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测试水在汽车外饰件涂层氙灯加速老化测试中的作用【Q-Lab】

发布时间:2012.12.24 新闻来源:【翁开尔集团】 浏览次数:

目前测试涂层老化的最佳加速方法是SAE J2527。该方法规定在氙灯箱内进行老化试验,经滤光片过滤后,氙灯光源产生与太阳光相似的光谱功率分布(SPD);而且氙灯试验箱内的温度、湿度和在油漆样品上喷淋的液态水都能得到控制,希望能在短时间内模拟与佛罗里达户外曝晒相当的涂层失效状况。为了探究水在加速老化测试中的作用,保证水的类型(湿度或液态水)和水侵蚀时间必须与户外规定地点的水的类型和水侵蚀时间相一致,本文介绍了油漆样品在佛罗里达及其他地区户外曝晒条件中的水的量和类型的细节分析,还介绍了油漆样品在执行SAE J2527测试标准的老化设备中曝晒时的水喷淋量,并将这些结果进行相互比较,得出不同油漆体系的最大理论用水量,从数据可以分析出使用不同老化设备对油漆样品进行测试时的用水量是不同的。我们得出的带有建议性的结论是,通过改进加速老化的测试条件,可以在较短时间内提供更精确的结果。


客户对涂层耐候性和外观质量的要求不断提高,这促使汽车制造商和油漆供应商开发新的涂层体系以迎合客户的需求。然而,由于引进新涂层体系存在潜在的风险,因此在新涂层体系投产前需要做大量的试验,这需要耗费大量的时间和资源,以减少因涂层失效而带来的风险。通常在将一个新的涂层体系投入实际应用之前,汽车制造商需要对其进行5年的佛罗里达户外曝晒试验。如果汽车行业有一项可靠的加速测试方法,能够快速且准确地评定汽车涂层体系的长期抗老化性,那么可以明显缩短新涂层体系的投产时间。

目前最佳的涂层加速老化方法是SAE J2527(替代已废止的J1960)。该方法规定在氙灯箱内进行老化试验,经滤光片过滤后,氙灯光源产生与太阳光相似的光谱功率分布(SPD);而且氙灯试验箱内的温度、湿度和在油漆样品上喷淋的液态水都能得到控制,希望能在短时间内模拟与佛罗里达户外曝晒相当的涂层失效状况。与佛罗里达户外曝晒试验相比,氙灯试验箱的辐照度、温度、潮湿时间或液态水侵蚀强度都有所增加,这被认为是进行加速测试。如果试图改进加速测试方案,则这些变量都可以进行适当的调
整,以提高氙灯老化试验与实际条件的相关性。

也有人认为,在加速老化设备中试图再现实际条件下的潜在失效是没有意义的,因为任何市场区域(例如北美)的气候变化范围是非常大的。由于气候的差异性,在一个地区观测到的潜在失效在其他地区或许无法观测到。另外,任何地区的气候每年都会发生变化(比如在佛罗里达南部,每年的气候变化是很明显的),所以在加速设备里再现所有相关环境的变化因素是不可能和徒劳的。近年来的气候数据为用实验室加速老化设备再现实际条件下的曝晒提供了支持,在很好地控制实验室曝晒条件的前提下,考察涂层体系基本性能变化的研究取得了重大进展。可以将从这些曝晒试验中获得的结果应用到这些涂层体系在不同曝晒条件下的性能统计预测中,实验室加速老化方法显示出预测涂层体系在自然曝晒条件下的使用寿命的前景,但前提是要求有庞大的数据做支撑,而现代添加了稳定剂的高耐候涂层体系在不同系列环境中的曝晒情况仍需验证。

对于具有实际测试经验的涂料技术人员来说,短期内最大的愿望是,通过仔细检查和改善影响测试精确性和加速因素的测试条件,来改进现有的加速测试方法。以前的工作结果显示,加速测试设备中光源的光谱功率分布对加速测试结果的精确性有极大的影响。Gerlock et. al已经指出,只有那些使用了能精确再现地面太阳光紫外波段光谱光源的试验,才能使涂层发生的化学成分变化与户外曝晒的相同。最近,一种新的氙灯老化设备光学过滤器投入市场,该光学过滤器能精确模拟太阳光的光谱功率分布,使用这种光学过滤器后涂层发生的化学变化精确地再现了涂层经户外曝晒后发生的变化。先不考虑曝晒因素的可变性,精确的加速测试必须能再现涂层在户外曝晒过程中能观测到的化学变化,大量的分析和研究已开发出多种方法来检测这些化学成分的变化。这些方法比涂料行业常用的标准光泽测量有了很大进步,光泽测量被证实不能充分描述底漆和面漆体系的长期老化性能。我们希望加速测试应该不仅能够再现涂层发生的化学变化,而且还可以再现涂层在户外曝晒过程中能观测到的物理失效(开裂、起泡、分层、失去光泽和颜色变化等)。

除光源之外,其他必须被精确再现的主要环境变化参数是温度和湿度。温度的作用被认为是主要产生热应力以及影响老化过程中发生的化学变化的速度。以前的工作结果已经证明了在涂层老化过程中水的作用的多样性。首先,水可以塑化涂层,并因此改变涂层的力学性能。第二,这种塑化作用可以增加存在于涂层结合链中的小分子的活性,而这些小分子对涂层体系是有害的。第三,由于多层油漆体系中的基底和每层涂层具有不同的收缩率,从而影响曝晒结果。第四,涂层失去光泽是因为涂层表面经过户外(雨水)或加速测试中(水喷淋)的液态水冲洗后,已降解的材料脱落所导致的。最后,水的存在导致涂层的水解,油漆是容易产生此类老化的涂层体系。为了探究水在加速老化测试中的作用,保证水的类型(湿度或液态水)和水侵蚀时间必须与户外规定地点的水的类型和水侵蚀时间相一致,本文报道了油漆样品在佛罗里达及其他地区的户外曝晒条件中的水的量和类型的细节分析,还介绍了油漆样品在执行SAE J2527测试标准的老化设备中曝晒时的水喷淋量,并将这些结果进行相互比较,得出不同油漆体系的最大理论用水量,从数据中可以分析出使用不同老化设备对油漆样品进行测试时的用水量是不同的。我们得出的带有建议性的结论是,通过改进加速老化的测试条件,可以在较短时间内提供更精确的结果。

 

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