汽車涂層的自然曝曬和人工加速老化試驗對比分析
汽車車身涂層在實際使用過程中，由于受到環(huán)境因素（如光、水和溫度）的影響，其物理性能和機械性能會劣化，甚至喪失，出現(xiàn)失光、變色、開裂、粉化、起泡等現(xiàn)象，稱之為氣候老化。為了預(yù)知材料的耐氣候老化性能，目前常用的試驗方法有兩類：戶外自然曝曬試驗和人工加速老化試驗。
戶外自然曝曬試驗是在典型的自然環(huán)境條件下進(jìn)行的，雖然耗時比較長（一般需要1~2年的時間），但因試驗條件真實，試驗結(jié)果與實際使用過程中發(fā)生的老化結(jié)果之間的一致性好，是采用、目前廣泛使用的方法。但這就使汽車制造商在應(yīng)用新的面漆材料時處在兩難的境地，一方面，市場需要新顏色涂料“由設(shè)計到市場”的生產(chǎn)周期和“由使用到淘汰”的壽命周期都很短，另一方面，針對涂裝新工藝、新材料的選擇的試驗周期卻相對漫長。
人工加速老化試驗通過模擬自然環(huán)境條件，用具有人工光源的設(shè)備來加速涂料的老化過程。雖然試驗結(jié)果的重現(xiàn)性好，但與實際使用過程中發(fā)生老化結(jié)果的相關(guān)性（即與自然曝曬結(jié)果間的相關(guān)性）顯得尤其重要。本文根據(jù)大量的試驗數(shù)據(jù)，總結(jié)此兩類試驗方法的規(guī)律性和相關(guān)性。
一、老化試驗條件
1.1自然曝曬試驗條件
我國海南省屬亞熱帶和熱帶氣候，由于陽光輻射強、日照時間長、雨水充足，對涂層老化有明顯促進(jìn)作用。本次自然曝曬試驗地點選在海南汽車試驗研究所，其所在地的氣候特征見表1。
1.2人工加速老化試驗條件
美國ATLAS公司生產(chǎn)的Ci5000型氙燈氣候試驗機，輻照度（340nm）0.5W/m2，干燥期間的相對濕度60%~80%，黑標(biāo)準(zhǔn)溫度（65±2）℃，降雨周期18min/102min，試驗時間1000h。
1.3試驗標(biāo)準(zhǔn)
無背板式直接曝露于大氣中的自然曝曬試驗標(biāo)準(zhǔn)為GB/T9276—1996（IDTISO2810）《涂層自然氣候曝露試驗方法》；人工加速老化試驗的試驗條件滿足GB/T1865—1997《色漆和清漆人工氣候老化和人工輻射曝露》；兩種試驗的評價標(biāo)準(zhǔn)為GB/T1766—1995《色漆和清漆涂層老化的評級方法》。
1.4樣品準(zhǔn)備
試驗樣品均按傳統(tǒng)的三涂層結(jié)構(gòu)“底漆層--中涂層--面漆層（基色漆+罩光漆）”制備，主要施工工藝為：白板→磷化→陰極電泳→烘干→中涂→烘干→面漆（基色漆→閃干→罩光漆）→烘干
1.5試驗結(jié)果
(1)4種顏色不同涂料體系面漆的兩年自然曝曬結(jié)果見表2、圖1~圖4，1000h人工加速老化結(jié)果見表3，自然曝曬與人工加速老化試驗結(jié)果的對比見圖5~圖8（A、B、C分別代表不同的涂料廠商提供的樣品）。
二、結(jié)果分析
（1）自然曝曬試驗可確切評價各類涂料和涂層的耐光性和耐久性，是人工加速試驗的基礎(chǔ)。由表2所列每3個月檢測一次的數(shù)據(jù)可知，樣品的老化等級會逐漸增加，一般12個月至18個月老化等級會突變。
?。?）由表2可見，裝飾性三涂層體系一般先出現(xiàn)失光和色差現(xiàn)象，并伴隨有沾污和粉化現(xiàn)象，起泡、長霉和生銹等老化現(xiàn)象出現(xiàn)較少。
（3）由表2可見，一般自然曝曬12個月結(jié)果為優(yōu)級和良級的，24個月的老化結(jié)果才有可能達(dá)到中級。
(4)由表2知，同一種顏色、不同涂料體系的產(chǎn)品，曝曬結(jié)果會相差很大；同一涂料體系的不同顏色的產(chǎn)品，曝曬結(jié)果間沒有可參照性。
(5)由圖5～圖8可見，高級裝飾性面漆涂層人工老化1000h試驗結(jié)果與大氣曝曬6個月結(jié)果吻合較好，人工老化1000h試驗不能反應(yīng)出沾污、起泡、發(fā)白和粉化等其他老化現(xiàn)象。
(6)由表4知，同涂料體系/同一色系不同色調(diào)的面漆，曝曬結(jié)果會有較大差異，檢測結(jié)果不能相互替代，但出現(xiàn)老化現(xiàn)象的先后時間和加速規(guī)律可以借鑒；同涂料體系，同一色系和色調(diào)，僅僅明度有差異的面漆，曝曬結(jié)果才有參考價值。為縮短檢驗周期，可以在自然曝曬試驗的同時進(jìn)行人工加速老化試驗，以預(yù)測最終結(jié)果。
(7)由表5知，同一色系和色調(diào)的金屬閃光漆和本色面漆的曝曬結(jié)果相比較，金屬閃光漆要好于本色面漆。
(8)由表6知，對同種涂料/不同膜厚的面漆兩年大氣曝曬結(jié)果進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)膜厚差別很大會導(dǎo)致實測色差值差別很大，干擾每次檢測的色差值。雖然膜厚增加在曝曬初期對失光率、色差評定有利，但不會對最終結(jié)果有所改善。所以有的廠商為了追求好的耐候性結(jié)果，制板時一味地增加膜厚是不可取的。大氣曝曬投試的樣品應(yīng)按材料施工工藝的要求，膜厚均勻、平整光滑、無漆膜弊病
(9)由表7知，自然氣候條件下的大氣曝曬試驗非人力可控，因為環(huán)境中的光、水、溫度隨時會發(fā)生改變，所以在不同時間開始的試驗很難獲得一致的結(jié)果。只有嚴(yán)格制板，同期投入試樣才有可比性，對比試驗的結(jié)果可以作為評定樣品耐候性好壞的依據(jù)。
(10)建議表述人工加速老化對比試驗結(jié)果用以下兩種方法。
a.到達(dá)試驗周期，樣品評定等級的對比表述。例如：1000h，試樣1綜合等級評定為0級；試樣2綜合等級評定為1級。
b.樣品到達(dá)某一老化等級時，試驗周期的對比表述。例如：1000h，試樣1綜合等級0級；2000h，試樣2綜合等級0級。
三、結(jié)論
自然曝曬試驗與汽車運行工況相吻合，可確切評價涂料和涂裝產(chǎn)品的防腐蝕性和耐久性，是人工加速試驗的基礎(chǔ)。雖然人工加速老化試驗的試驗條件可控，但因為引起涂層老化的因素很多，環(huán)境與材料之間的相互作用非常復(fù)雜，只是模擬和強化了自然界中影響材料老化的主要因素，如太陽輻射、溫度和濕度等，而試圖尋找一種普遍適用的方法或公式來計算加速因子是不科學(xué)的。人工加速老化試驗對于同期投放、性質(zhì)相同的樣品的對比試驗有利，可以縮短新顏色涂料的開發(fā)和選擇周期，預(yù)知有問題的涂料，減少汽車制造商的損失。
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