汽車油漆涂層耐候性分析及紫外加速老化試驗方

文章出處：本站責任編輯：admin人氣：360發(fā)表時間：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。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。不同官能團因為鍵能不同，因而對光的敏感性不同，產生耐候性差異。對于汽車涂料，紫外線是造成涂料老化的主要原因。紫外加速老化試驗可模擬太陽光中的紫外部分對油漆涂層的破壞作用，用數天或數周的時間重現戶外數月乃至數年出現的危害。可幫助選擇新材料以及評價材料配方對耐久性的影響，達到驗證涂料性能的目的。

1、油漆涂層老化因素分析

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

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短波長敏感還是對長波長敏感或者對兩者都敏感。每種化學鍵，都對應一個閾值波長，這種波長有足夠的能量使化學鍵發(fā)生反應。比閾值波長短的波長可以破壞化學鍵，而比之長的波長無論光強多大都不能破壞化學鍵。

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），所含官能團對應閾值波長范圍231～376nm（常見涂料用樹脂的敏感波長見表1）。此波長對應太陽光中的短波紫外線波段。

表1 常見涂料樹脂的敏感波長

1.2 高溫

高溫也是造成汽車油漆涂層破壞的重要因素。當溫度升高時，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，但卻影響次要的化學反應。實驗室老化測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)計顯示，放在室外的汽車每天都將長時間處于潮濕狀態(tài)。由潮氣形成的露水是室外潮濕的主要因素，露水對汽車油漆涂層造成的危害比雨水更大，因為它附著在油漆涂層上的時間更長，引起更為嚴重的潮濕吸收。

2、紫外加速老化試驗

2.1 試驗條件

本試驗采用瑞凱儀器生產的紫外加速老化試驗箱。紫外加速老化試驗箱可實現以下模擬功能。

陽光模擬

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

輻照度控制

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

潮濕模擬

潮濕模擬測試室底部的水被用來加熱產生蒸汽，熱蒸汽使測試室內保持100％的相對濕度。在QUV中，測試樣品實際上形成測試室的側壁，樣品的另一面暴露在室內周圍的空氣中。室內相對較冷的空氣使得測試樣品的表面比測試室內熱蒸汽的溫度低好幾度，溫度差產生冷凝循環(huán)現象，在樣品表面液態(tài)形式的水慢慢地凝結（如圖2所示）。另外，冷凝過程是在一較高溫度（一般為50℃）下進行的，這大大加速了潮濕侵蝕。用QUV的長時間的熱凝結循環(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 試驗涂料

用于耐候性驗證的涂料信息見表2。

表2 涂料信息

2.3 試驗過程

紫外線加速老化試驗參數控制見表3，試驗參照標準ASTM G154-06 非金屬材料紫外熒光曝露試驗方法。

表3 參數控制

2.4 試驗結果

⑴ 光澤變化

試驗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。同時可以看出試驗前后A公司漆膜初始光澤及試驗后光澤比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％，失光比較嚴重。單色黑與單色白相比失光較大，主要是由于黑色漆對光的反射能力較差，易吸光，而白色對光的反射較好，可以反射一部分光，減少光澤損失。對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，減少光譜能量對漆膜的破壞作用。

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