汽车油漆涂层耐候性分析及紫外加速老化试验方法.doc

汽车油漆涂层耐候性分析及紫外加速老化试验措施【摘要】 光照、高温和潮湿是导致汽车油漆涂层失光、褪色、黄变、粉化重要原因，紫外加速老化试验可模拟太阳光中紫外部分对油漆涂层破坏作用，用数天或数周时间重现户外数月乃至数年出现危害。本文重要简介了引起汽车油漆涂层老化原因以及运用QUV紫外加速老化试验验证汽车油漆涂层耐候性。【关键词】 紫外加速老化，耐候性，汽车油漆涂层，QUV，涂层老化The analysis of the weather resistance of automobile coating and the method of UV accelerated weathering test Abstract : Sunlight, high temperature and humidification are the main causes of automobile coating dulling, fading,yellowing and chalking. UV accelerated weathering test can simulate the damaging effects of coating at the short wavelength ultraviolet light, recur outdoor damaging of few months or years just in a few days or weeks. This paper mainly introduces the causes of automobile coating aging and uses UV accelerated weathering test to validate the weather resistance of automobile coating. Key Words: UV accelerated aging, weather resistance, automobile coating, QUV, aging1 引言光照、高温和潮湿是导致车油漆涂层失光、褪色、黄变、粉化重要原因，油漆涂层耐候性优劣与涂料组分光谱敏感性有关。汽车涂料主树脂重要由环氧树脂、氨基树脂、聚酯树脂等构成，具有碳氧双键，碳碳单键等官能团。不一样官能团由于键能不一样，因而对光敏感性不一样，产生耐候性差异。对于汽车涂料，紫外线是导致涂料老化重要原因。紫外加速老化试验可模拟太阳光中紫外部分对油漆涂层破坏作用，用数天或数周时间重现户外数月乃至数年出现危害。可协助选择新材料以及评价材料配方对耐久性影响，到达验证涂料性能目。2 油漆涂层老化原因分析光照、高温和潮湿，这三个原因中任何一种都会引起汽车油漆涂层老化损害，但它们往往同步发生作用，所导致危害将不小于其中任一原因单独作用。2.1 光照油漆涂层发生降解程度和类型，取决于树脂光谱敏感性。不一样波长光破坏作用不一样。每种树脂光谱敏感性都不一样，光谱敏感性决定一种树脂是对短波长敏感还是对长波长敏感或者对两者都敏感。每种化学键，都对应一种阈值波长，这种波长有足够能量使化学键发生反应。比阈值波长短波长可以破坏化学键，而比之长波长无论光强多大都不能破坏化学键1。汽车涂料用树脂重要由聚酯树脂、氨基树脂、醇酸树脂以及丙烯酸树脂中一种或几种构成（含C-C 、C-H 、O-H、 C-O等官能团），所含官能团对应阈值波长范围231376nm（常见涂料用树脂敏感波长见表1）。此波长对应太阳光中短波紫外线波段。表1 常见涂料树脂敏感波长化学键键能/4148Jmol-1波长/nm化学键键能/4148Jmol-1波长/nmC-C（芳香族）124231C-O（乙醇）92311C-H（乙炔）121236C-O（甲醇）89321C-H（乙烯）10627C-C（乙烷）84340C-H（芳香族）103278C-Cl（氯甲烷）84340C-H（甲烷）102280C-C（丙烷）83345O-H（甲醇）100286C-Cl（氯乙烷）81353O-H（乙醇）100286C-O（甲醚）76376C-H（乙烷）992892.2 高温高温也是导致汽车油漆涂层破坏重要原因。当温度升高时，光破坏作用也将随之增大。尽管温度不影响重要光致反应，但却影响次要化学反应。试验室老化测试必须提供精确温度控制，一般可通过升温措施来加速老化过程1。2.3 潮湿露珠、雨水及高湿度是引起汽车油漆涂层潮湿危害重要原因。记录显示，放在室外汽车每天都将长时间处在潮湿状态。由潮气形成露珠是室外潮湿重要原因，露珠对汽车油漆涂层导致危害比雨水更大，由于它附着在油漆涂层上时间更长，引起更为严重潮湿吸取1。3 紫外加速老化试验3.1 试验条件 本试验采用美国Q-Lab企业生产QUV老化试验机。QUV老化试验机可实现如下模拟功能。阳光模拟QUV可实现用荧光紫外线灯模拟太阳光来对油漆涂层导致损害。UVA-340灯管对太阳光紫外短波段模拟效果好，其光谱能量分布在太阳光截止点到大概360nm范围内与太阳光谱吻合得非常好（如图1所示）。辐照度控制QUV老化机备有日光眼光强控制器，运用日光眼反馈循环系统，可以持续、自动地控制且精确地保持辐照度，日光眼靠调整灯功率来自动赔偿因灯管老化和其他原因导致光强变化。在仅仅几天或几周内，能模拟在室外几种月甚至几年所导致损害。UV紫外灯测试样品测试室翻盖门氧气排气口室内空气冷却测试样品蒸汽热水图1 UNA-340光谱与太阳光谱比较 图2 QUV冷凝循环示意图潮湿模拟潮湿模拟测试室底部水被用来加热产生蒸汽，热蒸汽使测试室内保持100相对湿度。在QUV中，测试样品实际上形成测试室侧壁，样品另一面暴露在室内周围空气中。室内相对较冷空气使得测试样品表面比测试室内热蒸汽温度低好几度，温度差产生冷凝循环现象，在样品表面液态形式水慢慢地凝结（如图2所示）。此外，冷凝过程是在一较高温度（一般为50）下进行，这大大加速了潮湿侵蚀。用QUV长时间热凝结循环过程来模拟户外潮湿侵蚀比其他某些措施，如溅水、浸水或高湿度都更有效。3.2 试验涂料用于耐候性验证涂料信息见表2。表2 涂料信息编号颜色名称供应商编号颜色名称供应商1公爵黑A涂料企业8公爵黑B涂料企业2单色黑A涂料企业9单色黑B涂料企业3珠海蓝A涂料企业10珠海蓝B涂料企业4印红A涂料企业11印红B涂料企业5星辰白A涂料企业12星辰白B涂料企业6婚纱白A涂料企业13婚纱白B涂料企业7单色白A涂料企业14单色白B涂料企业3.3 试验过程QUV老化试验参数2控制见表3，试验参照原则ASTM G154-06 非金属材料紫外荧光曝露试验措施。表3 参数控制序号项目条件1灯管类型UVA-3402辐照度0.89W/m2/nm3波长340nm4曝露周期8h辐照，黑板温度60；4h冷凝，黑板温度503.4 试验成果 光泽变化 试验前后光泽变化见图3，A企业光泽变化率见图4，B企业光泽变化率见图5。图3 试验前后光泽变化 图4 A企业失光率从图3中光泽曲线变化可以看出，一般状况下，金属漆光泽比单色漆光泽稍高，浅色漆比深色漆光泽稍高。同步可以看出试验前后A企业漆膜初始光泽及试验后光泽比B企业稍高。此外B企业单色白面漆光泽下降比较明显。 从图4可以看出A企业试验前后光泽变化在2.4-9.9之间，其中单色黑失光率为9.9，失光比较严重。单色黑与单色白相比失光较大，重要是由于黑色漆对光反射能力较差，易吸光，而白色对光反射很好，可以反射一部分光，减少光泽损失。对于黑色系公爵黑相比较于单色黑失光率较小，重要由于金属漆中具有金属铝粉，金属铝粉可反射部分光，减少光谱能量对漆膜破坏作用。图5 B企业失光率 图6 a值变化从图5可以看出B企业试验前后光泽变化在1.8-26.3之间，光泽变化比较大。此外单色白面漆光泽变化率为26.3，明显失光。从B企业光泽变化率曲线可以看出B企业涂料产品体系不是很稳定。 颜色变化树脂和颜料变化均可以影响到汽车油漆涂层颜色变化，如褪色、变黄、色相变化等。试验前后a值变化见图6、b值变化见图7、L值变化见图6、E值变化见图9。 图7 b值变化 图8 L值变化图9 E值变化 图10 附着力变化从图6可以看出，A、B两企业a值变化趋势基本相似，颜色变化往绿相发展。图7为b值变化，颜色变化趋势为蓝相发展，同步可以看出B企业单色白面漆绿相变化比较大。图8是L值变化，可以看出A企业L值变化比较平稳，而B企业L值变化不是很稳定，可以初步判断B企业涂料体系不是很稳定，各颜色之间波动比较大。图9是E值变化，E可以综合反应试验前后颜色变化，从图9可以看出E值变化趋势基本一致，E值变化区间从0.9到2.7，B企业星辰白颜色变化最大，A企业单色白颜色变化最小。 附着力变化 附着力变化如图10所示，除婚纱白面漆附着力变化较大以外，其他颜色附着力变化基本一致。4 结论综合比较试验前后A、B两企业油漆涂层光泽变化、颜色变化以及附着力变化，可知，A企业油漆涂层耐候性优于B企业，B企业涂料体系不是很稳定，各颜色之间指标波动比较大。紫外加速老化试验，条件可控，可以缩短新颜色涂料开发和选择周期，预知有问题涂料，减少汽车制造商损失。然而紫外加速老化试验获得试验数据是相对，只能鉴定同类材料之间耐候性优劣3。参照文献1 张恒QUV和Q-SUN两种有效测试耐候性和光稳定性措施比较J,汽车工艺与材料，08：36-38.2 孙思儒.浅析QUV老化机与氙灯老化试验成果比较J,现代涂料与涂装，06：36-37.3 王纳新.车身涂层自然暴晒和人工加速老化J,汽车工艺与材料，01：31-34.