CN101929957A - 利用透射光谱法测量涂层uv隔离性的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种利用透射光谱法测量涂层UV隔离性的方法，其特征在于：将准备好的带有涂层的载物片放置在测试光路中，将与其一组的参比片置入参考光路中；载物光束和参考光束都经过单色器并被相同的色散，然后通过出口狭缝聚焦到探测器上；当测试光通过被测涂层后，光源的强度由I₀(λ)减小到了I(λ)，光栅得到透过率光谱；根据公式

Description

利用透射光谱法测量涂层UV隔离性的方法

技术领域：

本发明涉及一种利用透射光谱法测量涂层UV隔离性的方法，属于现代测试技术领域，特别涉及一种透射光谱法测试涂层的UV透过率，评价涂层的UV隔离性能，进而反映涂层耐候性的方法。

背景技术

目前，测量涂层耐候性的方法有户外自然曝晒试验和人工加速老化试验，技术成熟、应用广泛。户外自然曝晒试验是在典型的自然环境条件下进行的，具有试验条件真实，试验结果与实际使用过程中发生的老化结果的一致等特点，但试验耗时比较长，一般需要1-2年的时间，费用较高。人工加速老化试验通过模拟自然环境条件，用具有人工光源的设备来加速涂料的老化过程。虽然试验结果的重现性好，但与实际使用过程中发生老化现象的相关性较差。

国内大多采用红外光谱、红外/可见光谱、紫外光谱仪、分光光度计或光波导棱镜耦合等方法，以高纯熔融石英或蓝宝石为基片材料，通过透射、吸收、反射光谱光路，测量涂层的强度、稳定性及光学特性。

发明内容

本发明目的是提供一种利用透射光谱法测量涂层UV隔离性的方法，是一种快速、简便、节约的反映涂层耐候性的试验方法，解决了汽车制造商在新材料应用方面的难题。

本发明的技术方案是这样实现的：利用透射光谱法测量涂层UV隔离性的方法，其特征在于：其具体方法如下

第一步：通过测试光路测量涂层的吸收系数；光源发出的光到达第一块50％BM₁分束镜后，一半光线经载物片到达第二块50％BM₂分束镜，另一半光线经反射镜M₁、参比片、反射镜M₂也到达第二块50％BM₂分束镜，一并进入光栅，最后到达探测器；由探测器测得光强透过率；

Lambda9UV/可见光谱仪采用氙灯作为UV/可见波段光源，光电倍增管为探测器；M₁和M₂为全反射镜；载物片和参比片选择表面状态一致的UV石英材料；

第二步：载物片的制备，分为新载物片制备即涂料涂覆在新的石英片和再利用载物片制备即经过清洗再次使用的石英片；

具体的制备过程如下：

A、新载物片的制备：

1)取一组新的参比片和载物片，用洁净脱脂棉和镜头纸，沾少许光谱纯丙酮，单方向地轻轻擦拭，用高纯氮气吹干，待用；

2)在载物片上用涂料线棒涂布，一般取湿漆膜20μm左右的线棒；按照涂料的标准工艺规范烘干；与其参比片放在一起，作为一组，做好标记；

B、再利用载物片的制备：

1)取参比片涂布和已有涂层的载物片上相同品种的涂料，按照涂料的标准工艺规范烘干，待用；

2)把上述带有同一品种涂层的载物片和参比片，同时浸入溶剂中24h，去除涂膜；

3)再浸入丙酮溶剂中24h，清洗，晾干；

4)在载物片上用涂料线棒涂布，一般取湿漆膜20μm左右的线棒；按照涂料的标准工艺规范烘干；与其参比片放在一起，作为一组，做好标记；

第三步：测试步骤

1)将准备好的带有涂层的载物片放置在测试光路中，将与其一组的参比片置入参考光路中；

2)载物光束和参考光束都经过光栅并被相同的色散，然后通过出口狭缝聚焦到探测器上；

3)当测试光通过被测涂层后，光源的强度由I₀(λ)减小到了I(λ)，光栅得到透过率光谱；

4)根据公式(2)通过计算得到涂层吸收系数：

$\mathrm{\α}\left(\mathrm{\λ}\right)=\frac{1}{L}\ln \frac{I_0\left(\mathrm{\λ}\right)}{I\left(\mathrm{\λ}\right)}=-\frac{\ln T\left(\mathrm{\λ}\right)}{L}{10}^4---\left(2\right)$

其中：

α(λ)为涂层的吸收系数；

L为涂层厚度，常用单位为微米；

T(λ)为光强透过率，常用百分数表示(％)。

5)建立膜厚、入射波长与涂层透过率间关系的光谱模型，得到涂层厚度、入射波长与涂层透过率一一对应关系。公式(2)变形为公式(3)也比较常用。

$L_s=-\frac{\ln T\left(\mathrm{\λ}\right)}{\mathrm{\α}\left(\mathrm{\λ}\right)}{10}^4---\left(3\right)$

本发明的积极效果是快速、简便、节约的反映涂层耐候性的试验方法，解决了汽车制造商在新材料应用方面的难题。

附图说明

图1本发明测试光路原理图；

图2为本发明的涂层透过率光谱图

图3为本发明的涂层吸收系数图

具体实施方式：

下面结合附图和实施例对本发明做进一步的描述：

实施例1：

如图1所示，取两片表面状态一致的UV石英载物片，按照待测涂料的施工技术条件，将涂料均匀涂布于其中一片上，干燥成膜，放置在测试光路中。取另一块UV石英载物片作为参比片，置入参考光路中；Lambda9UV/可见光谱仪采用氙灯作为UV/可见波段光源发出的光到达分束镜后一部分光分别经由BM2分束镜、载物片、BM1分束镜和BM2分束镜、M1全反射镜、参比片、M2全反射镜、BM1分束镜中，载物光束和参考光束都经过光栅并被相同的色散，然后通过出口狭缝聚焦到探测器上；当测试光通过被测涂层后，光源的强度由IO(λ)减小到了I(λ)，光栅得到透过率光谱，例如图2，根据公式(2)通过计算得到涂层吸收系数，例如图3；

对于图2的涂层，在200nm～300nm波段内，指定透过率为10％，其涂层吸收系数为α(λ)＝2100(如图3)可根据公式(3)得到，涂层厚度Ls＝10.96μm。同理，如果指定同波段透过率为1％，则可以得到所需涂层厚度为Ls＝21.9μm。

如果已知某种材料特定波长的吸收系数，可建立膜厚(根据涂装生产的特点，精度设为2μm)、入射波长与涂层UV穿透率间关系的光谱模型。

实施例2：

如图1所示，取参比片涂布和已有涂层的载物片上相同品种的涂料，按照涂料的标准工艺规范烘干，待用；把上述带有同一品种涂层的载物片和参比片，同时浸入溶剂中24h，去除涂膜；再浸入丙酮溶剂中24h，清洗，晾干；在载物片上用涂料线棒涂布，一般取湿漆膜20μm左右的线棒；按照涂料的标准工艺规范烘干；与其参比片放在一起，作为一组，做好标记；将上述的载物片和参考片放置到测试光路中，将与其一组的参比片置入参考光路中；Lambda9UV/可见光谱仪采用氙灯作为UV/可见波段光源发出的光到达分束镜后一部分光由分束镜折射到反射镜的参考光路中，光线由M₁和M₂全反射镜和BM₁分束镜和BM₂分束镜经过参比片和载物片后，载物光束和参考光束都经过光栅并被相同的色散，然后通过出口狭缝聚焦到探测器上；当测试光通过被测涂层后，光源的强度由I₀(λ)减小到了I(λ)，光栅得到透过率光谱；例如图2，根据公式(2)通过计算得到涂层吸收系数，例如图3；

对于图2的涂层，在200nm～300nm波段内，指定透过率为10％，其涂层吸收系数为α(λ)＝2100(如图3)可根据公式(3)得到，涂层厚度Ls＝10.96μm。同理，如果指定同波段透过率为1％，则可以得到所需涂层厚度为Ls＝21.9μm。

如果已知某种材料特定波长的吸收系数，可建立膜厚(根据涂装生产的特点，精度设为2μm)、入射波长与涂层UV穿透率间关系的光谱模型。

Claims (2)

1.利用透射光谱法测量涂层UV隔离性的方法，其特征在于：其具体方法如下

第一步：通过测试光路测量涂层的吸收系数；光源发出的光到达第一块50％分束镜后，一半光线经载物片到达第二块50％BM₂分束镜，另一半光线经反射镜M₁、参比片、反射镜M₂也到达第二块50％BM₂分束镜，一并进入光栅，最后到达探测器；由探测器测得光强透过率；

第二步：载物片的制备，分为新载物片制备即涂料涂覆在新的石英片和再利用载物片制备即经过清洗再次使用的石英片；

具体的制备过程如下：

A、新载物片的制备：

1)取一组新的参比片和载物片，用洁净脱脂棉和镜头纸，沾少许光谱纯丙酮，单方向地轻轻擦拭，用高纯氮气吹干，待用；

2)在载物片上用涂料线棒涂布，一般取湿漆膜20μm左右的线棒；按照涂料的标准工艺规范烘干；与其参比片放在一起，作为一组，做好标记；

B、再利用载物片的制备：

1)取参比片涂布和已有涂层的载物片上相同品种的涂料，按照涂料的标准工艺规范烘干，待用；

2)把上述带有同一品种涂层的载物片和参比片，同时浸入溶剂中24h，去除涂膜；

3)再浸入丙酮溶剂中24h，清洗，晾干；

4)在载物片上用涂料线棒涂布，一般取湿漆膜20μm左右的线棒；按照涂料的标准工艺规范烘干；与其参比片放在一起，作为一组，做好标记；

第三步：测试步骤

1)将准备好的带有涂层的载物片放置在测试光路中，将与其一组的参比片置入参考光路中；

2)载物光束和参考光束都经过光栅并被相同的色散，然后通过出口狭缝聚焦到探测器上；

3)当测试光通过被测涂层后，光源的强度由I₀(λ)减小到了I(λ)，光栅得到透过率光谱；

4)根据公式(2)通过计算得到涂层吸收系数：

$\mathrm{\α}\left(\mathrm{\λ}\right)=\frac{1}{L}\ln \frac{I_0\left(\mathrm{\λ}\right)}{I\left(\mathrm{\λ}\right)}=-\frac{\ln T\left(\mathrm{\λ}\right)}{L}{10}^4---\left(2\right)$

其中：

α(λ)为涂层的吸收系数；

L为涂层厚度，常用单位为微米；

T(λ)为光强透过率，常用百分数表示(％)。

5)建立膜厚、入射波长与涂层透过率间关系的光谱模型，得到涂层厚度、入射波长与涂层透过率一一对应关系；公式(2)变形为公式(3)也比较常用。

$L_s=-\frac{\ln T\left(\mathrm{\λ}\right)}{\mathrm{\α}\left(\mathrm{\λ}\right)}{10}^4---\left(3\right).$

2.根据权利要求1所述的利用透射光谱法测量涂层UV隔离性的方法，其特征在于所述的光源是Lambda9UV/可见光谱仪采用氙灯作为UV/可见波段光源，光电倍增管为探测器；载物片和参比片选择表面状态一致的UV石英材料。

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