氙弧灯和荧光紫外灯对漆膜破坏性的比较

一、概述

    涂料分为底漆、腻子、中间漆和面漆，广泛应用于混凝土建筑、机车车辆、大型钢铁结构等物体表面。涂料经过施工后在物体表面形成涂膜，对物体起保护底材、装饰等作用。涂料的质量取决于其各项物理生能指标，表现为其使用寿命，即涂料对大气的耐久性。涂料的耐久性代表其使用价值，因此对涂料进行耐候性试验可以验证涂料的质量。

    面漆漆膜的老化是指在各种气候类型区域里，日光、风、雪、雨、露水、温度、湿度、化工气体等各种大气因素对漆膜的破坏作用。通过检查试板漆膜的老化情况，可以判断漆膜的耐久性。漆膜的耐久性试验方法主要有天然曝晒和人工加速老化2种采用天然曝晒试验，一是受气候条件、地理位置和季节变化等因素影响比较严重，二是需要的时间比较长。因此，一般采用人工加速老化试验模拟天然曝晒，对漆膜进行耐久性试验。大量的漆膜天然曝晒试验结果表明，影响漆膜耐久性的因素主要是光、温度、雨和露水。人工加速老化试验基于天然曝晒试验总结的规律，在试验室内模拟相应气候因素并给与一定的加速性，以克服天然爆晒试验需要时间过长的不足。

    目前，我国对漆膜的耐久性试验主要依据GB/T1865-2009《色漆和清漆人工气候老化和人工辐射暴露滤过的氙弧辐射》和GB／T14522-2008《机械工业产品用塑料、涂料、橡胶材料人工气候加速试验方法荧光紫外灯》。这2项标准均采用人工加速的方法，模拟天然气候中的光、温度、雨和露水对漆膜的破坏作用，但这2项标准的关注点不尽相同。GB／T1865-2009采用滤过的氙弧灯光源，光谱能量分布比较接近太阳光，包含紫外线(uv)、可见光和红外线(IR)，光谱在295～800nm，同时模拟天然气候中的温度和雨淋条件，模拟性好，但加速性较慢。GB/T14522-2008采用荧光紫外灯管光源，主要产生紫外线能量，光谱在290～400nm，由于短波紫外线是造成户外材料老化的zui主要因素，再同时模拟天然气候中的温度和露水条件，其加速性非常好。荧光紫外线灯管通常分为3种，UVA一340灯管模拟阳光中的紫外线部分主要用于户外产品的光老化试验；UVA一351灯管模拟穿过玻璃阳光的紫外线部分，主要用于室内产品的光老化试验；UVB一313灯管的紫外光能量更强，会加速材料的老化，具有快速、省时的特点，广泛应用于漆膜的耐久性测试。为了找出上述2种试验方法在人工加速老化方面的关系，进行了氙弧灯和荧光紫外灯对面漆漆膜破坏性的比较试验。

二、试验方法提要

    试验采用过滤的氙弧灯和UVB一313灯管作为试验光源，在相同的气候条件下，同时分别对不同颜色的面漆漆膜进行照射。在规定的时间内测量相关数据，进行数据比较，分析总结2种试验方法的关系。

三、涂料选择和漆膜样板制备

    涂料组成中受环境因素影响的主要是面漆，因为涂料的光老化现象首先从面漆开始。目前铁路机车车辆等钢结构经常使用的面漆为聚氨酯面漆，其耐候性相对较好，因此，选择聚氨酯面漆作为试验用涂料，并选择黑色、灰色和黄色3种有代表性的聚氨酯面漆作为具体试验对象。漆膜样板基材选用普通碳素钢板，样板尺寸为75mmxl50mmx1mm。喷涂前，首先利用二甲苯或溶剂汽油对样板除油，然后利用砂纸打磨，去除锈迹或油污，除锈等级应达到St2．5级。除锈完毕后，用丙酮清洁试板表面。漆膜采用喷涂法制备，喷涂分2次完成，之问间隔24h，漆膜总厚度为60～7O纳米。喷涂工艺完成后，漆膜样板需要在23℃、50％RH的环境下放置168h后，才可用于试验。

四、试验条件

    4．1氙弧灯人工加速老化试验

    氙弧灯人工加速老化试验依据GB／Tl865—1997《色漆和清漆人工气候老化和人工气候暴露滤过的氙弧辐射》进行。氙弧灯老化试验箱由广东科建仪器生产，型号为KJ-2093。试验时，黑板温度为(65±2)℃，辐照度为0．51W／㎡(340nm)，运行模式为连续光照，干燥周期为102min，浸润时间为l8min，干燥期间的相对湿度在40％～60％。

氙灯耐气候试验箱

疝气灯管

    4．2荧光紫外人工加速老化试验

    荧光紫外人工加速老化试验依据GB／T14522-2008《机械工业产品用塑料、涂料、橡胶材料人工气候老化试验方法荧光紫外灯》进行。荧光紫外老化试验箱广东科建仪器生产，型号为KJ-2029。光照阶段，黑板温度为60℃，辐照度为0．68W／㎡(UVB一313)，光照周期为4h；冷凝阶段，黑板温度为50℃，冷凝周期为4h。

紫外线加速耐候试验机

五、试验结果对比分析

    5.1试验结果

    同时将黑色、灰色和黄色3种颜色面漆的试验样板分别放入氙弧灯老化试验箱和荧光紫外老化试验箱，测试100h，200h，500h和1000h时面漆样板的色差、失光率、粉化、起泡等数据。测试结果显示，对于3种颜色面漆，无论是氙弧灯老化试验，还是荧光紫外人工老化试验，面漆均没有起泡，也没有出现泛金、斑点、沾污、裂纹、长霉、脱落和生锈等情况，但在其他试验数据上有差异。

氙弧灯人工加速老化试验结果见表1。

荧光紫外人工加速老化试验结果见表2

    5．2对比分析

    从试验结果可以看出，对同一种颜色的聚氨酯面漆，氙弧灯人工加速老化和荧光紫外人工加速老化试验结果的主要区别在失光和粉化方面。荧光紫外人工加速老化试验对面漆漆膜的破坏性明显强于氙弧灯人工加速老化试验。在失光率方面，漆膜完全破坏前，荧光紫外人工加速老化破坏速度是氙弧灯人工加速老化破坏速度的2～3倍；在粉化方面，荧光紫外人工加速老化的破坏速度远大于氙弧灯人工加速老化的破坏速度。

    形成上述差别由多种原因所致，zui主要的是成膜物质和试验条件。

    在成膜物质方面，聚氨酯面漆由成膜物质、颜料和助剂3部分组成。成膜物质主要是异氰酸酯和羟基树脂反应物，该成膜物质中含有大量C=C，C=C双键极易吸收紫外线而被破坏，造成漆膜失光、粉化。

    在试验条件方面，人工加速老化试验中光源对漆膜的破坏起主要作用，而光源中起决定作用的为紫外线部分。氙弧灯老化试验光源为全光谱光源(300～800nm)，经过滤光系统过滤后，紫外线辐射能量只占总辐射能量的10％左右，荧光紫外人工加速老化试验光源主要为紫外线，紫外线辐射能量占总辐射能量的80％以上。对于不同颜色聚氨酯面漆漆膜，每种试验方法的试验结果，在失光、粉化、起泡、泛金、斑点、沾污、裂纹、长霉、脱落、生锈等方面基本一致；不一致主要表现在色差方面，即灰色性能zui好，黄色性能次之，黑色性能zui差。不同颜色聚氨酯面漆在同一人工加速老化试验中结果不一致的主要因素是颜料，因为不同颜色的颜料对光源的吸收速度不样，颜色越深，吸收光能的速度越快，色差变化越大，因此，黑色色差zui大。