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, aging

1 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231～376nm（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/4148J·mol-1
波长/nm
化学键
键能/4148J·mol-1
波长/nm
C-C（芳香族）
124
231
C-O（乙醇）
92
311
C-H（乙炔）
121
236
C-O（甲醇）
89
321
C-H（乙烯）
106
27
C-C（乙烷）
84
340
C-H（芳香族）
103
278
C-Cl（氯甲烷）
84
340
C-H（甲烷）
102
280
C-C（丙烷）
83
345
O-H（甲醇）
100
286
C-Cl（氯乙烷）
81
353
O-H（乙醇）
100
286
C-O（甲醚）
76
376
C-H（乙烷）
99
289

2.2 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-340
2
辐照度
0.89W/m2/nm
3
波长
340nm
4
曝露周期
8h辐照，黑板温度60℃；4h冷凝，黑板温度50℃
3.4 试验成果
⑴ 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 Δa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。
⑵ 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Δa值变化见图6、Δb值变化见图7、ΔL值变化见图6、ΔE值变化见图9。

图7 Δb值变化 图8 ΔL值变化

图9 ΔE值变化 图10 附着力变化
从图6可以看出，A、B两企业Δa值变化趋势基本相似，颜色变化往绿相发展。图7为Δb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ΔL值变化，可以看出A企业ΔL值变化比较平稳，而B企业ΔL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ΔE值变化，ΔE可以综合反应试验前后颜色变化，从图9可以看出ΔE值变化趋势基本一致，ΔE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。
⑶ 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.