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油漆氙燈老化與紫外老化試驗對比分析

作者:標準集團 添加時間:2019-10-14
外飾油漆對汽車外觀質量起著重要的作用,是汽車消費者評價汽車的重要因素之一。汽車的使用年限至少 10 a,油漆在使用過程中存在老化現象,顏色、光澤等會發生變化[1],影響車身外觀質量。為了模擬這些戶外老化現象,通常在實驗室建立老化試驗方法以加速材料的老化。常用的老化方法有氙燈老化和紫外老化。
氙燈老化試驗最初應用于塑料工業、汽車工業等,經過后期的改進與優化,氙燈搭配光學濾鏡可較好地模擬地球表面的太陽光譜,與實際的戶外條件較接近,因而應用較為廣泛。
紫外老化試驗的燈管僅能模擬地球表面的紫外光譜,不能完全模擬戶外條件[3]。雖然紫外老化的光譜與太陽光差別較大,但它能模擬大部分老化現象,同時紫外老化試驗的輻照強度比氙燈老化高,理論上的加速性更好。
汽車外飾油漆開展氙燈老化試驗的周期較長,部分企業在尋求縮短驗證周期的試驗方法。由于紫外老化的輻照強度比氙燈老化高,被考慮作為對氙燈老化加速的方法之一。本研究旨在考察常用油漆樣品在二者之間的試驗結果是否存在相關性,紫外老化試驗對氙燈老化試驗是否存在加速效果。雖然早在 2001 年,孫思儒等[5]就研究了氙燈老化與紫外老化之間的關系,但使用的設備和方法在汽車行業基本未被采用,本研究采用了汽車行業常用的試驗設備和方法,試驗結果具有一定的參考意義。
 
1 試驗部分
1.1 試驗樣品
試驗選取了 A、B、C、D 4 個廠家的各 4 種顏色(白色、黑色、紅色、銀色)樣品共 16 個。
1.2 試驗方法
氙燈老化試驗采用 SAE J 2527—2004 中的試驗方法。紫外老化試驗采用了 ASTM G 154—2006 中的試驗方法。由于 UVA340 燈管發出的紫外光譜與太陽光譜中的紫外波段(295~365 nm)最為近,因此試驗選用此燈管。具體內容見表 1。
1.3 試驗設備
氙燈老化采用的是美國 Atlas 公司的 Ci4000(氙燈老化試驗箱),它是汽車行業應用較廣泛的旋轉式設備。該設備具有 3 層試樣架,可容納 65 個樣品。采用 S Boro/S Boro 濾鏡后的光譜與太陽光譜十分接近,同時該設備可噴淋,模擬戶外的雨水和潮濕條件。
紫外老化采用的是美國 Q-LAB 公司的 QUV-Spray紫外光加速老化試驗機,該設備可安裝多種紫外燈管,僅能模擬紫外光部分(295~365 nm)。同時通過凝露的方式模擬戶外的潮濕條件。
色差儀采用的是日本 Konica Minolta 公司的 CM700D。儀器重復性 :色度值標準偏差 <0.04。光澤度儀采用的是日本 Konica Minolta 公司的MG268,該設備屬于三角度測試儀,具有 20°,60° 和85°測試角。儀器重復性 :0.2 GU(10~100 GU)、±0.2%(100~2 000 GU)。
 
2 結果及分析
2.1 氙燈老化和紫外老化試驗的相關系數不同廠家的油漆在氙燈老化和紫外老化試驗中的相關系數見表 2。
由表 2 可見,4 個廠家的白色油漆在氙燈老化和紫外老化中的相關性極好,相關系數均大于 0.9。A、C、D 3 個廠家的黑色油漆在氙燈老化和紫外老化中具有一定的相關性,相關系數在 0.5~0.8。B 廠家的黑色油漆在二者中的相關性較差,相關系數僅為 0.12。
A、B、D 廠家的紅色油漆在氙燈老化和紫外老化試驗中的相關性一般,相關系數約 0.5。C 廠家的紅色油漆在氙燈老化和紫外老化試驗中的相關性較好,相關系數 >0.9。
4 個廠家的銀色油漆在氙燈老化和紫外老化中的相關性均較好,相關系數 0.79~0.91。
2.2 色差對比
4個廠家的油漆在氙燈老化和紫外老化試驗中的色差對比見圖 1。由圖 1 可見,A、B、C 3 個廠家的白色油漆在氙燈老化和紫外老化中經受同等的輻照量(1 760 kJ)后,色差基本一致。氙燈老化試驗需要開展 56 d,而紫外老化試驗僅需開展 34 d。因此,紫外老化對氙燈老化有加速作用。D 廠家的白色油漆在紫外老化試驗中輻照 1 760 kJ(34 d)后,色差僅相當于氙燈老化 500 kJ(16 d)后的效果。對于該樣品,紫外老化對氙燈老化無加速作用。
4個廠家的黑色油漆在氙燈老化和紫外老化試驗中的色差相近,均小于 0.5。紫外老化試驗輻照 1 760 kJ(34 d)后的色差值小于氙燈老化 1 000 kJ(32 d)后的色差值。對于黑色油漆,紫外老化對氙燈老化無加速作用。
A、B 廠家的紅色油漆在紫外老化中輻照 1 760 kJ(34 d)后的色差與氙燈老化 1 000 kJ(32 d)后的結果相同 ;C、D 廠家的紅色油漆在紫外老化中輻照1 760 kJ(34 d)后的色差僅與氙燈老化 500 kJ(16 d)后的結果相同。對于紅色油漆,紫外老化對氙燈老化亦無加速作用。A、B、C 3 個廠家的銀色油漆在紫外老化中輻照1 760 kJ(34 d)后的色差相當于氙燈老化 2 500 kJ(80 d)后的大小,即紫外老化對氙燈老化起到明顯的加速作用。D 廠家的銀色油漆在紫外老化中輻照了1 760 kJ(34 d)后的色差相當于氙燈老化500 kJ(16 d)后的效果,對于該樣品,紫外老化對氙燈老化無加速作用。
2.3 光澤度對比
4 個廠家的油漆在氙燈老化和紫外老化試驗中的光澤度對比見圖 2。由圖 2 可見,所有油漆樣品在氙燈老化和紫外老化中的光澤度變化率一致,均無較大的變化。紫外老化對氙燈老化無加速效果。
 
3 結語
(1) 白色和銀色油漆樣品在氙燈老化和紫外老化試驗中的相關性較好,黑色和紅色油漆樣品在氙燈老化和紫外老化試驗中的相關性一般 ;
(2) 對于油漆樣品的色差變化,有些樣品的紫外老化對氙燈老化具有加速作用,如 A、B、C 廠家的白色油漆和銀色油漆 ;對黑色和紅色油漆樣品,紫外老化對氙燈老化無加速作用。
(3) 各個油漆樣品在氙燈老化和紫外老化試驗中的光澤度變化基本一致,紫外老化對氙燈老化無加速作用。