標準介紹：防腐塗層人工老（lǎo）化（耐候性）試驗方法

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1定義、目（mù）的及意義  

 防腐塗層的人工老化試驗是耐候性試驗的重要（yào）組成部分之一。耐候性試驗是（shì）指防腐塗層（也包括各種材料，尤其是以聚合物為基礎的各種人工合成材料，這裏以防腐塗層代（dài）表）抵抗陽光、潮濕、雨、露風、霜等（děng）霜（shuāng）等氣候條件的破壞（huài）作用而保持原性能的能力。

 防腐塗層在實際使用的過程中受（shòu）到各（gè）種自然環境因素的作用，造成其物理化（huà）學和機械性（xìng）能發生不可逆的變化並zui終（zhōng）導（dǎo）致防腐塗層破壞的現（xiàn）象，稱為防腐塗層老（lǎo）化。常見的防（fáng）腐塗層老化的現象有：變色（褪色）、失光、粉化、起泡（pào）、生鏽、裂（liè）紋、剝落等。由於塗料的質量除了取決（jué）於各項物理性能指標外，更重（chóng）要的是其使（shǐ）用壽命，即塗料本身對大氣（qì）的耐久性。這種耐（nài）候性zui能體現塗料的（de）真正實用價值（zhí），是該塗料（liào）各種技（jì）術指標的綜合表現，故（gù）對塗料進（jìn）行耐候性試驗是十分必要的。防腐塗層耐候性試驗分天然老化試驗和人工氣候（hòu）老（lǎo）化試驗（yàn）兩種，天然老化試驗是將樣（yàng）板曝露於戶外自然條件下，觀察防腐塗層性能逐漸（jiàn）發生的變化，而人（rén）工氣候老化試驗是將把樣板放在能模擬戶外諸影響因素的人工氣候老化機中曝露，觀察防腐（fǔ）塗層（céng）性能逐漸發生的變化。  

 2檢驗方法（fǎ）介紹  

 由於塗層zui終是在自然環境下使用，所以（yǐ）自然氣候曝露試（shì）驗（天然老化試驗（yàn））是評估樣板真實耐久性的zui可靠方法，也是發展可靠的實驗室加速老（lǎo）化技術依據（jù）和參照（zhào）係統。所以（yǐ）需要先了解自（zì）然氣候曝露試驗，也稱戶外曝露試驗的概（gài）況。  

 2.1自然氣候曝露試驗原理  

 自然氣候（hòu）曝露試驗（天（tiān）然（rán）老化試驗）指在（zài）各種自然環境（jìng）下研究大氣各種因素對防腐塗層所起的老化破壞作用，通過對試驗期間及試（shì）驗（yàn）結束後樣板的（de）外（wài）觀檢查（chá）以評定其耐久性，也可以（yǐ）在曝曬（shài）過程中或曝曬結束後進行防腐塗層的物理機械（xiè）性能的（de）測試。試驗根據大氣種類可分為普通大氣、工業大氣和海洋性大氣；根據氣候特征可分（fèn）為（wéi）寒冷氣候、寒溫高（gāo）原氣候、亞濕熱氣候、亞濕（shī）熱工業氣候、濕熱氣候、幹（gàn）熱氣候等。而曝露方法又可分為朝南45℃、當地緯度、垂直緯度及水平曝露等。目（mù）前上通（tōng）行的（de）典型氣候條件為（wéi）美國的佛（fó）羅裏達亞熱帶（dài）氣候和亞利桑那沙漠氣候，這裏均建有世（shì）界zui大的曝曬場。這是因為位於美國南部的佛羅裏達（dá）具有：光（guāng）照強、強紫外線、潮濕時間長、濕度大、氣候嚴酷的特點（diǎn）。而亞利桑那沙漠氣候是：高熱、紫外線強、低（dī）濕度。與佛羅裏達比較，年光照要高20%，zui高氣溫要高15ºC，zui高黑板（bǎn）溫度要（yào）高20ºC，而且日溫（wēn）差（chà）也相當大（dà）。我（wǒ）國與美國緯度相近以（yǐ）上兩個氣候條件有相當的參（cān）考價值。

 2.1．1天然曝曬（shài）場的建立：  

 曝曬場（chǎng）應建立在平（píng）坦、空（kōng）曠的地方（fāng），周（zhōu）圍（wéi）無高大障礙物，使樣板能充分受到該地區各種大氣因素的（de）作用，附近（jìn）應無工廠煙囪和能散發（fā）大量腐（fǔ）蝕性氣體的設施，以避免局部嚴重汙染的影響。鹽霧氣候曝曬場應建在海邊或海島島上。曝曬場應具有必需的（de）氣象觀測沒備和各種樣板塗層檢查儀器及洗手池、上下水、照明電燈設施。氣象資料的觀測設備應視曝曬場環境、規模和人力、財力而定，若臨近（jìn）有氣象台（站）者，可（kě）直接采用當地氣象台（站）的數據。氣象資料主要包括：氣溫、濕度、日照時效、太陽輻射量、降雨量、風速、風向等。曝曬架（jià）應（yīng）采用（yòng）不影響試驗結果的材料製（zhì）成，如木材、鋁合金、或經塗刷（shuā）防腐塗料的鋼材製成，其結構力求堅固耐用，經得起（qǐ）當地（dì）zui大風力吹刮，並能自動調節曝曬角度。  

 2．1.2樣板的檢查方（fāng）法

 GB／T9276-1996中規定以年和月（yuè）作為（wéi）曝露試驗的時間單（dān）位，如無特殊規定，投（tóu）試三十月內每半個月檢查一次，三個月後至一年（nián），每月檢查一次，超過一年後，每（měi）三個月檢查一次。由（yóu）於塗料品（pǐn）種的要求不同以及曝曬地區破壞速度的不同，檢（jiǎn）查周期可根（gēn）據情況適當變更（gèng）：規定的檢查項目包括失光、變色、裂（liè）紋、起泡、斑（bān）點、生鏽、泛金（jīn）、沾汙、長黴和脫落等。檢查方法主要有（yǒu）儀器法和目測法兩種，其中光澤和顏（yán）色測試，可按GB/T9754、GB／T9761和GB/T11186．2進行，塗層的老化評（píng）價按GB／T9277進行。  

 2．1．3影響（xiǎng）自然氣候曝露試驗（yàn）結果的因素

 2．1．3．1氣候  

 我國國土（tǔ）麵積廣大．氣候類型複雜，從南到北、從東到西（xī）氣候條件均不一樣，往往同一個塗料配方在不同地區使（shǐ）用（yòng）其性能差異很大（dà）。如：同（tóng）樣的醇酸樣（yàng）品采用（yòng）同樣的施工工藝，經同（tóng）時（shí）在天（tiān）津、上海、武漢、重慶、廣州、海南（nán）島等地進行（háng）曝曬，可發現天（tiān）津的樣板破壞zui慢，武漢、上海居中，重慶、廣州、海南島等地破壞zui快，而在重慶、廣州、海南島等地中又以海南島的樣板破壞zui厲害。而海南島的氣候條件（jiàn）非常類似典型的（de）佛羅裏達亞熱帶氣候（hòu）條件。  

 2．1．3．2季節  

 樣品的耐候性試驗結（jié）果除與氣候、地區有關外（wài），曝曬季節對其影響也很大。春夏秋（qiū）冬四個季節，就對樣板防腐塗層破壞zui大的紫外光輻射來講，春季、夏季的紫外光輻射強度以及平均日（rì）照均遠遠超出秋（qiū）、冬兩個季節。正因為季節不同，樣板經曆（lì）的（de）氣候條件不同，因此防腐塗層的破壞也不同（tóng）。對於自幹型的塗料，在春季（jì）曝曬時，由於防腐塗層（céng）尚未（wèi）*堅實，就受到溫差（chà）的急劇變化而引起防腐塗（tú）層變形；接著在夏季又遭受到強烈的紫外光照射或大量的雨水侵蝕而進一步造成破壞（huài）。在（zài）秋季（jì）曝曬時，由於氣溫較平穩，紫外光也日趨下降（jiàng），致使新塗的防腐塗層能有一段繼續堅硬的過程，從而經得起來年的大氣破壞作用。實際試驗也證實廠這點：春季曬板破壞zui快，秋季曬板破壞（huài）zui慢，其順序是：春＞夏＞冬＞秋。即：樣板曝露試驗的（de）結果隨投（tóu）試季節的不同而異。  

 2．1．3．4曝曬（shài）角  

 曝曬角度對塗料的耐久性（xìng）影響也是需要考慮的，因為在大氣老化中，光是一（yī）個zui重要的因素，因此應該（gāi）盡量設法以zui合適的角（jiǎo）度來zui大限度地（dì）利用（yòng）太陽能。經試驗發現在短期曝曬過程中及為了加速樣（yàng）品的破壞，每年的上半年可采用（yòng）春、夏季zui熱角度（￠-25°，其中（zhōng）￠為（wéi）當地緯度）；下半年可調（diào）節成秋、冬季zui熱角度（0．893￠+24°）；這樣易於快速地獲得天然曝（pù）曬試驗（yàn）結果。對於需要連續曝曬幾（jǐ）年或因條件所限而不考（kǎo）慮來回調（diào）整角度（dù）的，則應采取當（dāng）地緯度（￠）zui為適宜，以使樣品比其他角度能受到更多（duō）的和更長的時間光照。  

 2．2人工氣候老化和人工輻射曝露試驗  

 2．2．1人工氣候老化（huà）和人工輻射曝露試驗原理

 自然氣候曝露試驗雖（suī）可真實反映某地區某階段的環境條件（jiàn）對材料（liào）和產品的影響，但它（tā）會受到試驗條件諸（zhū）多不確定因素（sù）的影響。即：自然環境隨季節、氣象、地（dì）理、地形的變化其自然曝曬的影響也隨之變化，更主要因（yīn）為樣板試驗（yàn）周期（qī）太（tài）長，出於經濟、競爭及縮（suō）短老化試（shì）驗周期需要的考慮，許多產品（pǐn）標準中均（jun1）規定了人工（gōng）氣候老化試驗來考（kǎo）核其耐候性能。人（rén）工（gōng）氣候老化試驗是基於大量自然氣候曝（pù）露試驗的結果中（zhōng）找出的規律，找出氣候變（biàn）化因素與塗層破壞之間的（de）關係，目的是在（zài）實驗室（shì）內模擬自然氣候作用或在（窗）玻璃下試（shì）驗所發生的（de）老化過程。與自然氣候老化相比，人工氣候老化僅涉及了幾個有限的因素（sù）（太陽（yáng）光、濕（shī）氣、熱），這些因素易於控製及（jí）強化（huà）從而起到加速老（lǎo）化（huà）試驗的（de）作用，並通（tōng）過對試驗期間及試驗結（jié）束後的樣板的觀察來評定其耐候性。但對空氣汙染、生物侵蝕、和鹽霧暴露造成的破壞無意模（mó）擬。

 正確的人工模擬設（shè）備主（zhǔ）要應有以下幾點必須注意：

 a.與戶外環境匹配

 b.不改變降（jiàng）解機理,與戶外（wài）暴曬具有相（xiàng）關性

 c.可重複性和可再現性

 e.要素的（de）獨（dú）立（lì）控製

 f.與真實時間相比具有加速性  

 2．2．2試驗中的有（yǒu）關因素

 2．2．2．1光源

 從國內外已有的試（shì）驗來看，太陽光（guāng）是塗層老化中的一個很重要的因素。太陽光的光譜（pǔ）主（zhǔ）要可分為（wéi）紫外（wài）線區、可見光區（qū）、紅外線區三個區域；經測定在（zài）晴天（tiān）赤道正午海平麵的太陽輻照能分布如下：  

 表1太陽輻照能的分布

 如上表所示：紫外線區（qū）的（de）光譜分布雖然很窄，並且輻射能量也僅占太陽總能量的5~7％左右，但經試驗表明該區域的破壞力zui大，是造（zào）成聚合物老化的主要原因。這正驗證了光能量隨波長減小而破壞力增大的理論。許多材料在（zài）該區域（yù）遭受破壞（huài）zui快，會產生輻射（shè）分解即降解。其原因是絕大多數（shù）的聚合物經（jīng）能（néng）量較（jiào）大的紫外線輻射後會受到光氧化的影響，當一個分子所吸收的能量（liàng）大於其鍵能時即產生降解，斷鏈。防腐塗層在該區域經紫（zǐ）外線（xiàn）輻射後易產生粉化、失光及變（biàn）色（sè）（顏色變深/褪色）等現象。所以現行更加（jiā）新（xīn）的標準均把光輻照度的控製點（diǎn）放在太陽光的（de）紫外光（guāng）340nm附近。（地球（qiú）表麵太陽光（guāng）的紫外線截止點為295nm。）而（ér）不（bú）是以前對整個太陽光譜的輻照度進行控製和計量。

 2．2．2．2溫（wēn）度（dù）  

 由於光（guāng）的作用總是（shì）伴隨著溫度（dù）的上升，因此溫度的升高也是（shì）促使（shǐ）防（fáng）腐塗層老化的一個重要因素。通常的防腐塗層的熱老化，主要（yào）是由於交聯過程及聚合物分子鏈（liàn）的破壞；交聯的結果，產生了立體結構使防腐塗層變硬、變脆、失去彈性；而分（fèn）子鏈破壞的結果使大分子（zǐ）鏈（liàn）斷裂，減少了分（fèn）子長度和分子量，形成了遊離基團（tuán），表（biǎo）現為發軟、發粘。粗（cū）略的估計，溫度升高10攝氏度，化學反應速度會（huì）提高兩倍。但光化學反應不是通常（cháng）的簡單的一步反應，zui初的光化學反應不受熱（rè）量影響，第二步反應受熱量影響。其影響比單純熱老（lǎo）化更為（wéi）重要。在（zài）人工氣候老化試驗中，一定的（de）溫度配合周期性的降（jiàng）雨，造成頻繁的交變溫度，因為這將使塗層與底材（cái）發生不斷的膨脹與收縮，就可導致塗層中（zhōng）形成很大的應（yīng）力；在大多數情（qíng）況下，防腐塗層組成的體係中含有成份和結構不同（tóng）的物質：底漆、中間漆（qī）、色漆、麵漆，因此在受溫度交變作用時由於在各塗層中的（de）應（yīng）力有所（suǒ）不同，再加以具有一定波（bō）長的強烈（liè）光照，很容易造成防（fáng）腐塗層的開裂。  

 2．2．2．3濕度（dù）  

 在大氣中曝露，防腐塗（tú）層實際上是長（zhǎng）時期保持在濕潤狀態下，尤其是濕熱帶地區（qū）更是（shì）如此。濕（shī）氣的影響也很複雜，主要（yào）有：化學反應、物理效（xiào）應、侵（qīn）蝕、吸收/凍結-融解及熱衝（chōng）擊等。在（zài）高濕度條（tiáo）件下，水分迅速向防腐（fǔ）塗（tú）層內部滲透，防腐塗（tú）層會因吸收水分而引起溶解或溶漲，體積發生變化（huà），或使防腐塗層（céng）中的水溶性物質溶解出來，當在日光下尤其是紫（zǐ）外光的照射下（xià）其體積迅速（sù）膨脹，結構（gòu）受到破壞或加快了光化學變化的作用，易產（chǎn）生起泡、生鏽直至脫落，特別要提的是露水（shuǐ）由於富含氧（yǎng），且在塗層表麵停留（liú）時間遠較雨水長，造成戶外潮濕（shī）的主要原因是露而不（bú）是雨。  

 2．2．2．4氧氣  

 防腐塗層中的聚合物由於日光和氧氣的相互（hù）作用（yòng），即所謂的日光氧化會使防腐塗層產生孔隙，會引起防腐塗層表麵氧化而導致其（qí）顏色及物理性能的變化，產生失光及裂紋。  

 2．2．2．5綜合因素

 同時出現多（duō）種破壞因素形成的合（hé）力即為綜合破壞因素，其破壞力超過單個因素的總和。這將造成塗層中聚合物的穩定性下降，引起各種助劑的蒸發、轉移，直至失效而造成破壞。

 3．人工氣候老化設備  

 為（wéi）了模擬自然（rán）界中各種氣候（hòu）因素以便（biàn）在（zài）實驗室內創造出所謂人工（gōng）氣候，並能（néng）達到加速試驗的目的，一般采用人工氣候老化試驗機（jī）進行試驗。  

 3．1．人工氣候老化試（shì）驗（yàn）設備分類

 根據所采（cǎi）用的光源，人工（gōng）氣候老化試驗機可分為紫外碳（tàn）弧型、陽（yáng）光碳弧型、紫外熒光燈型、氙弧燈型及金屬鹵素燈型等。  

 紫外碳（tàn）弧型裝置（1918年發明）是利（lì）用在儀器內上下兩部分碳棒之間加入適當的電壓、電流發生電弧所（suǒ）產生的較（jiào）大能量可發出（chū）連續光譜的紫外光。缺點是：光譜的不足，難維護，需水噴淋降（jiàng）溫，也不能校正。  

 陽光碳弧裝置（1933年發明）區別在於其碳棒中含有某種特（tè）殊金屬元素，故發出的光譜能量分布較為接近日光。但陽光碳弧裝置短波紫（zǐ）外線太強，地球表麵的太陽光裏又沒有，破壞加速（sù）了，但與真實環境不符。長波紫外線（xiàn）和可見光與日光相差仍較大，不能校正，高維護成本，需水噴淋降溫，主要（yào）在日本應用。  

 氙弧燈裝置（1954年發（fā）明）是一種由內充有高純度氙氣的弧光放電燈為光源的裝置，該（gāi）燈管由一（yī）根透明的石英玻璃管製（zhì）成，兩端各封接有一個金屬電極，當電極之間加入適當的高電壓並經過濾光片過濾後會產生一種更為接近太陽光的光譜（pǔ），通過儀器調整輻射量而光譜基本不變且操作也（yě）較碳弧型簡單。鑒（jiàn）於上述原因，目前許（xǔ）多（duō）標準，如IS011341、GB／T1865-1997規（guī）定將氙燈型人工氣候老化（huà）機（jī）作為該試驗標（biāo）準的試驗儀器。該裝置分為水冷和風冷型，結構（gòu）上分為樣板固定和旋轉式。新的標準已不要求使用哪種形式，氙弧燈裝置與戶外暴曬（shài）的相關性（xìng）較好，特別是要（yào）求了解光照導致顏色變化的人工老化試驗都應該采用氙燈型人工氣候老化機（jī），當然，氙燈型人工氣候老化機的投資和運行費用都是較高的。盡管低於陽光碳弧裝置許多。

 紫外熒光燈型（1970年發明）是一種利用低壓（yā）汞蒸氣弧光放電激發熒光物質而產生紫外光輻射的裝置（zhì）（Q8/UV老化箱（xiāng）），該能在相對較窄的波長間隔內產（chǎn）生連續的光譜。通常分布成弱峰。其光源主要（yào）分為UVA（340）和UVB（313）。340，313表示發射峰的（de）波長特性（以nm表示）。其中UVA燈管從300~340nm與日光有*的相符（fú）性。UVB燈管的光（guāng）譜分布，其峰（fēng）接近313nm處的汞線。它們發出大量波長低於300nm的（de）射線，正好位於太陽（yáng）光線的（de）波長範圍外（wài），這樣就導致了戶外不會出（chū）現的老化（huà）過程的發生，即會引起塗（tú）層的非自然光化學變化。使用要經有關方麵商定。紫外熒光燈型幾乎沒有可見光部分，可見光部分（400~700nm）雖然對聚合物的降解（jiě）影（yǐng）響（xiǎng）不大（dà），但許（xǔ）多顏料的退色受可見光影響，所以（yǐ）涉及顏色變化的老化試驗（yàn）建議不用該方法（fǎ）。但是由於它具有加速性較好，光譜穩定，模擬露水（shuǐ）侵蝕簡便。相對氙弧燈（dēng）裝置，又（yòu）有低的價格、極低的運行成本和維護成本，操作簡單（dān），校準方便。所以（yǐ）得到廣泛的應用。

 3．2氙燈型人工氣（qì）候老化試驗設備（bèi）  

 氙燈型人工氣候老化試驗（yàn）箱應由耐腐蝕材（cái）料製成，其（qí）內裝置包括有濾光係統的輻射源、溫濕度調節係統、樣板架、黑標準溫度計、輻照度測定（dìng）儀等。近年來由於世界上高科技在各個領域中的推廣應用，人工氣候老化機的裝備水平也（yě）得到了進一步的提高（gāo），世界一些的人工氣候老化機生產（chǎn）廠在十年間使老（lǎo）化（huà）機經曆了（le）幾次升級換（huàn）代。不僅能更為有效地模擬戶外氣候的多種（zhǒng）特性，如：模擬太陽的光譜分（fèn）布、適應各（gè）類標準選擇的濾光器組合（hé）、恒定（dìng）的（de）黑標準溫度、箱（xiāng）體溫度、濕度、降雨、黑暗、凝露（lù）、一個太陽／二（èr）個太陽的輻射量等。而且自動化程度也大大提高，可內存多種、歐洲、美國、日本等工業產品（塗料、汽車部（bù）件、塑料、紡織品等）耐人工氣候老化試驗標準，還（hái）可自行設定（dìng）多種用戶試驗（yàn）程（chéng）序，儀器執行標準的（de）準確性及試驗數據（jù）的重複性也不（bú）斷提高。氙燈型人工氣候老化試驗設備能zui接近的模擬太陽光的光譜，所以盡管運行（háng）費用很（hěn）高，大多數用戶（hù）還是需（xū）要用（yòng）氙燈型人工（gōng）氣候老化試驗機做出的試驗結果來（lái）預測未來（lái）產（chǎn）品的（de）耐候性能力。特別是對（duì）材料顏色耐候性能力的判斷，一定要用氙（xiān）燈型人（rén）工氣候老（lǎo）化試驗（yàn）機來做。  

 3．2．1氙燈型老化機的結構  

 氙弧（hú）燈是特大功率（lǜ）的發光光源，從1000瓦特到5000瓦特。大量的紅（hóng）外線發射將導致試樣溫度很快上升。燈管本身溫（wēn）度也很高（gāo）。所（suǒ）以（yǐ）從燈管冷卻的方式（shì），氙燈型老化機可分為水冷式和風冷（lěng）式（shì），為充分利用燈管的輻射資源，一般（bān）會將試樣放（fàng）在（zài）燈管的周圍圍一圈（quān）。並（bìng）做成可旋轉的結構。稱為旋轉鼓式。而將樣品放在平麵上，燈管布置在試驗箱體上部的結構稱之為平麵排列式，水冷式氙燈型老化機可以讓燈管工作在很高的功率（lǜ）下，有較高的效率（lǜ），但水冷卻係統需水、電、光路隔離，結構（gòu）複雜，對冷卻（què）用去離（lí）子水的要求也很（hěn）高，導致水冷式（shì）氙燈老化機售價很（hěn）高。風冷式氙燈型老化機相反，結構簡單了，但光效率較低，售價也相對低一些。目前新的標準對（duì）老化機的結構已（yǐ）無要求。  

 3．2．2氙燈輻照光譜的過濾  

 由於氙（xiān）燈光譜有大量的脈（mò）衝波峰，所以要經（jīng）過過（guò）濾後（hòu）才可獲得接近日光的光譜。氙燈型老化機常見的濾光片組合及適用範圍見表2：  

 表2常見的濾光（guāng）片組合及適用範圍

 如表2所示，通過不同濾光片的（de）組合可以得（dé）到多種戶內外條（tiáo）件模擬試驗，不同的組合會產生（shēng）不同的（de）光譜及輻射強度，可引起試驗（yàn）結（jié）果的明顯不同。濾（lǜ）光器的老化可導（dǎo）致氙弧燈的紫外發射明顯減少，必須嚴格按照儀器的規（guī）定定期更換內外濾光片。另外，濾光器上的沉積物及其他殘留物也能影響濾光器的透過率，因此應（yīng）定期清洗濾光器。  

 3．2．3輻照強度和控製點  

 輻照度是指照射在平麵上光能的比率。一台耐候性試驗箱必須控製光的輻照強度，以（yǐ）達到加速實驗（yàn）和重（chóng）現試驗（yàn）結果的目的。光輻照度的變（biàn）化會影響材料質（zhì）量惡（è）化的速度，而光（guāng）波波（bō）長的變化（例如光譜的能量分布）則同時會對材料退化的速度和類型產生影晌。通過控製光的（de）輻照強度可以保持與實（shí）際相符的測試條件。

 氙燈型老化機一般都有輻照強度的反饋控製係統，控製（zhì）量大多（duō）以340nm（戶外輻射暴露（lù））或（huò）420nm（透過窗玻璃暴露）為控（kòng）製點，當輻照強度穩定（dìng）控製在0.68W/m2/nm時，試驗機的輻（fú）照強度大致相當於夏季正午（wǔ）太陽直射時的強（qiáng）度。增加輻照強度有時可以加速老化速度，但是對有的材料效果卻不一定明顯，提高老化速度有時會與真實情況不符。需要參照自然氣候曝露對比試驗，才（cái）能得到正確的結（jié）果。  

 3．2．4溫度和濕度（dù）控製  

 光能輻射到（dào）試板提（tí）高了試板（bǎn）的溫度。不同的顏色因吸收的能量不（bú）同，溫升也不一樣，顏色越深溫度越高，黑色zui高，白色zui低。通常（cháng），老化（huà）試驗機使用標準（zhǔn）黑體溫度統一受照射物表麵溫度，也稱黑板溫度。黑板溫度傳感器是內部裝有（yǒu）溫度敏感元件的導熱（rè）板，其（qí）表麵塗有能吸收波長2500nm以內全部入射的輻射光（guāng）的93%、有良好耐老化性能的平整黑（hēi）色塗料、背麵與試板放（fàng）在同一導熱麵上。儀器通過（guò）控製（zhì）吹過試樣表麵的外部冷空氣調（diào）節黑（hēi）板溫度傳感器的溫度，使之穩定在60℃左右。由於（yú）背麵底板的導（dǎo）熱和均熱作用，其他（tā）試樣也將會處於接近（jìn）該溫度的（de）狀態。特殊應用情（qíng）況下，也（yě）有以絕緣黑體溫度（傳感器四（sì）周與底部有隔熱材料）、白板溫度作為試驗試樣的（de）溫度控製（zhì）目標。而箱體（tǐ）氣體溫（wēn）度作為間接的溫度環境儀器也（yě）會設置（zhì）控製係統作（zuò）為下級（jí）控製對象（xiàng）。  

 通常溫度升高10攝氏度，化學反應速度會提（tí）高兩倍。但光化學反應不是（shì）通常的簡單的一步反應，zui初的光化學反應不受熱量影（yǐng）響，而第二步反應要受熱量影（yǐng）響。增加溫度一般可以加速老化速度，但是對（duì）有的材料效果卻不一定明顯，所以，通過提高溫度加速老化速（sù）度，有（yǒu）時也會與真（zhēn）實情況不符。所以既（jì）要提（tí）高老化速度，又要減少誤差，黑板溫度通常不能超過實際使用的zui高溫度。

 濕（shī）度對塗層的老化影響（xiǎng）很大，但高溫的氙燈輻射使濕度控製較難實現（xiàn），一般都有蒸（zhēng）發（fā）水（shuǐ）蒸（zhēng）氣的裝置調節箱（xiāng）體內部的濕度。使之相對濕（shī）度大致維持在50%+/-5%左右。  

 3．2．5循（xún）環  

 或許有人認為連續的（de）光（guāng）照可以加快老化速度，縮短老化時間。但實際（jì）上，很多材料（liào）在發（fā）生（shēng）化學反應之前，它們需要一定的“間歇期”。儀器都（dōu）有循環程序來控製（zhì）試驗遵（zūn）循如幾小時光照，幾小時無光照的（de）周期循環來進（jìn）行。程序還有噴水或浸漬的步驟（zhòu）設計。這樣的老化既接（jiē）近真實情況又速度較快。  

 3．2．6．氙燈型老化機燈管的使用壽命  

 氙燈也會老化，老化造成（chéng）波譜的偏移。由於太陽光譜中紫（zǐ）外線區的光譜（pǔ）分布雖然很窄，並且輻射能（néng）量也僅（jǐn）占太陽總能量的（de）5~7％左右，但經試驗表明該區（qū）域的破（pò）壞力zui大，是造成聚合物老化的（de）主要原因。所以現行更加新的標準對氙（xiān）燈型人工老化機輻照光譜中290nm~400nm的光譜能量分布特意做了更加細的規定。並均把（bǎ）光輻照度的控製點放（fàng）在太陽光的紫外光340nm附近。這樣就提高了與戶（hù）外環境匹配的（de）精度，提高了（le）與戶（hù）外暴曬的相關性，試驗的可重複性和可再現（xiàn）性。但是，由於氙燈光譜中UV段發射效率衰減得更快。當340nm點（diǎn）控製穩定後，由於杠（gàng）杠原理，可見光至紅外部分的輻（fú）照度在氙燈管工作1000小時後都（dōu）會有（yǒu）較大（dà）的提升（約20%以上）。很快超過了太（tài）陽光的典型輻照（zhào）度（dù），這（zhè）樣又會降低與戶外暴曬的相（xiàng）關性，所以，生產廠（chǎng）商都規（guī）定（dìng）了氙燈管的工作壽命，一般（bān）在標（biāo）準功率下工（gōng）作1300~1500小（xiǎo）時後（hòu）需（xū）要更換燈管。這也是氙燈型（xíng）人工老化機運行費用很高的原（yuán）因之一（yī）。紫外熒光燈的壽命：有輻照控製的約6000小時。無（wú）輻照控製的約1600小時。  

 3．3紫外熒光燈型人工氣候老化試驗設備  

 紫外熒（yíng）光燈型人工氣候老化也由耐腐蝕材料製成，其內裝置包括有UV光管組成的輻射源、溫度調（diào）節係統、模擬濕氣的加熱蓄水盤，樣板架、黑標準溫度計、輻照度（dù）測（cè）定儀等。  

 盡管（guǎn）紫外光（UV）隻占陽光的6%，但是它卻是造成戶外產品耐用性下降的主要（yào）光照因（yīn）素。這是因為（wéi）陽光的光化學反應影響隨著波（bō）長的減少而增加。因此在模擬陽光對材料物理性質的（de）破壞影響時，不需要再現整個陽光光譜。在（zài）大多數情況下，隻需要模擬短波的UV光即可。以上研究結果導致了UV熒光燈耐候（hòu）老化機的發（fā）展。UV熒光燈耐候老化機的優點：

 l快速獲得實驗結果

 l簡化的光照度控製

 l穩定的光譜

 l隻需很少的維護

 l價格便宜（yí）、運行費用低廉。  

 所以得到了廣泛的應用（yòng）。至少在配方篩選階段人（rén）們多都想到首先使用紫外熒（yíng）光燈型人（rén）工氣候（hòu）老化機。  

 3．3．1UV能量的（de）波長範圍  

 耐候老化機的代表機型Q8/UV采用熒光UV燈。其原因在（zài）於它們比其他的燈管（guǎn）更為穩（wěn）定，並且有更好的試驗結果再現性（xìng）。采用熒光UV燈模擬陽光對材料物理性質的影響，例如亮度下降（jiàng）、龜裂、剝落等方麵應是的方法。現有幾種不（bú）同的UV燈可供（gòng）選擇。這些UV燈主要產生紫外光，而（ér）不是可見光或紅外光。燈的主要差別體現在它們各（gè）自產生的（de）UV總能量集中在不同的光譜波長（zhǎng）範圍上。不同的燈會產生不同的（de）測試結（jié）果。實際的曝曬應用環境可以提示應選用那種類型的UV燈。  

 UVA-340可*的（de）模擬陽光光譜的臨界短波波長範圍，UVA-340的名稱表示發射峰的波長特（tè）性（以nm表示）即發射峰的（de）波長（zhǎng）為340nm。波長範圍為A波段，即295至360nm的光譜。UVA-340隻產生（shēng）在陽光中（zhōng）能找到的（de）UV波長的光譜。  

 UVB-313，用於zui大程度的加速試驗。UVB-313可以很快地提供實驗（yàn）結（jié）果。它們所采用（yòng）的短波長UV比目前地球表麵上通常找到的UV光波更為強烈。盡管這些比自然波長短許（xǔ）多（duō）的UV光能夠（gòu）zui大（dà）程度地（dì）加速試驗，但它同時也會對某些材料造成不（bú）符和實際的退化破（pò）壞。UVB-313的（de）曝曬程式在QC和R&D的應用和對耐用（yòng）性材料進行試驗時，是極其有用的。

 3．3．2控製輻照強度  

 與氙弧燈裝置一樣，紫外熒（yíng）光燈型人工氣候老（lǎo）化試驗設備一般都有輻照強度的反（fǎn）饋（kuì）控製係統，以期達到加速實驗和重現試驗（yàn）結果的目的。光輻（fú）照度的變化會影響材料質量惡化的速度。通常，使（shǐ）用（yòng）峰值（zhí）波長（zhǎng）為340nm的UVA-340燈管。控（kòng）製輻照強度為0.68w/m2/nm，就可與（yǔ）夏季正午（wǔ）直射的陽光強度相匹配（pèi）。它可以快速提供結果，而絲毫不影響其（qí）相關性。如需加速獲取數據，可（kě）以使之光照強度比夏（xià）季正午的陽光強度高75%。  

 3．3．3模擬露水的影響

 在戶外（wài）的材料與（yǔ）濕氣接觸的時間，每天可以長達（dá）12小時。研究結果表明（míng）造成這種戶外潮濕的主要原因是露水，而不（bú）是雨水。模擬（nǐ）露水是通過冷凝原理來實現。在試驗機箱的底部有一蓄水箱，在Q8/UV的冷凝循環階段，對其進行加熱來產生水汽。熱蒸汽使試驗箱內（nèi）的相對濕度維持在l00%，並（bìng）且保持一個相對高溫。設計確保測試試（shì）件實際上構成試驗箱的側壁，從而使試件的背麵則曝露（lù）在室內環境空氣中。室內空氣的冷卻效用導致（zhì）試件表麵溫度下降到低於蒸汽溫度幾度的（de）水平。這一（yī）溫差導致試件在整個冷凝循環過程中（zhōng），其表麵始終有冷凝生成的液態水（shuǐ）。這種冷凝產（chǎn）物是很穩定的純淨蒸餾水。這種純淨水提高了試驗（yàn）的再現率，而同時避免了（le）水漬問題：由於戶外曝曬接觸潮濕的時間每天可以長達12小時，因此Q8/UV的潮（cháo）濕周期一般（bān）持續幾小時。標準推薦的冷凝周期一般至少持續（xù）4小時。注（zhù）意到Q8/UV中的UV曝曬和冷凝曝曬是分別進（jìn）行（háng）的，這與實際（jì）氣候條件一致（zhì）。冷（lěng）凝的優點：

 l與自然潮濕一致。

 l通過升溫加速實驗過程。

 l采用普通自來水。

 l冷凝產物（wù）是純淨水--在樣品上無水漬或雜質產生。

 l維（wéi）護簡單  

 3．3．4模擬雨水影響  

 對於某（mǒu）些應用過程而言，增加水噴淋能更好的模擬zui終使（shǐ）用（yòng）的環境條件。屋麵、汽車材料和在（zài）金屬建築或結構上使用的防（fáng）腐塗料經常會遭（zāo）遇到突然的溫度劇變。例如在炎熱的夏季中，當熱量堆積表麵溫度很高（gāo）後突然由於暴雨而消散（sàn）。由於經常遭到來自雨水的衝刷，鋼結構的塗料層，包括油漆和著色劑，會出現相應的侵蝕現象。近期研究（jiū）結果表明，這種雨水衝刷動作可以將材料（liào）表麵有防降解作用的塗料粉化層衝刷掉，從而將塗料本（běn）身（shēn）直接（jiē）曝曬在UV和水份的破壞性影響之下。這一過程可以重複多（duō）次，從而導致一種材料退化（huà）現（xiàn）象加劇。而（ér）單靠冷凝方式（shì）是無（wú）法再現的。增加水噴淋以再現此類（lèi）環境條件（jiàn），可以增強某些塗料氣候（hòu）老化試（shì）驗的相關性。

 3．3．5溫（wēn）度控製  

 一級（jí）的光化學反（fǎn）應對溫度變（biàn）化並不敏感（gǎn）。然（rán）而，隨之而（ér）來（lái）的二級反應的速度則和（hé）溫度變化緊密相關。一般來說，隨著溫度升高，反應速度會加快。因此，在（zài）UV曝曬實驗過程中，溫度控製就顯得（dé）很重要。而且要控製加速試驗所采用的試驗溫度與材料在實際應用中遭遇的zui高溫度相當。同樣，紫外光老化試驗機也使用標準黑體溫度統一受照射（shè）物表麵溫度，由於儀（yí）器僅有（yǒu）紫外部分光譜，試板的溫度一般要（yào）靠箱體溫度提（tí）供。UV階段的溫度設置可以從50C到80℃，具體取決（jué）於光照度水平和室內環境氣溫。  

 濕氣循環階段，潮濕對材料的破壞（huài）力會隨著溫度的提高而急劇增加。因此在潮濕循環階段的過程中，溫度控製要求（qiú）保持高溫環境，設置可以是從40*C到60*C。  

 Q8/UV具有輻照強度控製、溫度控製，采（cǎi）用兩種方式來（lái）模擬濕氣的影響。Q/UV3噴淋型（xíng）采用冷凝和水噴淋兩種（zhǒng）方式，Q8／UV2型和Q8/UV1普通型則隻配備冷凝（níng）方式。Q8/UV1普通型輻照強度控製采用燈管新舊搭（dā）配，定（dìng）期淘汰舊（jiù）燈管的方式。機器投資少，但燈（dēng）管（guǎn）整體的替換周期要短（duǎn）一倍。  

 4操（cāo）作要點  

 除另（lìng）有規定，可按GB/T1765-79（89）《測定耐濕熱（rè）、耐（nài）鹽霧、耐候性（人工加速）的防腐塗層製備法》製備並（bìng）養護樣板。樣板養護期結束後，留出一塊作為標準板，其餘2-3塊投入人（rén）工氣候老化試驗機內進行試（shì）驗（yàn）。樣板需放在（zài）試板架上，周圍空氣要流通，樣板在試板架上的排列應以有規律的間隔時間改變，例如（rú）上排（pái）樣板與中排樣板及下排（pái）樣（yàng）板進行交換。  

 試驗時間可（kě）參照相關產品標準（zhǔn）來確（què）定，也可將其（qí）老化狀（zhuàng）態已知的曝露塗（tú）層（參照樣板）與被測樣板同時投入試驗，以確定試驗終點及（jí）評定被測樣板，參照樣板的化學結（jié）構和老（lǎo）化狀況應盡可能與試驗樣（yàng）板（bǎn）相類似。

 樣板的檢查按GB/T1766-1995《色漆和（hé）清漆塗層耐老化的評級方法》規定進行，檢查項日包括：變色、失光、粉化、裂紋、起泡（pào）、生鏽、脫落、斑點、泛（fàn）金（jīn）、沾汙、長黴等。樣板的評定可采用單項評級和綜（zōng）合評級法，綜合評級法分裝飾性（xìng）漆和保護性漆兩種，根據樣板破壞程度可評山優、良、中（zhōng）、可、差（chà）、劣六個級別。  

 5影響人工氣候老化試驗結果的其他（tā）因素  

 5．1試驗儀器校準

 除儀器產（chǎn）地（dì）、型號及性能的差異可能造成試驗結果的（de）不同外，儀器本身的定（dìng）期校準是十（shí）分重（chóng）要的。如不能（néng）按期（qī）對（duì）儀器控製器如：輻照度計、光傳（chuán）感器、黑標準溫度、溫度、濕度傳感器（qì）、水質純度計等進行必要的校準，將影響試（shì）驗結果的準確性。其中以光傳感器的校準zui為重要和（hé）困難。一般由大的（de）人工老化機生產廠家提供服務，並可追溯到相關（guān）國家的標準技術管理機構如美國國家標準與技術研究所。值得一提的是一種的產品（pǐn）稱為Q8-800的照度自（zì）動校準係統提供了用戶可自己完成校準的技術，校準隻需幾秒鍾的時間，避（bì）免了繁雜又易（yì）出錯的校準程序。校準的結果也可（kě）以追（zhuī）溯到美國國家標準與技術研究所頒布的方法（fǎ）。  

 5．2試驗用水（shuǐ）  

 用於儀器內濕潤及模擬戶（hù）外降（jiàng）雨、凝露作用的蒸餾水應符合GB/T6682實驗室用水二級水的要求（qiú）（電導率低於21S／cm，蒸發殘餘物少於lppm），否則將在試（shì）板（bǎn）表麵產生沉積物而造成不可靠的試驗結果。通過冷凝原理來實（shí）現凝露（lù）作用的紫外熒光燈型（xíng）人工氣候老化機可（kě）使用自來水。但模（mó）擬降雨（yǔ）的供（gòng）水（shuǐ）因直接接觸樣板，所以需要蒸餾（liú）水，並應符合GB/T6682實驗室用水二級水的要求。

 5．3其他因素  

 不（bú）同的塗層（céng）（防腐塗層（céng））對不同的光波長（zhǎng）有著不同的選擇性（xìng），如：不同顏色的防腐塗（tú）層對熱量的吸收不同，會有一定（dìng）的測試誤差。另外對顏色、光澤等檢驗（yàn）項目應盡量采用儀器法而不用目測（cè）法，以減少人為誤差

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