JP6706572B2

JP6706572B2 - 促進耐候性試験方法及び促進耐候性試験装置

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Publication number: JP6706572B2
Application number: JP2016239030A
Authority: JP
Inventors: 梓石井; 貴志三輪; 幸俊竹下; 孝澤田
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2016-12-09
Filing date: 2016-12-09
Publication date: 2020-06-10
Anticipated expiration: 2036-12-09
Also published as: JP2018096733A

Description

本発明は、高分子材料の屋外環境における長期信頼性を評価する技術に関する。

高分子材料の耐候性を評価する促進耐候性試験の代表的な規格としては、プラスチックの試験法である「ＪＩＳＫ７３５０−１」〜「ＪＩＳＫ７３５０−４」、塗料の試験法である「ＪＩＳＫ５６００−７−７」、「ＪＩＳＫ５６００−７−８」がある。例えば、「ＪＩＳＫ５６００−７−７」は、キセノンランプを光源とする試験装置を用いて、サンプルに対して光を照射し（照射量３００ｎｍ〜４００ｎｍ間で６０Ｗ／ｍ^２）、乾燥期間（１０２分、ブラックパネル温度６３±２℃、相対湿度４０〜６０％）と水噴霧による濡れ期間（１８分）とを繰り返す試験法である。

飯田眞司、"促進耐候性試験（その３）"、塗料の研究、No.147 Mar. 2007

しかし、従来の促進耐候性試験では、実際の屋外環境における高分子材料の劣化を十分に再現できているとは言えず、試験結果の信頼性は屋外暴露試験に劣っている（非特許文献１）。特に、塩害地域で屋外暴露試験を行った際に生じる白亜化等の劣化現象を再現できていない。

白亜化は高分子材料の劣化現象の一つであり、材料表層の樹脂が劣化し、材料に含まれる顔料が粉状になって顕われる現象で、材料の外観を大きく損なうものである。白亜化は紫外線や水によって生じるとされるが、促進耐候性試験で再現できないことは問題である。

塩害地の実環境においては、試料に付着している塩分が高湿度で潮解することで試料が濡れた状態となる。日中、太陽光が試料にあたる際は、太陽光により試料の温度が上がり、気温も高くなるため、試料及び付着塩分は乾燥に至るが、試料が完全に乾燥するまでの間は、付着塩分が潮解した状態（濡れた状態）で紫外線があたっている。

これに対し、従来の促進耐候性試験では、紫外線を含む光を照射している間に試料の表面温度が上がり試料表面が乾いてしまうため、試料表面が濡れた状態で紫外線を照射できる時間は僅かである。それゆえ、試料表面が濡れた状態で紫外線を照射することができず、実環境で生じる白亜化等の劣化現象が再現できなかった。すなわち、従来の促進耐候性試験では、試料に付着塩分が潮解した状態で紫外線があたっている際の劣化現象を十分に再現できないという課題があった。

本発明は、上記事情を鑑みてなされたものであり、屋外環境における白亜化等の劣化現象をよく再現する試料（高分子材料）の評価方法及び装置を提供することを目的とする。

以上の課題を解決するため、請求項１に係る促進耐候性試験方法は、促進耐候性試験装置で行う高分子材料である試料の促進耐候性試験方法において、相対湿度が３５％以下で潮解する塩化カルシウム又は塩化マグネシウムを含む水溶液を表面に付着させた試料を用いて、試料表面に紫外線を照射している状態で、前記試料表面における相対湿度が前記塩化カルシウム又は前記塩化マグネシウムの潮解する相対湿度以上の槽内温湿度条件で促進耐候性試験を行う試験ステップを含み、前記試験ステップは、前記試料表面に紫外線を照射している状態で、前記試料表面の温度をＴ _Ｂ、槽内温度をＴ _Ｃ、槽内湿度をＲＨ _Ｃとしたとき、（Ｔ _Ｃの飽和水蒸気量×ＲＨ _Ｃ）／（Ｔ _Ｂの飽和水蒸気量）が３５％以上の槽内温湿度条件で前記促進耐候性試験を行う湿潤ステップと、前記試料表面の温度をＴ _Ｂ、槽内温度をＴ _Ｃ、槽内湿度をＲＨ _Ｃとしたとき、（Ｔ _Ｃの飽和水蒸気量×ＲＨ _Ｃ）／（Ｔ _Ｂの飽和水蒸気量）が２５％以下となる槽内温湿度条件で前記試料に紫外線を照射する乾燥ステップと、を含み、前記湿潤ステップと前記乾燥ステップとを交互に繰り返すことを特徴とする。

本発明によれば、一定以下の相対湿度であっても潮解する無機塩を表面に付着させた試料を用いて、試料表面における相対湿度が無機塩の潮解する相対湿度以上の槽内温湿度条件で促進耐候性試験を行うため、劣化現象の一つである白亜化をよく再現できる。

請求項２に係る促進耐候性試験方法は、請求項１に記載の促進耐候性試験方法において、前記試験ステップは、前記試料に前記塩化カルシウムの水溶液又は前記塩化マグネシウムの水溶液を噴霧する無機塩付着ステップを含むことを特徴とする。

請求項３に係る促進耐候性試験装置は、高分子材料である試料の促進耐候性試験装置において、相対湿度が３５％以下で潮解する塩化カルシウム又は塩化マグネシウムを含む水溶液を表面に付着させた試料の試料表面に紫外線を照射している状態で、前記試料表面における相対湿度が前記塩化カルシウム又は前記塩化マグネシウムの潮解する相対湿度以上の槽内温湿度条件で促進耐候性試験をすることが可能であり、前記促進耐候性試験は、前記試料表面に紫外線を照射している状態で、前記試料表面の温度をＴ _Ｂ、槽内温度をＴ _Ｃ、槽内湿度をＲＨ _Ｃとしたとき、（Ｔ _Ｃの飽和水蒸気量×ＲＨ _Ｃ）／（Ｔ _Ｂの飽和水蒸気量）が３５％以上の槽内温湿度条件で前記促進耐候性試験を行う湿潤ステップと、前記試料表面の温度をＴ _Ｂ、槽内温度をＴ _Ｃ、槽内湿度をＲＨ _Ｃとしたとき、（Ｔ _Ｃの飽和水蒸気量×ＲＨ _Ｃ）／（Ｔ _Ｂの飽和水蒸気量）が２５％以下となる槽内温湿度条件で前記試料に紫外線を照射する乾燥ステップと、を交互に繰り返す試験であり、前記試料表面の温度Ｔ _Ｂ、槽内温度Ｔ _Ｃ、槽内湿度ＲＨ _Ｃのうちいずれかを入力すると、（Ｔ _Ｃの飽和水蒸気量×ＲＨ _Ｃ）／（Ｔ _Ｂの飽和水蒸気量）が３５％以上又は２５％以下となる条件を満たす試料表面の温度、槽内温度、槽内湿度の設定値又は設定範囲値を画面に表示する制御部を備えることを特徴とする。

請求項４に係る促進耐候性試験装置は、請求項３に記載の促進耐候性試験装置において、前記塩化カルシウムの水溶液又は前記塩化マグネシウムの水溶液を貯蔵する無機塩水溶液タンクと、前記試料に前記塩化カルシウムの水溶液又は前記塩化マグネシウムの水溶液を噴霧する無機塩水溶液噴霧部と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、屋外環境における白亜化等の劣化現象をよく再現する試料の評価方法及び装置を提供できる。

第１の実施の形態に係る促進耐候性試験装置の構成を示す図である。第２の実施の形態に係る促進耐候性試験装置の構成を示す図である。湿潤ステップにおいてブラックパネル温度を６３℃に設定する場合における槽内温度と槽内湿度との組み合わせ設定条件例を示す図である。

本発明は、塩害地域を含む屋外環境における白亜化等の劣化現象をよく再現する高分子材料の試験方法及び試験装置に関するものである。本発明では、塩害地域では高分子材料の表面に付着した塩分が潮解し、その表面が濡れた状態で紫外線に曝されることが、白亜化を引き起こす原因となっていることに着目する。

それゆえ、本発明では、試料表面に低湿度（例えば３５％ＲＨ以下）であっても潮解する無機塩を付着させ、試料表面における相対湿度が無機塩の潮解する相対湿度以上の槽内温湿度条件で促進耐候性試験を行うことにより、屋外環境における白亜化等の劣化現象の再現性を高め、付着塩分が潮解した状態で紫外線があたっている状態を効果的に再現して促進耐候性試験を実施する。これにより、屋外環境における高分子材料（試料）の長期信頼性をより適切に評価することを可能とする。なお、相対湿度とは、一般的に、ある温度の空気に含まれている水蒸気の水蒸気圧と、その温度における飽和水蒸気量圧の比を百分率で表したものをいう。本発明では、相対湿度という用語を、一般的に用いられる相対湿度と同様の意味で用いている。

〔従来の促進耐候性試験について〕
まず、従来の促進耐候性試験について述べる。

１つ目は、７ｃｍ×１５ｃｍの鋼材にフッ素樹脂塗料を厚さ５０μｍで塗布した試料を用いて、促進耐候性試験を行った。塗料の試験法である「ＪＩＳＫ５６００−７−７」に基づき、試料に対してキセノン光源から光を照射し（照射量３００〜４００ｎｍ間で６０Ｗ／ｍ^２）、槽内温度３８℃のもと、乾燥ステップ（１０２分、ブラックパネル温度６３±２℃、相対湿度４０〜６０％）と、水噴霧による湿潤ステップ（１８分）とを繰り返し行う。

上記促進耐候性試験を１５００時間実施したが、試料に白亜化は生じなかった。これは、槽内温度３８℃、相対湿度４０〜６０％の乾燥ステップにおいて、最も相対湿度が高くなる６０％の時においてもブラックパネル温度６３℃での相対湿度は１７％であり、試料表面はほぼ乾いた状態となるので、試料表面が濡れている状態で紫外線が照射されることによる白亜化等の劣化が再現しにくかったと考えられる。

２つ目は、塩化ナトリウム水溶液及び人工海水をフッ素塗膜表面に塗布し、促進耐候性試験装置内に加湿器を追加設置して、キセノン光源の照射量３００〜４００ｎｍで６０Ｗ／ｍ^２、ブラックパネル温度６３±２℃のもと、乾燥ステップ（６０分、槽内温度３８℃、相対湿度４０〜６０％）と、湿潤ステップ（６０分、槽内温度３８℃、相対湿度８０％）とを繰り返す試験サイクルとした。

ここで、加湿器を追加設置した理由は、従来の促進耐候性試験装置では槽内の相対湿度を８０％にまで上げることが想定されておらず、促進耐候性試験装置に既設の加湿器では加湿出力が不十分であったためである。なお、槽内相対湿度８０％を実現するための加湿器の出力量等は予備実験で求めた。

上記試験サイクルを１０００時間繰り返しても白亜化は再現できなかった。これは、塩化ナトリウム及び海塩粒子が試料表面に付着するだけでは白亜化現象は生じず、付着した粒子の潮解が試料の白亜化に影響しているためと考えられる。また、槽内の相対湿度を８０％に上げたとしても、光の吸収により試料表面の温度が上昇してしまい、塩化ナトリウムの潮解が生じる湿度７５％を下回ったとも考えられる。

〔本発明の促進耐候性試験について〕
そこで、本発明では、低湿度で潮解する塩化カルシウム水溶液をフッ素塗膜表面に塗布し、促進耐候性試験装置内に加湿器に加えて送風器を追加設置し、キセノン光源の照射量３００〜４００ｎｍで６０Ｗ／ｍ^２、乾燥ステップ（６０分、槽内温度３８℃、ブラックパネル温度６３±２℃、相対湿度４０〜６０％）と、湿潤ステップ（６０分、槽内温度４８℃、相対湿度８０％）とを繰り返す試験を１０００時間実施した。これにより、試料の白亜化が再現できた。

ここで、加湿器及び送風器を追加している理由は、無機塩を潮解させるための温湿度条件を実現するためである。通常、促進耐候性試験装置では、試料表面は照射された光を吸収して温度が上昇するので、試料表面付近の相対湿度は槽内の相対湿度よりも大きく下がってしまう。試料表面付近の相対湿度を無機塩が潮解する湿度以上に保つためには、従来よりも槽内を加湿する必要がある。加えて、槽内温度と試料表面付近の温度を近づける必要もあり、試料表面の温度が光の照射により上昇しすぎないよう、従来の促進耐候性試験装置が備える既設の送風器よりも高い送風能力の送風器が必要となる。即ち、加湿器及び送風器は、無機塩を潮解させるのに十分な温湿度条件を実現するため、既存設備よりも大きな出力を備えることが必要である。なお、本試験では、促進耐候性試験装置内に加湿器及び送風器を追加設置したが、既設加湿器及び送風器の出力が大出力となるように変更してもよい。

以下、本発明を実施する一実施の形態について図面を用いて説明する。

〔第１の実施の形態〕
第１の実施の形態では、試験開始前に試料に無機塩を付着させる場合について説明する。

図１は、第１の実施の形態に係る促進耐候性試験装置１００の構成を示す図である。本実施の形態に係る促進耐候性試験装置１００は、図１に例示するように、光源１１、ヒーター１２、加湿器１３、送風器１４、冷却部１５、槽内温湿度センサ１６、ブラックパネル１７及び温度センサ１８を槽内に備えて構成される。その槽内において、高分子材料としての試料３００がブラックパネル１７及び温度センサ１８に近接配置され、その試料３００には一定以下の相対湿度（例えば３５％ＲＨ以下の低湿度）であっても潮解する無機塩が付着される。

光源１１は、槽内の試料３００及びブラックパネル１７に紫外線を含む光を照射するために用いられる。ヒーター１２は、槽内温度を高温にするために用いられる。加湿器１３及び送風器１４は、上述したように従来の促進耐候性試験装置に追加設置した機器群であり、試料３００の試料表面における相対湿度が付着無機塩の潮解する相対湿度以上の槽内温湿度条件を満たすために用いられる。冷却部１５は、槽内温度を低温にするために用いられる。槽内温湿度センサ１６は、槽内の温湿度を計測するために用いられる。ブラックパネル１７は、試料３００の表面温度を疑似観測するために用いられる。温度センサ１８は、試料３００及びブラックパネル１７の表面温度を測定するために用いられる。

また、促進耐候性試験装置１００は、制御部１９及び試験条件入力部２０を更に備えて構成される。制御部１９は、光源１１の照射量、ヒーター１２の加熱量、加湿器１３の加湿量及び送風器１４の送風量をそれぞれ遠隔制御する装置である。促進耐候性試験装置の既存制御部を用いてもよいし、ＣＰＵ及びメモリを備えた情報処理装置を新たに用いてもよい。試験条件入力部２０は、制御部１９の制御対象（１１〜１４）が用いる照射量等の設定値を制御部１９に入力する装置である。例えば、タッチパネル機能付き制御用モニタ等を用いる。

本実施の形態に係る促進耐候性試験装置１００は、既存の促進耐候性試験装置と類似するが、湿潤ステップにおいて、後述する（Ｔ_Ｃ℃の飽和水蒸気量×ＲＨ_Ｃ）／（Ｔ_Ｂ℃の飽和水蒸気量）の値が３５％以上を実現するためには、槽内湿度を上昇させる必要があり、また、槽内温度をブラックパネル１７又は試料３００の表面温度に近づける必要があるので、従来よりも高出力のヒーター１２、加湿器１３及び送風器１４を用いる。

次に、第１の実施の形態で行う促進耐候性試験方法について説明する。特許請求の範囲では、この促進耐候性試験方法全体を試験ステップと称している。

まず、試料３００の表面に相対湿度３５％以下であっても潮解する無機塩を付着させる。例えば、相対湿度１００％〜３０％前後で潮解し、相対湿度３０％前後以下では潮解しない無機塩を付着させる。このような無機塩としては、例えば、塩化カルシウム、塩化マグネシウム等が好適である。付着方法としては、例えば、５〜２０％ｗの無機塩水溶液を刷毛で試料に塗ってもよいし、試料３００に対して無機塩水溶液をスプレーで噴霧して乾燥させてもよい。本実施の形態では、１０％ｗの塩化カルシウム水溶液を試料表面にスプレーで噴霧して乾燥させた。

次に、得られた無機塩付着試験片を試料３００として促進耐候性試験装置１００の槽内に設置する。促進耐候性試験装置１００の光源１１としては、例えば、キセノンアークランプ、紫外性蛍光ランプ、カーボンアークランプ、メタルハライドランプ等が好適である。本実施の形態では、キセノンランプの光源１１を用い、その照射量は３００〜４００ｎｍで６０Ｗ／ｍ^２とした。

次に、試験サイクルを定める。試験サイクルは、常に紫外線を含む光を照射しながら行う湿潤ステップでもよいし、常に紫外線を含む光を照射しながら行う湿潤ステップと乾燥ステップとを交互に繰り返す試験サイクルとしてもよい。その他、湿潤ステップ及び乾燥ステップに、光を照射せずに行う湿潤ステップを加えた３つのステップを繰り返す試験サイクルとしてもよい。これらに他のステップを組み合わせた試験サイクルとすることも容易に類推できる。本実施の形態では、紫外線を含む光を照射しながら行う湿潤ステップ（４０分）と、乾燥ステップ（８０分）との２つのステップを交互に繰り返す試験サイクルとする。

次に、温湿度の設定を行う。本実施の形態では、ブラックパネル１７又は試料３００の表面温度をＴ_Ｂ℃、槽内温度をＴ_Ｃ℃、槽内湿度をＲＨ_Ｃ％とする。試料３００の表面温度は、赤外放射温度計等の温度センサ１８で測るものとし、促進耐候性試験を実施する試料表層の材料や色が単一である場合に基準として用いることができる。促進耐候性試験を実施する試料表層の材料や色が複数種類ある場合には、湿潤ステップにおいて、全ての試料で確実に無機塩が潮解するよう、ブラックパネル温度を基準とすることが望ましい。

湿潤ステップでは、（Ｔ_Ｃ℃の飽和水蒸気量×ＲＨ_Ｃ）／（Ｔ_Ｂ℃の飽和水蒸気量）の値が３５％以上になる条件で試験を実施する。これにより、光源１１の照射によって試料表面の温度が上昇している状況においても、試料表面の湿度を無機塩が潮解する湿度以上として無機塩を潮解させ、試料表面が濡れた状態で紫外線を照射できる。

また、乾燥ステップでは、（Ｔ_Ｃ℃の飽和水蒸気量×ＲＨ_Ｃ）／（Ｔ_Ｂ℃の飽和水蒸気量）の値が２５％以下になる条件で試験を実施する。これにより、試料表面の湿度が無機塩の潮解する湿度以下になるので、無機塩の潮解を防ぎ、試料表面が乾燥した状態で紫外線を照射できる。

ここで、湿潤ステップでは、ブラックパネル１７の温度Ｔ_Ｂ＝６３℃、槽内温度Ｔ_Ｃ＝４８℃、槽内湿度（槽内温度における相対湿度）ＲＨ_Ｃ＝８０％に設定した。これは、ブラックパネル１７の表面（温度Ｔ_Ｂ＝６３℃）において、ブラックパネル温度又は試料表面温度における相対湿度ＲＨ_Ｂ＝４０％（＞３５％）になるので、塩化カルシウムが潮解する試験条件となる。

また、乾燥ステップでは、ブラックパネル１７の温度Ｔ_Ｂ＝６３℃、槽内温度Ｔ_Ｃ＝３８℃、相対湿度（槽内温度における槽内湿度）ＲＨ_Ｃ＝５０％に設定した。これは、ブラックパネル１７の表面（温度Ｔ_Ｂ＝６３℃）において、ブラックパネル温度又は試料表面温度における相対湿度ＲＨ_Ｂ＝１５％（＜２５％）となるので、塩化カルシウムが乾燥する試験条件となる。

これらの条件で湿潤ステップ（４０分）と乾燥ステップ（８０分）とを交互に繰り返し１０００時間試験を実施すると、フッ素塗膜は白亜化を生じた。

なお、（Ｔ_Ｃ℃の飽和水蒸気量×ＲＨ_Ｃ）／（Ｔ_Ｂ℃の飽和水蒸気量）の値が３５％以上又は２５％以下を満たす槽内温湿条件については、飽和水蒸気圧曲線から読み取って計算してもよいし、式（１）を用いて算出してもよい。

７．５Ｔ_Ｃ／（２３７．３＋Ｔ_Ｃ）＋ｌｏｇ_１０（ＲＨ_Ｃ／ＲＨ_Ｂ)＝７．５Ｔ_Ｂ／（２３７．３＋Ｔ_Ｂ）・・・式（１）
Ｔ_Ｃ：槽内温度（℃）
ＲＨ_Ｃ：槽内温度における相対湿度（％）
Ｔ_Ｂ：ブラックパネル温度又は試料表面温度（℃）
ＲＨ_Ｂ：ブラックパネル温度又は試料表面温度における相対湿度（％）
例えば、ＲＨ_Ｂ＝４０％を式（１）に代入し、その式（１）が成立するＴ_Ｂ、Ｔ_Ｃ、ＲＨ_Ｃを求める。そして、求めた値を満たすように、制御部１９は、光源１１の照射量、ヒーター１２の加熱量、加湿器１３の加湿量、送風器１４の送風量及び冷却部１５の冷却量をそれぞれ調整する。なお、上記求めた値を満たすために用いる照射量等の設定値は、試験条件入力部２０から入力される。

〔第２の実施の形態〕
第２の実施の形態では、促進耐候性試験のサイクルに無機塩を付着させるステップを含む場合について説明する。

図２は、第２の実施の形態に係る促進耐候性試験装置１００の構成を示す図である。本実施の形態に係る促進耐候性試験装置１００は、第１の実施の形態で用いた促進耐候性試験装置１００に対して、無機塩水溶液噴霧部２１及び無機塩水溶液タンク２２を更に備えて構成される。

無機塩水溶液噴霧部２１は、槽内の試料３００に無機塩水溶液を噴霧するために用いられる。無機塩水溶液タンク２２は、その無機塩水溶液を貯蔵するために用いられる。これ以外の構成は、第１の実施の形態と同じである。

次に、第２の実施の形態で行う促進耐候性試験方法について説明する。

無機塩水溶液噴霧部２１及び無機塩水溶液タンク２２を追加した促進耐候性試験装置１００に試験片を試料３００として設置する。促進耐候性試験装置１００の光源１１としては、第１の実施の形態と同様に、キセノンアークランプ、紫外性蛍光ランプ、カーボンアークランプ、メタルハライドランプ等が好適である。また、無機塩水溶液噴霧部２１は、「ＪＩＳＫ５６００−７−７」等の既存装置に搭載されている純水スプレー機構を無機塩水溶液タンク２２に接続して無機塩水溶液をスプレーすることで実現してもよい。ただし、既存の純粋スプレー機構からスプレーされる水は水滴が大きく、フッ素樹脂塗料など撥水性の高い塗料では試料に水滴が付着しにくい。そのため、霧状の無機塩水溶液を噴霧する超音波式等の無機塩水溶液噴霧機構を別途追加して用いることがより望ましい。

次に、試験サイクルを定める。試験サイクルは、無機塩付着ステップ、湿潤ステップ及び乾燥ステップの３つのステップ以上で構成する。無機塩付着ステップでは、相対湿度３５％以下で潮解する無機塩の水溶液を試料３００に噴霧する。この間の紫外線を含む光の照射は、任意とする。無機塩としては、例えば、塩化カルシウム、塩化マグネシウム等が好適である。湿潤ステップでは、（Ｔ_Ｃ℃の飽和水蒸気量×ＲＨ_Ｃ）／（Ｔ_Ｂ℃の飽和水蒸気量）の値が３５％以上、乾燥ステップでは、（Ｔ_Ｃ℃の飽和水蒸気量×ＲＨ_Ｃ）／（Ｔ_Ｂ℃の飽和水蒸気量）の値が２５％以下となる条件で試験を実施する。

ここで、促進耐候性試験の条件は、光源１１の照射量３００〜４００ｎｍで６０Ｗ／ｍ^２、ブラックパネル温度Ｔ_Ｂ＝６３±２℃、無機塩付着ステップ１８分、湿潤ステップ４２分、乾燥ステップ６０分のサイクルとする。無機塩付着ステップでは、５ｗｔ％塩化カルシウム水溶液を噴霧する。

湿潤ステップでは、槽内温度Ｔ_Ｃ＝４８℃において該槽内温度における相対湿度ＲＨ_Ｃ＝８０％に加湿し、ブラックパネル温度Ｔ_Ｂ＝６３℃において該ブラックパネル温度又は試料表面温度における相対湿度ＲＨ_Ｂ＝４０％（＞３５％）になる試験条件とした。

また、乾燥ステップでは、槽内温度Ｔ_Ｃ＝３８℃において該槽内温度における相対湿度ＲＨ_Ｃ＝５０％に加湿し、ブラックパネル温度Ｔ_Ｂ＝６３℃において該ブラックパネル温度又は試料表面温度における相対湿度ＲＨ_Ｂ＝１５％（＜２５％）となる試験条件とした。

これらの条件で１０００時間試験を実施すると、フッ素塗膜は白亜化を生じた。

なお、第２の実施の形態は、試料の耐候性を評価する試験であると同時に、試料の耐腐食性を評価する試験としても用いられる。現在、塗料の耐腐食性は、耐候性とは別の試験（「ＪＩＳＫ５６００−７−９」に規定される塩水噴霧試験や複合サイクル試験）で評価されている。その一方で、第２の実施の形態では、無機塩付着、湿潤及び乾燥の各ステップを繰り返すので、複合サイクル試験と同様な耐腐食性評価も可能である。このように、本実施の形態で行う促進耐候性試験方法は、１つの試験で耐候性と耐腐食性との両方を評価できる。

例えば、無機塩付着ステップでは、槽内温度Ｔ_Ｃ＝３５℃、相対湿度ＲＨ_Ｃ＝９５％以上とし、湿潤ステップでは、ブラックパネル温度Ｔ_Ｂ＝６３℃、槽内温度Ｔ_Ｃ＝５０℃、相対湿度ＲＨ_Ｃ＝９０％とし、乾燥ステップでは、ブラックパネル温度Ｔ_Ｂ＝６３℃、槽内温度Ｔ_Ｃ＝５０℃、相対湿度ＲＨ_Ｃ＝３０％とし、無機塩付着ステップを１時間、湿潤ステップを３時間、乾燥ステップを２時間等としてもよい。

ここまで、２つの実施形態について説明した。各実施の形態で説明した促進耐候性試験装置１００は、条件設定を簡易化する機能を備えてもよい。制御部１９は、例えば、湿潤ステップで設定したい「ブラックパネル表面又は試料表面の温度Ｔ_Ｂ」、「槽内温度Ｔ_Ｃ」、「槽内湿度ＲＨ_Ｃ」のうちいずれかを入力すると、（Ｔ_Ｃ℃の飽和水蒸気量×ＲＨ_Ｃ）／（Ｔ_Ｂ℃の飽和水蒸気量）の値が３５％以上となる残り２つのパラメータの組み合わせ可能な範囲の中で、ヒーター１２、加湿器１３及び送風器１４で実現し得る加湿量等の範囲又は値の条件設定例（設定範囲値、設定値）を画面に表示する。

また、乾燥ステップについても同様に、設定したい「ブラックパネル表面又は試料表面の温度Ｔ_Ｂ」、「槽内温度Ｔ_Ｃ」、「槽内湿度ＲＨ_Ｃ」のうちいずれかを入力すると、（Ｔ_Ｃ℃の飽和水蒸気量×ＲＨ_Ｃ）／（Ｔ_Ｂ℃の飽和水蒸気量）の値が２５％以下となり、促進耐候性試験装置１００で実現可能な残り２つのパラメータを表示する。

これらは、入力された試験条件を代入して式（１）を解いて残り２つのパラメータの範囲を算出し、その中で促進耐候性試験装置１００において実現可能な条件を表示し、又は予め式（１）式を解いた結果より促進耐候性試験装置１００で実現可能なものを参照できるようにしておけばよい。

参考までに、図３に、湿潤ステップでブラックパネル温度を６３℃に設定する場合における、（Ｔ_Ｃ℃の飽和水蒸気量×ＲＨ_Ｃ）／（Ｔ_Ｂ℃の飽和水蒸気量）の値が３５％以上となり、かつ、促進耐候性試験装置１００で実現可能な「槽内温度」、「槽内湿度」の組み合わせの設定条件例を示す。図３に示した斜線範囲内であれば任意に選択可能である。なお、促進耐候性試験装置１００で用いる槽内湿度の設定可能な最大範囲は、加湿器１３の出力に依存し２０〜９０ＲＨ％である。また、槽内温度の設定可能な最大範囲は、送風器１４の出力に依存し２８〜５３℃である。

最後に、式（１）の導出方法について説明する。Ｔｅｔｅｎｓの式より、
Ｅ（ｈＰａ）＝６．１１×１０＾ａｔ／（ｂ＋ｔ）
となる。Ｅは飽和水蒸気圧、ｔは温度（℃）、ａ＝７．５、ｂ＝２３７．３である。ブラックパネル温度又は試料表面温度をＴ_Ｂ℃における飽和蒸気圧をＥ_Ｂとすると、
Ｅ_Ｂ＝６．１１×１０＾（７．５Ｔ_Ｂ／（２３７．３＋Ｔ_Ｂ））・・・式（Ａ）
となり、槽内温度Ｔ_Ｃにおける飽和蒸気圧をＥ_Ｃとすると、
Ｅ_Ｃ＝６．１１×１０＾（７．５Ｔ_Ｃ／（２３７．３＋Ｔ_Ｃ））・・・式（Ｂ）
となる。ブラックパネル温度又は試料表面温度における相対湿度をＲＨ_Ｂ％、
槽内温度での相対湿度をＲＨ_Ｃ％とすると、式（Ａ）及び式（Ｂ）より、
ＲＨ_Ｃ／ＲＨ_Ｂ＝Ｅ_Ｂ／Ｅ_Ｃ＝｛１０＾（７．５Ｔ_Ｂ／（２３７．３＋Ｔ_Ｂ））｝／｛１０＾（７．５Ｔ_Ｃ／（２３７．３＋Ｔ_Ｃ））｝
となり、よって、
７．５Ｔ_Ｃ／（２３７．３＋Ｔ_Ｃ）＋ｌｏｇ_１０（ＲＨ_Ｃ／ＲＨ_Ｂ)＝７．５Ｔ_Ｂ／（２３７．３＋Ｔ_Ｂ）
となる。

各実施の形態によれば、一定以下の相対湿度であっても潮解する無機塩を表面に付着させた試料３００を用いて、試料表面における相対湿度が無機塩の潮解する相対湿度以上の槽内温湿度条件で促進耐候性試験を行うので、付着塩分が潮解した状態で紫外線があたっている状態を再現でき、屋外環境における白亜化等の劣化現象をよく再現できる。その結果、塩害地域を含む屋外環境における高分子材料の長期信頼性をより適切に評価可能となる。

１００…促進耐候性試験装置
１１…光源
１２…ヒーター
１３…加湿器
１４…送風器
１５…冷却部
１６…槽内温湿度センサ
１７…ブラックパネル
１８…温度センサ
１９…制御部
２０…試験条件入力部
２１…無機塩水溶液噴霧部
２２…無機塩水溶液タンク

Claims

促進耐候性試験装置で行う高分子材料である試料の促進耐候性試験方法において、
相対湿度が３５％以下で潮解する塩化カルシウム又は塩化マグネシウムを含む水溶液を表面に付着させた試料を用いて、試料表面に紫外線を照射している状態で、前記試料表面における相対湿度が前記塩化カルシウム又は前記塩化マグネシウムの潮解する相対湿度以上の槽内温湿度条件で促進耐候性試験を行う試験ステップを含み、
前記試験ステップは、
前記試料表面に紫外線を照射している状態で、前記試料表面の温度をＴ _Ｂ、槽内温度をＴ _Ｃ、槽内湿度をＲＨ _Ｃとしたとき、（Ｔ _Ｃの飽和水蒸気量×ＲＨ _Ｃ）／（Ｔ _Ｂの飽和水蒸気量）が３５％以上の槽内温湿度条件で前記促進耐候性試験を行う湿潤ステップと、
前記試料表面の温度をＴ _Ｂ、槽内温度をＴ _Ｃ、槽内湿度をＲＨ _Ｃとしたとき、（Ｔ _Ｃの飽和水蒸気量×ＲＨ _Ｃ）／（Ｔ _Ｂの飽和水蒸気量）が２５％以下となる槽内温湿度条件で前記試料に紫外線を照射する乾燥ステップと、を含み、
前記湿潤ステップと前記乾燥ステップとを交互に繰り返すことを特徴とする促進耐候性試験方法。
前記試験ステップは、
前記試料に前記塩化カルシウムの水溶液又は前記塩化マグネシウムの水溶液を噴霧する無機塩付着ステップを含むことを特徴とする請求項１に記載の促進耐候性試験方法。
高分子材料である試料の促進耐候性試験装置において、
相対湿度が３５％以下で潮解する塩化カルシウム又は塩化マグネシウムを含む水溶液を表面に付着させた試料の試料表面に紫外線を照射している状態で、前記試料表面における相対湿度が前記塩化カルシウム又は前記塩化マグネシウムの潮解する相対湿度以上の槽内温湿度条件で促進耐候性試験をすることが可能であり、
前記促進耐候性試験は、
前記試料表面に紫外線を照射している状態で、前記試料表面の温度をＴ _Ｂ、槽内温度をＴ _Ｃ、槽内湿度をＲＨ _Ｃとしたとき、（Ｔ _Ｃの飽和水蒸気量×ＲＨ _Ｃ）／（Ｔ _Ｂの飽和水蒸気量）が３５％以上の槽内温湿度条件で前記促進耐候性試験を行う湿潤ステップと、
前記試料表面の温度をＴ _Ｂ、槽内温度をＴ _Ｃ、槽内湿度をＲＨ _Ｃとしたとき、（Ｔ _Ｃの飽和水蒸気量×ＲＨ _Ｃ）／（Ｔ _Ｂの飽和水蒸気量）が２５％以下となる槽内温湿度条件で前記試料に紫外線を照射する乾燥ステップと、を交互に繰り返す試験であり、
前記試料表面の温度Ｔ _Ｂ、槽内温度Ｔ _Ｃ、槽内湿度ＲＨ _Ｃのうちいずれかを入力すると、（Ｔ _Ｃの飽和水蒸気量×ＲＨ _Ｃ）／（Ｔ _Ｂの飽和水蒸気量）が３５％以上又は２５％以下となる条件を満たす試料表面の温度、槽内温度、槽内湿度の設定値又は設定範囲値を画面に表示する制御部を備えることを特徴とする促進耐候性試験装置。
前記塩化カルシウムの水溶液又は前記塩化マグネシウムの水溶液を貯蔵する無機塩水溶液タンクと、
前記試料に前記塩化カルシウムの水溶液又は前記塩化マグネシウムの水溶液を噴霧する無機塩水溶液噴霧部と、
を備えることを特徴とする請求項３に記載の促進耐候性試験装置。