備  

 紫外熒光燈型人工氣候老化也由耐腐蝕材料製成，其內裝置包括有UV光管（guǎn）組（zǔ）成的輻射源、溫度調節係統、模擬濕氣的加熱蓄水盤（pán），樣板架、黑（hēi）標準溫（wēn）度（dù）計、輻照度測定儀等。  

 盡管紫（zǐ）外光（UV）隻占陽光的（de）6%，但是（shì）它卻（què）是造成（chéng）戶外產品耐用性下降的主要（yào）光照因素。這是因為陽（yáng）光的光化學反（fǎn）應影響（xiǎng）隨著波長的減少而增加。因此在模擬陽光對材料物理性質的破壞影響時，不需要再現整個（gè）陽光光譜。在大多數情況下，隻需要模擬短波的UV光即可。以上研究結果導致了UV熒光燈耐候老（lǎo）化機的發展。UV熒光燈耐候老化機的優點：

 l快速獲得實驗結果

 l簡化的（de）光照度控製

 l穩定的光譜

 l隻需很少的維護

 l價（jià）格便宜、運行費用低廉。  

 所以得到了廣泛的應用。至少在配方篩（shāi）選階段人們多都想到首先使用紫外熒（yíng）光燈（dēng）型人工（gōng）氣候（hòu）老化機。  

 3．3．1UV能量的波長範圍  

 耐候老化機的代表機型（xíng）Q8/UV采用熒光UV燈。其原因在於它們比其他的燈管更為穩定，並且有更（gèng）好的試驗結果再現性。采用熒光UV燈模擬陽光（guāng）對材料物理性質的影響，例如亮度下降、龜裂、剝落等方麵應是（shì）的方法。現有幾（jǐ）種不同（tóng）的UV燈可供選擇。這些UV燈主要產（chǎn）生紫外光，而不是可見光或紅外光。燈（dēng）的主要差別體現在它們各自產生的UV總能量（liàng）集中在不同（tóng）的光譜波長範圍上。不同的燈會產生（shēng）不同的測（cè）試結（jié）果。實際的曝曬應用環境可以提示應選用那（nà）種類型的UV燈。  

 UVA-340可*的模擬陽光光譜的臨界短（duǎn）波波長範（fàn）圍，UVA-340的名稱表示發射峰的波長特（tè）性（以nm表示）即發射峰的波長為340nm。波（bō）長範圍為A波段，即295至360nm的光譜。UVA-340隻產生在陽光中能找到的UV波長的光譜。  

 UVB-313，用於zui大程度的（de）加速試驗。UVB-313可以很快地提供實驗（yàn）結果。它（tā）們（men）所（suǒ）采用的短波長UV比目（mù）前地球表麵上通常找到的UV光波更為強烈。盡管這（zhè）些比自（zì）然波長短許多的UV光能夠（gòu）zui大（dà）程度地（dì）加速試驗，但它同時也會對某些材（cái）料造成不符和實際的退化破壞。UVB-313的曝曬程式在QC和R&D的應用（yòng）和對（duì）耐用性材料進行試驗（yàn）時，是極其（qí）有用的。

 3．3．2控製輻照強度  

 與氙弧燈裝置一樣，紫外熒光燈型人工氣候老化試驗設備一（yī）般都有輻照強（qiáng）度的（de）反饋控製係統，以期達到加速實驗和重現試驗結果的目的（de）。光（guāng）輻照度的變化會影響材料質量惡化的速度（dù）。通常，使用峰值波長為340nm的UVA-340燈管。控製輻照強度為0.68w/m2/nm，就可與夏季正午（wǔ）直射的陽光強度相匹配。它可以快速（sù）提供結果，而絲毫不（bú）影（yǐng）響其相關（guān）性。如需加速獲取數據，可以使之光照強度比夏季正午的陽（yáng）光強度高75%。  

 3．3．3模擬（nǐ）露水的影響

 在戶外的材料與濕氣接觸的（de）時間，每天可以長達12小時（shí）。研究結果表明造成這種戶外潮（cháo）濕的主要原因是露水，而不是雨水。模（mó）擬（nǐ）露水是通過冷凝原（yuán）理來實現（xiàn）。在（zài）試驗機箱（xiāng）的底部有一蓄水箱，在Q8/UV的冷凝循環階段（duàn），對其進行加熱來產生水汽（qì）。熱蒸汽使試驗箱內的相對濕度維持在l00%，並且保持一個（gè）相對高溫。設（shè）計確保測試試件實際上構成試驗箱的側壁，從而使試件的背麵則曝露在室內環境空氣（qì）中。室內空氣的冷卻效（xiào）用導致試件表麵溫度下降到低於蒸汽溫度幾度的水平。這（zhè）一溫差導致試件在整個冷凝循環（huán）過程中，其表麵始終有冷凝生成的液態水。這種冷凝產物是很穩（wěn）定的純淨蒸餾水。這種純淨（jìng）水提高了試（shì）驗（yàn）的再現率，而同時避（bì）免了水（shuǐ）漬問題：由於戶外曝曬接觸潮濕的時間（jiān）每天可以長達12小時，因此Q8/UV的潮濕周期一般持續幾小時。標準推薦的冷凝周期一般至少持（chí）續4小時。注（zhù）意到Q8/UV中的UV曝曬和冷凝曝曬是分別進行的（de），這（zhè）與實際氣（qì）候條件（jiàn）一致。冷凝（níng）的優點：

 l與自然潮濕一（yī）致。

 l通過升溫加速實驗過程。

 l采用普（pǔ）通（tōng）自來水。

 l冷凝產物是純淨水--在樣品上無水漬或雜質產生（shēng）。

 l維護簡單  

 3．3．4模擬雨水影（yǐng）響  

 對於某些（xiē）應用過程而言，增加水噴淋能更好的模擬zui終使用的環境條件。屋麵、汽（qì）車材料和在金屬建築或（huò）結構上使用的防腐塗（tú）料經（jīng）常會（huì）遭遇到（dào）突然的（de）溫度劇變。例如（rú）在炎熱的夏季中，當熱量堆積（jī）表麵溫（wēn）度很（hěn）高後突然由於暴雨而消散。由於經常遭到來自雨水的衝刷，鋼結構的塗料層，包括油漆和著色劑，會（huì）出現相應的侵蝕現象。近期研究結果表明，這種雨水衝刷動作可以將材料表麵有防（fáng）降解作用的（de）塗料粉化層衝刷掉，從（cóng）而將塗（tú）料本身（shēn）直接（jiē）曝曬在UV和水份（fèn）的破壞性影響之下。這一過程可以重複多次（cì），從而導致一種材（cái）料退化現象加劇。而單靠（kào）冷（lěng）凝方式是無法再現的。增加水噴（pēn）淋以再現此類環境條件，可（kě）以增強某些塗料氣候老化試驗的相關性（xìng）。

 3．3．5溫度（dù）控製  

 一級的光化學反應對溫度變化並不敏感。然而，隨之而來的二級反應的速度則（zé）和溫度變化（huà）緊密相關。一般（bān）來說，隨著溫度升高，反應速度會加快。因此，在UV曝曬（shài）實驗過程中，溫度控製就顯得很（hěn）重要。而且要控製加（jiā）速試驗所采用的（de）試驗溫度與材料在實際應用中遭（zāo）遇的zui高溫度相當。同（tóng）樣，紫外（wài）光老化試驗機也使用標準黑體溫度統（tǒng）一受照射（shè）物表麵溫度，由於（yú）儀器僅有紫外部分光譜，試板的溫度一般要靠箱體溫度提（tí）供。UV階段的溫度設置可以從50C到80℃，具體取決於光照度水平和室內環境氣溫。  

 濕氣循環階段，潮濕對材料的破壞力會隨著溫度的提高而急劇增加。因此在潮濕循環階段的過程中，溫度（dù）控製要求保持高溫環境，設置（zhì）可以是從（cóng）40*C到60*C。  

 Q8/UV具有（yǒu）輻照強度控製、溫度控製，采用兩種方式（shì）來模擬濕氣（qì）的影響。Q/UV3噴淋型采用冷凝和水噴淋兩種方式，Q8／UV2型和Q8/UV1普（pǔ）通型則隻配（pèi）備冷凝方式。Q8/UV1普通（tōng）型輻照（zhào）強度控製采用燈管新舊搭配，定期淘汰舊燈（dēng）管的（de）方式。機器（qì）投資（zī）少，但燈管整體的替換（huàn）周期要短一倍。  

 4操作要點  

 除另有規定，可按GB/T1765-79（89）《測定耐濕（shī）熱、耐鹽霧、耐候性（人工（gōng）加（jiā）速）的防腐塗層製備法》製備並養護樣板。樣板養護期結束後，留出一塊作（zuò）為標準板，其餘2-3塊投入人工氣候老化試驗（yàn）機內進行（háng）試驗。樣板需放在試板架上，周圍空（kōng）氣要流通，樣板在試板架上的排列應以有規律的間隔時間改變，例如上排樣板與中排樣板及下排（pái）樣板進行交換。  

 試驗時（shí）間可參照相關產品標準來確定，也可（kě）將其老化狀態已知的曝露塗層（參照樣板）與被測樣板同時（shí）投入試驗，以確（què）定試驗終點及評（píng）定（dìng）被測（cè）樣板，參照樣板的化學結構和老化狀（zhuàng）況應盡可能與（yǔ）試驗樣板相類似。

 樣板的檢查（chá）按（àn）GB/T1766-1995《色漆和清漆塗層耐老化（huà）的評級方法》規定（dìng）進行，檢查項日包括：變色、失光、粉化、裂紋、起泡、生鏽、脫落、斑（bān）點、泛（fàn）金、沾汙、長黴等。樣板的評（píng）定可采用（yòng）單項評級（jí）和綜合評級法（fǎ），綜合評級法分裝飾性漆和保護性漆兩種，根據樣板破壞程度可評（píng）山優、良、中、可、差、劣六個（gè）級別。  

 5影響人工氣（qì）候老（lǎo）化試驗（yàn）結果的其他因素  

 5．1試驗儀器校準

 除（chú）儀器（qì）產地、型號及性能的差異可能造成試驗結果的不（bú）同外，儀器本身的定（dìng）期校準是十分重要的。如不能按期對儀器控製（zhì）器如：輻（fú）照度（dù）計、光傳感器、黑標準溫度、溫度、濕度傳感器、水質純度計等進行必（bì）要的校準，將（jiāng）影響（xiǎng）試驗結果的準確性。其中以（yǐ）光傳感器的校準zui為重要和困難。一般由大的人（rén）工老化機（jī）生產廠家提（tí）供服務，並（bìng）可（kě）追溯到相關國家的標準技術管理（lǐ）機構如美國國家標準與技術研究所。值得一提的是一（yī）種的產品稱為Q8-800的照度自動校準係統提供了用戶（hù）可自己完成校準的技術，校準隻需幾秒鍾的時間（jiān），避（bì）免了繁雜又易出錯的校準程序。校準（zhǔn）的結果也可以追溯到美國國家標準與技（jì）術研究所頒布的方法（fǎ）。  

 5．2試驗用水  

 用於儀器（qì）內濕潤及模擬戶外降雨（yǔ）、凝露作用的蒸餾水應符合GB/T6682實驗室用水二級水（shuǐ）的要求（電導率低於（yú）21S／cm，蒸發殘餘物少於lppm），否則將在試板表（biǎo）麵產生沉積物而造成（chéng）不可靠的試驗結果。通過冷凝原理來實現凝露作用的紫外熒光（guāng）燈型人工氣候（hòu）老化機（jī）可使用自來水。但模（mó）擬降雨的供水因直接接觸樣板，所以需要蒸（zhēng）餾水，並應符合GB/T6682實驗室用水二（èr）級水的要求。

 5．3其（qí）他因素  

 不同的塗層（防腐塗層）對不同的光波長有著不（bú）同的選擇性，如（rú）：不同顏色的防腐（fǔ）塗層對熱量的吸收不同，會有一定的測試誤差。另外對顏色、光澤等檢驗項目應盡量（liàng）采用儀器法而不（bú）用目測法，以減少人為誤（wù）差

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