CN102967546B - 热带海洋环境下有机涂层快速试验方法 - Google Patents

Abstract

一种热带海洋环境下有机涂层快速试验方法，采用综合组合的环境应力施加方式对有机涂层进行快速试验，所述综合组合的环境应力施加方式将环境因素综合和组合，所述综合包括温度与太阳辐射综合、温度与湿度综合、温度与盐雾综合，所述组合是将综合后的所述温度与太阳辐射、所述温度与湿度、所述温度与盐雾按照预设时间比例进行排列组合。通过本发明热带海洋环境下有机涂层快速试验方法，采用温度与太阳辐射、温度与湿度、温度与盐雾的综合组合方式，在实验室实现热带海洋环境下有机涂层的加速。

Description

热带海洋环境下有机涂层快速试验方法

技术领域

本发明涉及有机涂层环境试验领域，特别是涉及热带海洋环境下有机涂层快速试验方法。

背景技术

有机涂层的加速试验方法一直是国内外研究的焦点，传统的加速试验方法是选用对有机涂层破坏性较大的几种环境因素开展实验室环境试验，通过对比实验室环境试验与自然暴露老化试验结果之间的相互关系，来确定加速试验方法的合理性。实验室加速试验可以快速地提供试验结果，但试验结果与实际结果之间存在差异和不确定性；在一定条件下，自然环境试验的结果比较真实，但缺陷是获得试验结果一般需要较长时间，而且还需要专门的场地，不方便试验。因此，要获得有机涂层环境适应性的快速试验方法，就必须将实验室加速试验与自然环境试验结合在一起研究，并研究和建立两种试验方法之间的相关性和加速性。

自然环境中，对有机涂层老化起到决定性作用的主要环境因素包括温度、太阳辐射、湿度、盐雾、氧气、霉菌等。传统方法选取以上因素中的一种或多种开展实验室加速试验，如仅采用太阳辐射试验进行加速，或采用太阳辐射试验与盐雾试验进行序列组合进行加速等。传统方法没有在热带海洋环境下研究，机械地将理论上认为对有机涂层破坏性较大的环境因素进行序列组合。由于自然环境条件对有机涂层的作用都是多种环境因素同时作用的，如只考虑环境因素的顺序组合，产生的缺点是试验方案应力施加方式不合理，不能反映自然环境中有机涂层受环境影响的机理，因而所设计的加速试验方法针对性较差，不能适应于评价热带海洋环境条件下有机涂层的环境适应性。例如，内陆对有机涂层的影响往往只有太阳辐射、温度、湿度，如将盐雾施加在剖面中，则其作用方式与实际不同，加速试验结果无意义；再如，渤海与南海气候条件不同，虽然都是海洋环境，由于纬度原因，太阳辐射强度不同，温度、湿度在极限值也不同，如果在试验方案中不加以考虑，所设计的技术方案不能反映有机涂层的真实使用情况。

传统的加速试验方法不能应用于开展热带海洋环境条件下有机涂层的加速试验。对于使用在不同自然环境条件下的有机涂层，起关键性破坏作用的环境因素种类及其量值、时间比例也完全不同。在进行实验室加速试验方法设计时，不同环境因素应力的施加次序及量值、时间比例将对试验结果的相互关系产生截然不同的影响。

在没有对热带海洋自然环境条件进行综合分析研究，且不进行热带海洋自然暴露试验的前提下而设计的加速试验方案，不能完全反映自然环境条件对有机涂层的环境应力作用方式，自然环境条件下有机涂层的破坏机理不明确，因此所设计的试验方案合理性、科学性无从考证，相互关系较差，不能作为一种通用的快速试验评价技术，得到广泛的工程应用。

发明内容

基于此，有必要针对无法实现热带海洋环境下有机涂层加速的问题，提供一种热带海洋环境下有机涂层快速试验方法，所述方法采用综合组合的环境应力施加方式对有机涂层进行快速试验，所述综合组合的环境应力施加方式将环境因素综合和组合，所述综合包括温度与太阳辐射综合、温度与湿度综合、温度与盐雾综合，所述组合是将综合后的所述温度与太阳辐射、所述温度与湿度、所述温度与盐雾按照预设时间比例进行排列组合。

上述热带海洋环境下有机涂层快速试验方法，采用温度与太阳辐射、温度与湿度、温度与盐雾的综合组合方式，在实验室实现热带海洋环境下有机涂层的加速。

进一步地，所述综合组合后的环境因素顺序为：所述温度与太阳辐射、所述温度与湿度、所述温度与盐雾，其中：

所述温度与太阳辐射试验时间为22小时，所述温度的量值为BST65℃，所述太阳辐射的量值为

所述温度与湿度试验时间为1小时，所述温度的量值为45℃，所述湿度的量值为RH95%；

所述温度与盐雾试验时间为1小时，所述温度的量值为35℃、所述盐雾的量值为5%NaCl溶液。

上述热带海洋环境下有机涂层快速试验方法，采用温度与太阳辐射、温度与湿度、温度与盐雾的综合组合方式，通过对温度、太阳辐射、湿度、盐雾量值的控制，及时间比例的控制，在实验室实现热带海洋环境下有机涂层的加速。

附图说明

图1为本发明环境因素及应力施加剖面示意图。

具体实施方式

以下针对本发明热带海洋环境下有机涂层快速试验方法各实施例进行详细描述。

本发明方案提供一种热带海洋环境下有机涂层快速试验方法，该方法采用综合组合的环境应力施加方式对有机涂层进行快速试验，其中，综合组合的环境应力施加方式将环境因素综合和组合，综合包括温度与太阳辐射综合、温度与湿度综合、温度与盐雾综合，组合是将综合后的温度与太阳辐射、温度与湿度、温度与盐雾按照预设时间比例进行排列组合。

组合的组合顺序可以是温度与太阳辐射、温度与湿度、温度与盐雾；或温度与太阳辐射、温度与盐雾、温度与湿度；或温度与湿度、温度与太阳辐射、温度与盐雾；或温度与湿度、温度与盐雾、温度与太阳辐射；或温度与盐雾、温度与湿度、温度与太阳辐射；或温度与盐雾、温度与太阳辐射、温度与湿度。以第一种组合顺序为例，预设时间比例为x:y:y，其中，x+2y=24，x>20。比如，预设时间比例可以为22:1:1，也可以为21:1.5:1.5。太阳辐射的量值可以是也可以是或者是等。

本试验方案将有机涂层热带海洋环境条件下的主要敏感环境因素都进行了综合组合，能够基本按照热带海洋自然环境条件对有机涂层的作用方式，体现热带海洋环境条件下太阳辐射的光照和暗周期、盐雾的干湿交替、凝露、温度变化、湿度变化等方面的综合或组合影响效应。

长期以来，若想获得有机涂层在热带海洋环境条件下的性能变化数据，掌握有机涂层的性能老化规律，需要在具有热带海洋环境条件的特定场所开展多年的自然环境试验，试验周期长，试验条件难保障，经济成本较高。本技术方案为热带海洋环境条件下使用的有机涂层提供一种快速、科学、实用的实验室评价方法，通过在实验室开展试验，短期便可达到与自然暴露试验多年试验的效果，试验条件易于保障，试验操作简单，可大大缩短产品研发周期，降低经济成本，具有非常实用的可借鉴意义。

在一个实施例中，参见图1，为本发明环境因素及应力施加剖面示意图，以温度+太阳辐射→温度+湿度→温度+盐雾综合组合方式进行试验，其中：

温度与太阳辐射试验时间为22小时，所述温度的量值为BST65℃（BST，Black-standard Temperature，黑标准温度），所述太阳辐射的量值为

所述温度与湿度试验时间为1小时，所述温度的量值为45℃，所述湿度的量值为RH95%；

所述温度与盐雾试验时间为1小时，所述温度的量值为35℃、所述盐雾的量值为5%NaCl溶液。

本次试验选定了氨基树脂漆类、丙烯酸树脂漆类、聚氨酯树脂漆类这三类共5种典型有机涂层试验样品，依次编号为1#、2#、3#、4#、5#。同步开展实验室综合组合试验和热带海洋环境自然暴露试验。每种3件开展实验室试验，每种5件开展自然暴露试验。

按照图1所示剖面施加应力，每5天进行数据监测，监测的主要指标为光泽度和色差。参见表1，为本发明实验室综合组合环境试验条件下光泽度损失率。

试样	初始	5d	10d	15d	20d	25d	30d	35d	40d	45d
											1#	0	7.7	14.0	19.1	19.9	12.4	23.9	17.1	16.0	15.5
2#	0	1.5	2.9	2.5	0.7	1.1	4.7	5.3	5.0	15.0
											3#	0	3.0	3.7	4.1	2.9	2.5	6.3	9.1	7.8	14.0
4#	0	23.1	26.7	50.7	74.9	88.2	90.6	91.5	92.0	92.6
											5#	0	0.0	0.1	0.1	0.0	0.1	2.6	3.5	7.6	5.7

选择在南海西沙自然暴露试验站开展试验，采取户外暴露的方式。定期进行性能数据检测，检测时间分别为初始、3个月、6个月，主要检测性能指标为光泽度和色差。参见表2，为本发明西沙自然暴露试验条件下光泽度损失率。

试样	初始	3个月	6个月
				1#	0	0	10.8
2#	0	16.8	19.6
				3#	0	7.0	16.3
4#	0	28.9	64.3
				5#	0	0	2.2

对于实验室综合组合环境快速试验和自然环境试验，如果两种试验结果相关性高，就说明这两种试验方法所取得的试验差异性较小，对实际结果的预示性较一致；在相关性较高的前提下，提高加速性，就会使实验室组合/综合试验方法更具有实际应用价值。

相互关系分析的方法如下：

相关性：斯皮尔曼（Spearman）秩相关系数法。计算的基本公式为：

$r=1-\frac{{6\mathrm{\ΣD}}^2}{n(n^2-1)},$

其中，r为相关系数，D是两个检测数据的秩差，n是检测数据的对数。相关系数越接近于1，说明两种方法的相关性越好。参见表3，为本发明方法与西沙自然大气暴露试验的相关性。

通过表3可得，两种试验方法的相关系数r＝0.95，相关性非常好。

加速性：加速性可用加速因子（AF）表示。在取得相同的性能检测结果的情况下，采用一种试验方法试验了h₁小时，采用另一种试验方法试验了h₂小时，加速因子AF=h₁/h₂；或者在试验相同的时间时，把获得的性能检测结果p₁与p₂之比定义为加速因子，即AF=p₁/p₂。加速因子越大，说明试验的加速性越高。参见表4，为本发明方法与西沙自然大气暴露试验在获得近似的光泽度损失率所需的时间及AF计算。

通过表4可得，AF=7.0，加速性较高。

通过选取典型有机涂层试验样品同步开展实验室综合组合环境快速试验和西沙热带海洋自然环境暴露试验，分析得到两种试验方法的相关系数为0.95，加速因子为7.0，表明两种试验方法具有非常好的相关性，且实验室综合组合环境试验较自然环境试验具有明显的加速性。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (1)

1.一种热带海洋环境下有机涂层快速试验方法，其特征在于，采用综合组合的环境应力施加方式对有机涂层进行快速试验，所述综合组合的环境应力施加方式将环境因素综合和组合，所述综合包括温度与太阳辐射综合、温度与湿度综合、温度与盐雾综合，所述组合是将综合后的所述温度与太阳辐射、所述温度与湿度、所述温度与盐雾按照预设时间比例进行排列组合；

所述组合的组合顺序为所述温度与太阳辐射、所述温度与湿度、所述温度与盐雾，所述预设时间比例为x:y:y，其中，x+2y＝24，x>20，x和y表示时间参数，其中：

所述温度与太阳辐射试验时间为22小时，所述温度的量值为BST65℃，所述太阳辐射的量值为0.60W/m²340nm或0.55W/m²340nm；

所述温度与湿度试验时间为1小时，所述温度的量值为45℃，所述湿度的量值为RH95％；

所述温度与盐雾试验时间为1小时，所述温度的量值为35℃、所述盐雾的量值为5％NaCl溶液。