CN104819929A - 一种快速评价涂层耐候性的检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种快速评价涂层耐候性的检测方法，其特征在于具体步骤如下：试验样品的制备，UV透过率的测试及分析，二次UV透过率的测试及分析，经过计算，得到受试涂层经过3个月自然曝晒试验或500h人工加速老化试验后的二次UV透过率的变化率，分析涂层耐候性的优劣。其利用涂层的UV透过率的检测，通过3个月大气自然曝晒试验或500h人工加速老化试验后的涂层UV透过率变化情况，快速判断涂层内在性质是否发生改变，进而通过标准仪器检测后的试验数据快速评价涂层耐候性。该检测方法具有快速、重现性好、相关性准确、试验费用低等特点；同时，通过本发明可以用于建立户外自然曝晒试验和人工加速老化试验的相关性。

Description

一种快速评价涂层耐候性的检测方法

技术领域

本发明涉及一种快速评价涂层耐候性的检测方法，属于涂料及涂装技术领域。

背景技术

通常涂层的耐候性试验是采用户外自然曝晒试验和人工加速老化试验，以上试验方法是通过强化涂层在自然环境使用中某些因素，例如光照、湿度和温度等，以加速涂层在物理性能、化学性能和机械性能等方面的劣化，从而预测涂层在今后实际使用过程中可能出现的老化现象和使用寿命。

户外自然曝晒试验是在某个典型的自然环境条件下进行的。一般耗时比较长，根据试验要求，最短的试验周期也需要1~2年的时间。所以，判断涂层耐候性的试验周期相对漫长，费用较高，但是，它是一种最能反映涂层实际使用寿命的试验方法。

人工加速老化试验是模拟自然环境条件，强化自然环境中某些因素，用具有人工光源的设备和可以设定的试验条件，以加速涂料的老化进程。试验周期可以相对缩短，但一般仍需1000-5000小时。同时，以人工加速老化试验判断的涂料耐候性，试验周期相对较短，试验结果的重现性良好，但其和自然曝晒试验之间的相关性如何，也就是说，不同条件下人工老化试验多少小时相当于自然曝晒试验多少个月，涂层发生劣化，是人们普遍关注的问题，也显得尤其重要。

通常，在户外自然曝晒试验和人工加速老化试验后，耐候性的好坏从以下两个方面进行评价。

（1）观察涂层外观，以失光、变色、开裂、粉化、起泡等现象判断涂层物理及化学性能的劣化。

（2）进行户外自然曝晒试验和人工加速老化试验后涂层二次机械性能的测试，判断涂层机械性能的劣化。

我们知道，涂层经过户外自然曝晒试验和人工加速老化试验，一段时间后，涂层内在性质发生改变，例如，其内在某些不稳定的化学键出现断裂、自由基引起化学结构发生改变，从而才出现失光、变色、开裂、粉化、起泡等现象。涂层出现强度下降、耐热性能下降等性能上的衰减。

申请号CN200910067175 为“利用透射光谱法测量涂层UV隔离性的方法”，用于测量涂层的UV隔离性，进而反映出涂层对紫外光的隔离性，不能直接用于涂层或涂料在实际应用中耐候性优劣的评价，与本发明的核心内容无关。

申请号CN201220085172 为“一种光学透过率测试装置 ”、申请号CN201220078394 为“一种宽光谱透射、反射测量装置”、申请号TW20120010273为“穿透率測定裝置及穿透率測定方法”和申请号CN201210020423为“透射率测定装置和透射率测定方法”等专利均为本发明中提及的UV透过率测试的试验装置及配置方面的专利，与本发明的核心内容无关。

发明内容

本发明的目的在于提供一种快速评价涂层耐候性的检测方法，它是利用涂层的UV透过率的检测，通过3个月大气自然曝晒试验或500h人工加速老化试验后的涂层UV透过率变化情况，快速判断涂层内在性质是否发生改变，进而通过标准仪器检测后的试验数据快速评价涂层耐候性。该检测方法具有快速、重现性好、相关性准确、试验费用低等特点；同时，通过本发明可以用于建立户外自然曝晒试验和人工加速老化试验的相关性。

本发明的技术方案是这样实现的：一种快速评价涂层耐候性的检测方法，其特征在于具体步骤如下：

（1）试验样品的制备

选石英样片，通过甩膜机制备膜厚均匀且较薄涂层，一般20μm以下，精度1μm。

（2）UV透过率的测试及分析

（3）二次UV透过率的测试及分析

利用上面的UV分光光度计，测试受试涂层经过3个月自然曝晒试验或500h人工加速老化试验后的二次UV透过率（T₁%、T₂%、T₃%...... T_n%）

（4）计算涂层UV透过率变化率

涂层UV透过率变化率的计算公式为：

ΔT%= （T_n%- T₀%）/ T₀%

其中：

T₀%是涂层原始的UV透过率；

T_n%是涂层经过自然曝晒试验或人工加速老化试验后的二次UV透过率。

经过计算，得到受试涂层经过3个月自然曝晒试验或500h人工加速老化试验后的二次UV透过率的变化率。

（5）分析涂层耐候性的优劣

首先，建立分析曲线，以太阳光中紫外光波段波长（280nm-400nm）做横坐标，以涂层二次UV透过率的变化率(ΔT%)为纵坐标，建立受试涂层的二次UV透过率变化的曲线图；

第二，通过曲线所反映的涂层二次UV透过率的变化率趋势和数值判断涂层经3个月自然曝晒试验或500h人工加速老化试验后的耐候性。

（1）3个月自然曝晒试验结果的评价

280nm-400nm，ΔT%≤1%

375nm，ΔT%≤2%

（2）500h人工加速老化试验结果的评价

280nm-400nm，ΔT%≤0.2%

375nm，ΔT%≤5%。

本发明的积极效果在于：提供的用于表征涂料耐候性优劣的试验方法合理、有效、快速，能够达到用试验室内短期试验，得到户外长期曝晒试验结果的目的，解决了新材料开发周期普遍较长的难题，有利于新材料、新工艺的开发及应用。

为了证明本发明的科学性，首先，我们应用本发明的评价方法验证自然曝晒试验或人工加速老化试验后的相关性。我们知道，目前国、内外通用的人工老化试验方法或试验设备在其投入应用前，需提供大量的试验数据证明，其人工加速老化试验方法或自然曝晒试验方法是相关的。

具体步骤如下：

（1）选择有代表性的试验样品4种。此4种样品配方相同、涂装工艺相同，颜色不同。分以下4个部分介绍：

部分1：对钻石银灰金属漆的涂层

实验例中，钻石银灰金属漆的施工工艺为：

前处理→阴极电泳漆（厚度18～22　）→烘干→免中涂金属基色漆（厚度15～20 ）→晾干→免中涂罩光清漆（厚度30～40 ）→烘干。

本实验例中，钻石银灰金属漆的人工老化试验按GB/T 1865-2009《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》，采用Ci5000型氙灯气候试验机，辐照度（340nm）0.51w/m²，干燥期间的相对湿度40%~60%，黑标准温度（65±2）℃，降雨周期18min/102min，试验时间为500 h 、1000 h 、1500 h 和2000h。

所述人工老化试验结果的评价按GB/T 1766-2008《色漆和清漆  涂层老化的评级方法》。

本实验例中，钻石银灰金属漆的自然曝露试验按GB/T 9276-1996《涂层自然气候曝露试验方法》，试验时间为3个月、6个月、9个月和12个月。

所述自然曝晒试验结果的评价按GB/T 1766-2008《色漆和清漆  涂层老化的评级方法》。

如图1-2所示的实验例中，钻石银灰金属漆原始及二次UV透过率（当基色漆膜厚20μm时，在290nm-380nm波段UV透过率的最大值）的测试结果见表1。

本实验例中，钻石银灰金属漆样品中有抗UV材料的分解，并发挥作用明显，样品的总体耐侯性良好 。

部分2：对麦子银金属漆的涂层

本实验例中，麦子银灰金属漆的施工工艺为：

前处理→阴极电泳漆（厚度18～22　）→烘干→免中涂金属基色漆（厚度15～20 ）→晾干→免中涂罩光清漆（厚度30～40 ）→烘干。

本实施例中，麦子银灰金属漆的人工老化试验按GB/T 1865-2009《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》，采用Ci5000型氙灯气候试验机，辐照度（340nm）0.51w/m²，干燥期间的相对湿度40%~60%，黑标准温度（65±2）℃，降雨周期18min/102min，试验时间为500 h 、1000 h 、1500 h 和2000h。

所述人工老化试验结果的评价按GB/T 1766-2008《色漆和清漆  涂层老化的评级方法》。

本实施例中，麦子银金属漆的自然曝露试验按GB/T 9276-1996《涂层自然气候曝露试验方法》，试验时间为3个月、6个月、9个月和12个月。

所述自然曝晒试验结果的评价按GB/T 1766-2008《色漆和清漆  涂层老化的评级方法》。

如图3-4所示的实验例中，麦子银金属漆原始及二次UV透过率（当基色漆膜厚20μm时，在290nm-380nm波段UV透过率的最大值）的测试结果见表2。

本实例中，麦子银金属漆样品中有抗UV材料的分解，并发挥作用明显，样品的总体耐候性良好。

部分3：对稀铁灰金属漆的涂层

本实验例中，稀铁灰金属漆的施工工艺为：

前处理→阴极电泳漆（厚度18～22　）→烘干→免中涂金属基色漆（厚度15～20 ）→晾干→免中涂罩光清漆（厚度30～40 ）→烘干。

本实验例中，稀铁灰金属漆的人工老化试验按GB/T 1865-2009《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》，采用Ci5000型氙灯气候试验机，辐照度（340nm）0.51w/m²，干燥期间的相对湿度40%~60%，黑标准温度（65±2）℃，降雨周期18min/102min，试验时间为500 h 、1000 h 、1500 h 和2000h。

所述人工老化试验结果的评价按GB/T 1766-2008《色漆和清漆  涂层老化的评级方法》。

本实验例中，稀铁灰金属漆的自然曝露试验按GB/T 9276-1996《涂层自然气候曝露试验方法》，试验时间为3个月、6个月、9个月和12个月。

所述自然曝晒试验结果的评价按GB/T 1766-2008《色漆和清漆  涂层老化的评级方法》。

如图5-6所示的实验例中，稀铁灰金属漆原始及二次UV透过率（当基色漆膜厚20μm时，在290nm-380nm波段UV透过率的最大值）的测试结果见表3。

本实验例中，稀铁灰金属漆样品中有抗UV材料的分解，并发挥作用明显，样品UV隔离性优良，样品的总体耐侯性良好。

部分4：对钼红金属漆的涂层

本实验例中，钼红金属漆的施工工艺为：

前处理→阴极电泳漆（厚度18～22　）→烘干→免中涂金属基色漆（厚度15～20 ）→晾干→免中涂罩光清漆（厚度30～40 ）→烘干。

本实验例中，钼红金属漆的人工老化试验按GB/T 1865-2009《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》，采用Ci5000型氙灯气候试验机，辐照度（340nm）0.51w/m²，干燥期间的相对湿度40%~60%，黑标准温度（65±2）℃，降雨周期18min/102min，试验时间为500 h 、1000 h 、1500 h 和2000h。

所述人工老化试验结果的评价按GB/T 1766-2008《色漆和清漆  涂层老化的评级方法》。

本实验例中，钼红金属漆的自然曝露试验按GB/T 9276-1996《涂层自然气候曝露试验方法》，试验时间为3个月、6个月、9个月和12个月。

所述自然曝晒试验结果的评价按GB/T 1766-2008《色漆和清漆  涂层老化的评级方法》。

本实验例中，钼红金属漆原始及二次UV透过率（当基色漆膜厚20μm时，在290nm-380nm波段UV透过率的最大值）的测试结果见表4。

如图7-8所示的实验例中，钼红金属漆样品具有一定的UV隔离性和良好的耐侯性潜力。

以上4个实验例的试验数据表明，利用UV透过率的可以及时发现新旧涂层UV透过率的变化情况见表5，从而预示涂层化学稳定性的变化，尤其是颜色变化，进而预测涂层或涂料得耐候性优劣。

（2）利用UV透过率的测试数据，找到自然曝晒试验或人工加速老化试验两种方法间相关系数

通过相同样品UV透过率的变化率（ΔT%）结果，分别计算人工老化和自然曝晒试验两种测试方法之间的相关系数r_s，并通过一组样品的相关系数分析得到人工老化试验和自然曝晒试验的相关性。

相关系数r_s的计算公式为：

r_s=1-6Σdi²/ [n(n²-1)]

其中：

n是样品的个数；

di是做关联的两列排序中每一组排位数之间的差值。

根据表5的数据，利用相关系数r_s的计算公式做如下计算。

公式：r_s=1-6Σdi²/ [n(n²-1)]

其中n是样品的个数，dj是做关联的两列排序中每一组排位数之间的差值。

r_s=1-6[(2-3) ²+(1-1) ²+(4-4) ²+(3-2) ²]/ [4(4²-1)]=0.8

（3）自然曝晒试验或人工加速老化试验两种方法间相关性的判断

最后，按以上计算方法，以290nm-380nm 波段的UV透过率变化率数值建立的相关系数r_s列于表6。

通过本实验例1-4可以看出，人工老化试验500h、1000h、1500h、2000h各时间段的试验结果和自然曝晒试验6个月、9个月、12个月的测试结果的相关性都比较好。

附图说明

图1为本发明的实验例中钻石银灰金属漆样品人工老化试验2000h后二次UV透过率变化曲线。

图2为本发明的实验例中钻石银灰金属漆样品自然曝晒试验1年后二次UV透过率变化曲线。

图3为本发明的实验例中麦子银灰金属漆样品人工老化试验2000h后二次UV透过率变化曲线。

图4为本发明的实验例中麦子银灰金属漆样品自然曝晒试验1年后二次UV透过率变化曲线。

图5为本发明的实验例中稀铁灰金属漆样品人工老化试验2000h后二次UV透过率变化曲线。

图6为本发明的实验例中稀铁灰金属漆样品自然曝晒试验1年后二次UV透过率变化曲线。

图7为本发明的实验例中钼红金属漆样品人工老化试验2000h后二次UV透过率变化曲线。

图8为本发明的实验例中钼红金属漆样品自然曝晒试验1年后二次UV透过率变化曲线。

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：通过长期自然曝晒试验（2年）结果验证本发明。

试验样品采用1#-5#免中涂金属漆，其施工工艺：前处理→阴极电泳漆（厚度18～22　）→烘干→基色漆（厚度15～20 ）→晾干→罩光清漆（厚度30～40 ）→烘干。试验样品的编号、名称、涂层的人工老化试验和自然曝晒试验结果见表7。

人工老化试验条件按GB/T 1865-2009《色漆和清漆  人工气候老化和人工辐射暴露 滤过的氙弧灯辐射》，试验的评价按GB/T 1766-2008《色漆和清漆  涂层老化的评级方法》。试验采用美国ATLAS公司生产的Ci5000型氙灯气候试验机，辐照度（340nm）0.5w/m2，干燥期间的相对湿度60%~80%，黑标准温度（65±2）℃，降雨周期18min/102min，试验时间1500h。

无背板式直接暴露于大气中的自然曝晒试验条件按GB/T 9276-1996《涂层自然气候曝露试验方法》，试验的评价按GB/T 1766-2008《色漆和清漆  涂层老化的评级方法》。我国海南省属亚热带和热带气候，由于阳光辐射强、日照时间长、雨水充足，对涂层老化有明显促进作用。本次自然曝晒试验地点选在海南汽车试验研究所，其所在地的气候特征见表8。

根据本发明提出的评价依据：3个月自然曝晒试验结果的评价，280nm-400nm，ΔT%≤1%；375nm，ΔT%≤2%。对样品的评价结果见表9。所以，依据本专利的评价所预测的耐候性结果与长期自然曝晒试验（2年）结果吻合。

Claims (1)

1.一种快速评价涂层耐候性的检测方法，其特征在于具体步骤如下： 

（1）试验样品的制备

选石英样片，通过甩膜机制备膜厚均匀且较薄涂层，一般20μm以下，精度1μm；（2）UV透过率的测试及分析

（3）二次UV透过率的测试及分析

利用上面的UV分光光度计，测试受试涂层经过3个月自然曝晒试验或500h人工加速老化试验后的二次UV透过率（T₁%、T₂%、T₃%...... T_n%）

（4）计算涂层UV透过率变化率

涂层UV透过率变化率的计算公式为：

ΔT%= （T_n%- T₀%）/ T₀%

其中：

T₀%是涂层原始的UV透过率；

T_n%是涂层经过自然曝晒试验或人工加速老化试验后的二次UV透过率；

经过计算，得到受试涂层经过3个月自然曝晒试验或500h人工加速老化试验后的二次UV透过率的变化率；

（5）分析涂层耐候性的优劣

首先，建立分析曲线，以太阳光中紫外光波段波长（280nm-400nm）做横坐标，以涂层二次UV透过率的变化率(ΔT%)为纵坐标，建立受试涂层的二次UV透过率变化的曲线图；

第二，通过曲线所反映的涂层二次UV透过率的变化率趋势和数值判断涂层经3个月自然曝晒试验或500h人工加速老化试验后的耐候性；

（1）3个月自然曝晒试验结果的评价

280nm-400nm，ΔT%≤1%

375nm，ΔT%≤2%

（2）500h人工加速老化试验结果的评价

280nm-400nm，ΔT%≤0.2%

375nm，ΔT%≤5%。