CN113901677B - 一种基于表面光泽变化的高光粉末涂料服役寿命预测方法 - Google Patents

一种基于表面光泽变化的高光粉末涂料服役寿命预测方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于表面光泽变化的高光粉末涂料服役寿命预测方法，包括：S1、采集高光粉末涂料所在环境的关键环境参数：紫外辐照强度、紫外光波形分布、光照时间和紫外辐照量；S2、将关键环境参数结合高光粉末涂层光学性能测试数据进行转化计算，计算有效紫外辐照量；S3、测量高光粉末涂层表面老化前后的粗糙度变化，建立粗糙度与有效紫外辐照量之间的关系式；S4、建立高光粉末涂层表面光泽度与粗糙度之间的关系式；S5、建立高光粉末涂层表面光泽度与紫外辐照强度和光照时间之间的关系式，得到高光粉末涂层光泽度衰减模型。通过本发明模型可预测高光粉末涂料服役寿命，帮助涂料公司进行产品耐候性评价，节省老化试验时间与成本。

Description

一种基于表面光泽变化的高光粉末涂料服役寿命预测方法
技术领域
本发明涉及一种基于表面光泽变化的高光粉末涂料服役寿命预测方法，适用于高光粉末涂料在以紫外辐照度这一环境应力为主要影响因素下的光泽度衰减预测。
背景技术
粉末涂料因为具有高效、经济、环保、省资源等优良特性，已被大量应用于家电、汽车、建筑、工程机械、公路护栏等领域。而相关涂料产品在服役过程中，当长期暴露在户外环境条件下，特别是阳光强烈的地方，会不可避免的发生老化而最终失去装饰或者保护作用。在行业内，粉末涂层光泽度变化快慢是衡量耐候性优秀与否的主要指标之一。其中高光粉末涂料在户外阳光照射下会出现失光变色等现象，而目前缺乏一种可以有效评估粉末涂层表面光泽变化的寿命预测模型，从而无法进行产品耐候性评价，使得老化试验时间与成本增加。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于表面光泽变化的高光粉末涂料服役寿命预测方法。
本发明的目的通过以下的技术措施来实现：一种基于表面光泽变化的高光粉末涂料服役寿命预测方法，其特征在于包括以下步骤：
S1、采集高光粉末涂料所在环境的影响涂层光泽度衰减的关键环境参数：紫外辐照强度、紫外光波形分布、光照时间和紫外辐照量；
S2、将关键环境参数结合高光粉末涂层光学性能测试数据进行转化计算，计算引起高光粉末涂层老化降解的有效紫外辐照量；
S3、测量高光粉末涂层表面老化前后的粗糙度
Figure 704379DEST_PATH_IMAGE001
和
Figure 902011DEST_PATH_IMAGE002
变化，建立高光粉末涂层表面粗糙度与有效紫外辐照量之间的关系式；
S4、建立高光粉末涂层表面光泽度与高光粉末涂层表面粗糙度之间的关系式；
S5、建立高光粉末涂层表面光泽度与紫外辐照强度和光照时间之间的关系式，得到高光粉末涂层光泽度衰减模型。
本发明基于粉末涂层接收的有效紫外辐照量是引起涂层表面粗糙度增大、光泽度下降的主要因素这一假设，其中粉末涂层表面光泽变化与其表面形貌特别是粗糙度息息相关，因此通过建立不同服役环境下环境应力与粉末涂层表面粗糙度变化之间的关系，再建立表面粗糙度与光泽度之间的关系，得到高光粉末涂层光泽度衰减模型，通过本发明的高光粉末涂层光泽度衰减模型可以预测高光粉末涂料服役寿命，适用于高光粉末涂料在以辐照度这一环境应力为主要影响因素下的光泽度衰减预测，可帮助涂料公司进行产品耐候性评价，节省老化试验时间与成本。
本发明在所述步骤S2中，通过以下公式计算有效紫外辐照量：
Figure 558383DEST_PATH_IMAGE003
公式⑴
式中，Deff(t) 为引起高光粉末涂料老化降解的有效紫外辐照量，单位J m-2；
Figure 280613DEST_PATH_IMAGE004
为波长，单位nm；
Figure 54534DEST_PATH_IMAGE005
和
Figure 247618DEST_PATH_IMAGE006
为引起光解反应的最小波长和最大波长；
Figure 448792DEST_PATH_IMAGE007
为光照时间t时高光粉末涂料所受的紫外辐照强度；
Figure 330423DEST_PATH_IMAGE008
)为高光粉末涂料对波长为
Figure 908035DEST_PATH_IMAGE004
的光的吸收率；
Figure 955625DEST_PATH_IMAGE009
为高光粉末涂料在波长
Figure 16116DEST_PATH_IMAGE010
下的量子产率；t为光照时间，单位s；
简化公式⑴，得到：
Figure 883578DEST_PATH_IMAGE011
公式⑵
式中，
Figure 936985DEST_PATH_IMAGE012
是总紫外辐照强度；
Figure 340547DEST_PATH_IMAGE013
是此波段内的平均量子产率；
本发明在所述步骤S3中，高光粉末涂层受光解反应导致损伤破坏的量
Figure 883523DEST_PATH_IMAGE014
（即粗糙度
Figure 441544DEST_PATH_IMAGE015
变化）和有效紫外辐照量的关系：
Figure 95379DEST_PATH_IMAGE016
公式⑶
Figure 117562DEST_PATH_IMAGE017
公式⑷
Figure 332904DEST_PATH_IMAGE018
公式⑸
式中，a和b为经验常数；α是单位面积上涂层粗糙度形成系数；
测量高光粉末涂料表面粗糙度
Figure 112642DEST_PATH_IMAGE019
，结合计算所得的有效紫外辐照量，采用曲线拟合的方法，从公式⑶～公式⑸中选择相关性最好的表达式，并获得经验常数a和b。
本发明在所述步骤S4中，当高光粉末涂料表面粗糙度远小于光泽计入射光波长时，基于表面镜面反射模型，建立高光粉末涂层表面光泽度与高光粉末涂料表面粗糙度之间的关系：
Figure 570168DEST_PATH_IMAGE020
公式⑹
式中，G为高光粉末涂层表面光泽度；
Figure 446857DEST_PATH_IMAGE021
为入射光角度；
Figure 331636DEST_PATH_IMAGE022
为光源发出的入射波长；
Figure 598670DEST_PATH_IMAGE023
为光照时间t时涂层表面粗糙度。
本发明在所述步骤S5中，建立高光粉末涂层表面光泽度与紫外辐照强度和光照时间之间的关系：
Figure 361351DEST_PATH_IMAGE024
公式⑺
得到保光率计算公式：
Figure 92547DEST_PATH_IMAGE025
公式⑻
即获得高光粉末涂层光泽度衰减模型。
本发明在所述步骤S2中，对于公式⑴，利用紫外光强分布和相对应的量子产率，对各波段紫外光进行逐一积分，可得到更准确的结果。
本发明在所述步骤S5中，当高光粉末涂料光泽度小于或等于初始光泽
Figure 85911DEST_PATH_IMAGE026
的一半时，即保光率P等于或者小于50%，判定高光粉末涂料失效。
与现有技术相比，本发明具有如下显著的效果：
⑴本发明基于粉末涂层接收的有效紫外辐照量是引起涂层表面粗糙度增大，光泽度下降的主要因素这一假设，其中粉末涂层表面光泽变化与其表面形貌特别是粗糙度息息相关，因此通过建立不同服役环境下环境应力与粉末涂层表面粗糙度变化之间的关系，再建立表面粗糙度与光泽度之间的关系，得到高光粉末涂层光泽度衰减模型，通过本发明的高光粉末涂层光泽度衰减模型可以预测高光粉末涂料服役寿命，适用于高光粉末涂料在以辐照度这一环境应力为主要影响因素下的光泽度衰减预测，可帮助涂料公司进行产品耐候性评价，节省老化试验时间与成本。
⑵本发明主要通过采集高光粉末涂料在首次老化试验过程中所受紫外辐照和粗糙度变化等相关数据，利用有效紫外辐照量积分公式和曲线拟合的方法，将有效紫外辐照量与粗糙度联系起来，再结合Bennett-Porteus镜面反射模型建立光泽度与粗糙度的相关关系，使得光泽度与有效紫外辐照量得到相互关联。本发明基于现有成熟的有机材料老化降解理论与表面反射规律建立高光粉末涂层光泽度衰减预测模型，能根据紫外辐照量计算粉末涂层的光泽度变化，方法理论推导简单，模型基础扎实，能为不同耐候性能的高光粉末涂料的应用提供有效指导。
附图说明
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
图1是本发明实施例1氙灯加速环境下氙灯中紫外波段辐照强度分布图；
图2是本发明实施例1黑色高光聚酯粉末涂层的粗糙度随时间线性变化图；
图3是本发明实施例1高光粉末涂层表面粗糙度与光泽度之间的关系图；
图4是本发明实施例1黑色高光聚酯粉末涂层保光率计算值与实测值对比图；
图5是本发明实施例2白色高光聚酯粉末涂层的粗糙度随时间线性变化图；
图6是本发明实施例2白色高光聚酯粉末涂层保光率计算值与实测值对比图。
具体实施方式
下面结合实施例及其附图对本发明进行详细说明，以帮助本领域的技术人员更好的理解本发明的发明构思，但本发明权利要求的保护范围不限于下述实施例，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明之发明构思的前提下，没有做出创造性劳动所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
实施例1
本发明一种基于表面光泽变化的高光粉末涂料服役寿命预测方法，适用于高光粉末涂料在以紫外辐照这一环境应力为主要影响因素下的光泽度衰减预测，基于粉末涂层接收的有效紫外辐照量是引起涂层表面粗糙度增大、光泽度下降的主要因素这一假设，其包括以下步骤：
S1、通过光强传感器监测高光粉末涂料所在环境的影响涂层光泽度衰减的关键环境参数：紫外辐照强度E和紫外光波形分布、光照时间t和紫外辐照量D并采集这些参数；
在本实施例中，在氙灯加速环境下，使用的高光粉末涂料是黑色聚酯粉末涂层样品。
某型号光强传感器测得涂层样品所在氙灯试验箱内的紫外辐照强度E为60W/m2（285~400nm），光照时间为1000h，此段时间内的紫外总辐照量为216 MJ/m2，参见图1 。
S2、基于有效紫外辐照理论，将关键环境参数结合涂层材料光学性能测试数据进行转化计算，计算针对粉末涂料材料的有效紫外辐照量，具体通过以下积分公式，计算一段时间内粉末涂层吸收有效紫外辐照量Deff(t)：
Figure 902557DEST_PATH_IMAGE003
公式⑴
式中，Deff(t) 为引起材料老化降解的有效紫外辐照量（J m-2）；
Figure 905148DEST_PATH_IMAGE027
为波长（nm），
Figure 490850DEST_PATH_IMAGE028
和
Figure 207178DEST_PATH_IMAGE029
为引起光解反应的最小波长和最大波长；
Figure 448804DEST_PATH_IMAGE030
为时间t时涂层所受的紫外辐照强度；
Figure 51824DEST_PATH_IMAGE008
)为材料对波长为
Figure 492032DEST_PATH_IMAGE031
的光的吸收率，无纲量，可通过紫外可见光分光光度计测量获取；
Figure 155095DEST_PATH_IMAGE032
为材料在波长
Figure 182219DEST_PATH_IMAGE033
下的量子产率，无纲量，可通过荧光分光光度计测量获取；t为时间（s）。
若要得到更准确的结果，可利用紫外光强分布和相对应的量子产率，对各波段紫外光进行逐一积分。
公式⑴可以进一步简化，假设此涂层对285~400nm紫外波段内的光子都能发生光解反应，则
Figure 526613DEST_PATH_IMAGE034
为285nm，
Figure 821328DEST_PATH_IMAGE035
为400nm，
Figure 655291DEST_PATH_IMAGE036
为此波段内的平均量子产率，对波长积分后得到总紫外辐照强度Etotal，此值可由光强传感器直接测得；假设涂层对紫外光无反射散射，同时符合Lamber-Beer定律，则
Figure 605930DEST_PATH_IMAGE037
约为1。此时，公式⑴可以简化为：
Figure 550752DEST_PATH_IMAGE011
公式⑵
式中，
Figure 467018DEST_PATH_IMAGE012
是总紫外辐照强度；
Figure 471883DEST_PATH_IMAGE013
是此波段内的平均量子产率；
依据公式⑵，
Figure 909818DEST_PATH_IMAGE038
为60W/m2，在285~400nm之间的平均量子产率
Figure 658331DEST_PATH_IMAGE039
为10-4；t为1000h，计算可得有效紫外辐照量Deff为21.6 KJ/m2。
S3、涂层材料在户外吸收紫外光发生光解破坏后其表观形貌发生改变，测量高光粉末涂层表面老化前后的粗糙度
Figure 927638DEST_PATH_IMAGE040
和
Figure 41088DEST_PATH_IMAGE041
变化，建立高光粉末涂层表面粗糙度与有效紫外辐照量的对应关系，形成方程式，具体实现过程如下：
粉末涂层吸收有效紫外辐射量后发生光降解反应，引起微观层面涂层表面分子链断裂，小分子迁徙和物质的挥发，进而引起涂层表面形貌发生改变（此处用表面粗糙度
Figure 530100DEST_PATH_IMAGE042
表示表面形貌），表面粗糙度
Figure 816725DEST_PATH_IMAGE042
变大，最终在宏观层面上体现为涂层光泽度G下降，涂层材料受光解反应导致材料损伤的量（此处为粗糙度
Figure 143801DEST_PATH_IMAGE042
变化）与有效紫外辐照量的关系，目前常用如下经验公式表示：
线性函数方程：
Figure 224889DEST_PATH_IMAGE043
公式⑶
幂函数方程：
Figure 699733DEST_PATH_IMAGE044
公式⑷
指数函数方程：
Figure 727732DEST_PATH_IMAGE045
公式⑸
式中，
Figure 473096DEST_PATH_IMAGE046
为材料吸收一定有效紫外辐照量后发生损伤破坏的某个物理“量”
；a和b为经验常数；α是单位面积上涂层粗糙度形成系数；
参见图2，从氙灯老化过程中涂层表面粗糙度测试结果可知，此黑色高光聚酯粉末涂层的粗糙度随时间是线性变化，因此选择线性函数方程。
利用激光共聚焦显微镜等设备测量粉末涂层表面粗糙度
Figure 990665DEST_PATH_IMAGE042
，结合计算所得的有效紫外辐照量，采用曲线拟合的方法，从公式⑶～公式⑸的三个函数方程中选择一种相关性最好的表达式，并获得经验常数a和b。
如若线性函数方程相关性好，则表达式为：
Figure 624909DEST_PATH_IMAGE047
式中，
Figure 253336DEST_PATH_IMAGE048
为光照时间t时涂层表面粗糙度，单位nm；
Figure 617322DEST_PATH_IMAGE049
为涂层表面初始粗糙度，单位nm；α为单位面积上涂层粗糙度形成系数。
此处
Figure 807257DEST_PATH_IMAGE050
为112nm，
Figure 928797DEST_PATH_IMAGE051
为28nm，Deff为21.6 KJ/m2，因此，经验常数a为3.9*10-3 nm/J，即每千焦有效紫外光照会在涂层表面形成3.9 nm的粗糙度。
S4、当高光粉末涂层表面粗糙度远小于光泽计入射光波长时，基于Bennett-Porteus的表面镜面反射模型，建立高光粉末涂层表面光泽度与高光粉末涂层表面粗糙度之间的关系，形成方程式，具体实现过程如下：
表面光泽度一般由镜面反光和散射反光两部分光泽度组成，当表面较光滑时（
Figure 360915DEST_PATH_IMAGE052
<<
Figure 579407DEST_PATH_IMAGE053
），可以忽略散射反光部分，只计算镜面反光部分。基于Bennett-Porteus的粗糙表面镜面反射模型，利用黑色高光粉末涂层表面粗糙度变化计算光泽度：
Figure 376461DEST_PATH_IMAGE054
公式⑹
式中，G为涂层表面光泽度；
Figure 47614DEST_PATH_IMAGE055
为光泽计测量时选择的入射光角度。一般选择有20°，60°，85°；
Figure 519309DEST_PATH_IMAGE053
为光泽计测量涂层光泽时光源发出的入射波长，具体可从光泽计说明书中获取。
选择光泽计入射光角度
Figure 529990DEST_PATH_IMAGE056
为60°，入射波长
Figure 560263DEST_PATH_IMAGE057
为560nm，利用公式⑹计算在高光粉末涂层不同表面粗糙度下的光泽度变化，结果参见图3。
S5、联合步骤S1~ S4的公式与参数，建立涂层光泽度与紫外辐照强度和时间的对应关系，形成高光粉末涂层光泽度衰减模型，应用于高光粉末涂层光泽度的寿命预测。具体实现过程如下：
Figure 718712DEST_PATH_IMAGE058
公式⑺
式中，
Figure 492633DEST_PATH_IMAGE059
在人工加速老化试验中一般为恒定值，在自然环境中随时间变化而变化，此时可取整段时间内的平均值，或者用总紫外辐照量Dtotal代替
Figure 921603DEST_PATH_IMAGE060
。
黑色高光聚酯粉末涂层的初始表面较光滑，粗糙度
Figure 122777DEST_PATH_IMAGE001
为28nm左右，以60°入射光条件测量初始光泽度
Figure 706205DEST_PATH_IMAGE026
为91左右；结合上文数据，经过1000小时氙灯试验，其光泽度随时间变化公式如下：
Figure 283817DEST_PATH_IMAGE061
当涂层光泽度降到小于或等于初始光泽
Figure 65828DEST_PATH_IMAGE026
的一半时，即保光率P等于或者小于50%，判定此涂层失效，保光率计算公式如下：
Figure 375587DEST_PATH_IMAGE062
公式⑻
此处涂层初始光泽为91，对于黑色高光聚酯粉末涂层而言，保光率在氙灯内部的变化规律由如下公式表示：
Figure 834311DEST_PATH_IMAGE063
此公式预测的保光率与实际测量值对比如图4所示，从图中可知，当时间等于630小时左右时，保光率降为50%，即涂层失效。
实施例2
本发明一种基于表面光泽变化的高光粉末涂料服役寿命预测方法，适用于高光粉末涂料在以紫外辐照这一环境应力为主要影响因素下的光泽度衰减预测， 基于粉末涂层接收的有效紫外辐照量是引起涂层表面粗糙度增大、光泽度下降的主要因素这一假设，其包括以下步骤：
S1、通过光强传感器监测高光粉末涂料所在环境的影响涂层光泽度衰减的关键环境参数：紫外辐照强度E、紫外光波形分布、光照时间t和紫外辐照量D并采集这些参数；
在本实施例中，在吐鲁番自然环境下，使用的高光粉末涂料是白色聚酯粉末涂层样品。
在吐鲁番自然环境下老化一年，总紫外辐照量为250MJ/m2，光照时间为3212小时，计算可得平均紫外光辐照强度为21.6 W/m2。
S2、基于有效紫外辐照理论，将步骤S1所得的关键环境参数，结合涂层材料光学性能测试数据进行转化计算，计算针对粉末涂料材料的有效紫外辐照量。具体实现过程如下：
通过以下积分公式，计算一段时间内粉末涂层吸收有效紫外辐照量Deff(t)：
Figure 950035DEST_PATH_IMAGE064
公式⑴
式中，Deff(t) 为引起材料老化降解的有效紫外辐照量（J m-2）；
Figure 789815DEST_PATH_IMAGE065
为波长（nm），
Figure 332792DEST_PATH_IMAGE066
和
Figure 953129DEST_PATH_IMAGE067
为引起光解反应的最小波长和最大波长；
Figure 544647DEST_PATH_IMAGE068
为时间t时涂层所受的紫外辐照强度；
Figure 802715DEST_PATH_IMAGE069
)为材料对波长为
Figure 782173DEST_PATH_IMAGE070
的光的吸收率，无纲量，可通过紫外可见光分光光度计测量获取；
Figure 561910DEST_PATH_IMAGE071
为材料在波长
Figure 19436DEST_PATH_IMAGE072
下的量子产率，无纲量，可通过荧光分光光度计测量获取；t为时间（s）。
若要得到更准确的结果，可利用紫外光强分布和相对应的量子产率，对各波段紫外光进行逐一积分。
此公式可以进一步简化，假设此涂层对285~400nm紫外波段内的光子都能发生光解反应，则
Figure 896125DEST_PATH_IMAGE073
为285nm，
Figure 718588DEST_PATH_IMAGE074
为400nm，
Figure 549403DEST_PATH_IMAGE075
为此波段内的平均量子产率，对波长积分后得到总紫外辐照强度Etotal，此值可由光强传感器直接测得；假设涂层对紫外光无反射散射，同时符合Lamber-Beer定律，则
Figure 810620DEST_PATH_IMAGE076
约为1。此时，有效紫外辐照量Deff(t)公式⑴可以简化为：
Figure 479499DEST_PATH_IMAGE011
公式⑵
依据以上简化公式，
Figure 535179DEST_PATH_IMAGE077
为21.6W/m2，在285~400nm之间的平均量子产率
Figure 351826DEST_PATH_IMAGE078
为5*10-5；t为3212h，计算可得有效紫外辐照量Deff为12.5 KJ/m2。
S3、涂层材料在户外吸收紫外光发生光解破坏后其表观形貌发生改变，测量高光粉末涂层表面老化前后的粗糙度
Figure 652619DEST_PATH_IMAGE079
和
Figure 176004DEST_PATH_IMAGE080
变化，建立高光粉末涂层表面粗糙度与有效紫外辐照量的对应关系，形成方程式，其具体实现过程如下：
粉末涂层吸收有效紫外辐射量后发生光降解反应，引起微观层面涂层表面分子链断裂，小分子迁徙和物质的挥发，进而引起涂层表面形貌发生改变（此处用表面粗糙度
Figure 668166DEST_PATH_IMAGE081
表示表面形貌），表面粗糙度
Figure 972108DEST_PATH_IMAGE082
变大，最终在宏观层面上体现为涂层光泽度G下降，涂层材料受光解反应导致材料损伤的量（此处为粗糙度
Figure 247231DEST_PATH_IMAGE083
变化）与有效紫外辐照量的关系，目前常用如下经验公式表示：
线性函数方程：
Figure 953019DEST_PATH_IMAGE084
公式⑶
幂函数方程：
Figure 851967DEST_PATH_IMAGE085
公式⑷
指数函数方程：
Figure 643206DEST_PATH_IMAGE086
公式⑸
式中，
Figure 784337DEST_PATH_IMAGE087
为材料吸收一定有效紫外辐照量后发生损伤破坏的某个物理“量”；a和b为经验常数；α是单位面积上涂层粗糙度形成系数；
从图5的吐鲁番自然老化过程中涂层表面粗糙度测试结果可知，此白色高光聚酯粉末涂层的粗糙度随时间是线性变化，因此选择线性函数方程。
利用激光共聚焦显微镜等设备测量粉末涂层表面粗糙度
Figure 282315DEST_PATH_IMAGE088
，结合计算所得的有效紫外辐照量，采用曲线拟合的方法，从公式⑶～公式⑸三个函数方程中选择相关性最好的表达式，并获得经验常数a和b。
如若线性函数方程相关性好，则表达式为：
Figure 680060DEST_PATH_IMAGE089
式中，
Figure 693016DEST_PATH_IMAGE090
为光照时间t时涂层表面粗糙度，单位nm；
Figure 575521DEST_PATH_IMAGE091
为涂层表面初始粗糙度，单位nm；
Figure 990322DEST_PATH_IMAGE092
为单位面积上涂层粗糙度形成系数；
此处
Figure 558969DEST_PATH_IMAGE093
为25.5 nm，
Figure 59220DEST_PATH_IMAGE094
为5.1 nm，Deff为12.5 KJ/m2，因此，经验常数a为1.6 *10-3 nm/J，即每千焦有效紫外光照会在涂层表面形成1.6 nm的粗糙度。
S4、当表面粗糙度远小于光泽计入射光波长时，基于Bennett-Porteus的表面镜面反射模型，建立高光粉末涂层表面光泽度与表面粗糙度之间的关系，形成方程式，具体实现过程如下：
表面光泽度一般由镜面反光和散射反光两部分光泽度组成，当表面较光滑时
Figure 479837DEST_PATH_IMAGE095
，可以忽略散射反光部分，只计算镜面反光部分。基于Bennett-Porteus的粗糙表面镜面反射模型，利用白色高光聚酯粉末涂层表面粗糙度变化计算光泽度正符合以上条件：
Figure 14724DEST_PATH_IMAGE096
公式⑹
式中，G为涂层表面光泽度；
Figure 190490DEST_PATH_IMAGE097
为光泽计测量时选择的入射光角度，一般选择有20°，60°，85°；
Figure 679503DEST_PATH_IMAGE098
为光泽计测量涂层光泽时光源发出的入射波长，具体可从光泽计说明书中获取。
选择光泽计入射光角度
Figure 903811DEST_PATH_IMAGE099
为60°，入射波长
Figure 27624DEST_PATH_IMAGE100
为560nm，利用公式⑹计算在不同表面粗糙度下的光泽度变化。
S5、联合步骤S1~ S4的方程与参数，建立高光粉末涂层表面光泽度与紫外辐照强度和时间的对应关系，形成高光粉末涂层光泽度衰减模型，应用于高光粉末涂层光泽度的寿命预测。具体实现过程如下：
Figure 374292DEST_PATH_IMAGE101
公式⑺
式中，
Figure 849136DEST_PATH_IMAGE012
在人工加速老化试验中一般为恒定值，在自然环境中随时间变化而变化，此时可取整段时间内的平均值，或者用总紫外辐照量Dtotal代替
Figure 877135DEST_PATH_IMAGE102
。
白色高光聚酯粉末涂层的初始表面较光滑，粗糙度
Figure 610780DEST_PATH_IMAGE001
为5.1nm左右，以60°入射光条件测量初始光泽度
Figure 862770DEST_PATH_IMAGE026
为100左右；结合上文数据，经过1000小时氙灯试验，其光泽度随时间变化公式如下：
Figure 824910DEST_PATH_IMAGE103
当涂层光泽度降到小于或等于初始光泽
Figure 391020DEST_PATH_IMAGE104
的一半时，即保光率P等于或者小于50%，判定此涂层失效，保光率计算公式如下：
Figure 755006DEST_PATH_IMAGE062
公式⑻
对于白色高光聚酯粉末涂层而言，保光率在吐鲁番自然环境下的变化规律由如下公式表示：
Figure 679361DEST_PATH_IMAGE105
此公式预测的保光率与实际测量值对比如图6所示，通过该公式可以求得当时间等于42个月左右时，保光率降为49%，即在吐鲁番3.5年左右该涂层失效。

Claims (5)

1.一种基于表面光泽变化的高光粉末涂料服役寿命预测方法，其特征在于包括以下步骤：
S1、采集高光粉末涂料所在环境的影响涂层光泽度衰减的关键环境参数：紫外辐照强度、紫外光波形分布、光照时间和紫外辐照量；
S2、将关键环境参数结合高光粉末涂层光学性能测试数据进行转化计算，计算引起高光粉末涂层老化降解的有效紫外辐照量；
S3、测量高光粉末涂层表面老化前后的粗糙度σinitial和σ(t)变化，t为光照时间，单位s，建立高光粉末涂层表面粗糙度与有效紫外辐照量之间的关系式；
S4、建立高光粉末涂层表面光泽度与高光粉末涂层表面粗糙度之间的关系式；
当高光粉末涂层表面粗糙度远小于光泽计入射光波长时，基于表面镜面反射模型，建立高光粉末涂层表面光泽度与高光粉末涂层表面粗糙度之间的关系：
Figure FDA0003485099380000011
式中，G为高光粉末涂层表面光泽度；θ为入射光角度；
Figure FDA0003485099380000012
为光源发出的入射波长；σ(t)为光照时间t时涂层表面粗糙度；
S5、建立高光粉末涂层表面光泽度与紫外辐照强度和光照时间之间的关系式，
Figure FDA0003485099380000013
式中，Etotal是总紫外辐照强度；
Figure FDA0003485099380000014
是此波段内的平均量子产率；α是单位面积上涂层粗糙度形成系数；
得到保光率计算公式：
Figure FDA0003485099380000015
式中，Ginitial是初始光泽度；
得到高光粉末涂层光泽度衰减模型。
2.根据权利要求1所述的基于表面光泽变化的高光粉末涂料服役寿命预测方法，其特征在于：在所述步骤S2中，通过以下公式计算有效紫外辐照量：
Figure FDA0003485099380000016
式中，Deff(t)为引起高光粉末涂料老化降解的有效紫外辐照量，单位J m-2；λ为波长，单位nm；λmin和λmax为引起光解反应的最小波长和最大波长；E(λ,t)为光照时间t时高光粉末涂料所受的紫外辐照强度；A(λ)为高光粉末涂料对波长为λ的光的吸收率；φ(λ)为高光粉末涂料在波长λ下的量子产率；t为光照时间，单位s；
简化公式⑴，得到：
Figure FDA0003485099380000021
式中，Etotal是总紫外辐照强度；
Figure FDA0003485099380000022
是此波段内的平均量子产率。
3.根据权利要求2所述的基于表面光泽变化的高光粉末涂料服役寿命预测方法，其特征在于：在所述步骤S3中，高光粉末涂层受光解反应导致损伤破坏的量Γ和有效紫外辐照量的关系：
Γ＝a·Deff 公式⑶
Figure FDA0003485099380000023
Γ＝a·exp(b·Deff) 公式⑸
式中，a和b为经验常数；α是单位面积上涂层粗糙度形成系数；
测量高光粉末涂层表面粗糙度σRMS，结合计算所得的有效紫外辐照量，采用曲线拟合的方法，从公式⑶～公式⑸中选择相关性最好的表达式，并获得经验常数a和b。
4.根据权利要求3所述的基于表面光泽变化的高光粉末涂料服役寿命预测方法，其特征在于：在所述步骤S2中，对于公式⑴，利用紫外光强分布和相对应的量子产率，对各波段紫外光进行逐一积分。
5.根据权利要求4所述的基于表面光泽变化的高光粉末涂料服役寿命预测方法，其特征在于：在所述步骤S5中，当高光粉末涂料光泽度小于或等于初始光泽度Ginitial的一半时，即保光率P等于或者小于50％，判定高光粉末涂料失效。
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