彩涂板戶外老化測試與實(shí)驗(yàn)氙燈耐氣候試驗(yàn)方法，哪一種更好？

彩涂板老化試驗(yàn)的現(xiàn)狀

彩涂板因其優(yōu)良的成型性、耐久性和裝飾性能，被廣泛應(yīng)用于建筑、家電、家具等行業(yè)。國外對(duì)彩涂板的生產(chǎn)和研究已有50多年的歷史，而國內(nèi)對(duì)彩涂板的生產(chǎn)還不到20年，因此對(duì)彩涂板性能的研究非常有限。本文主要研究彩涂板的室外暴露和實(shí)驗(yàn)室加速耐候試驗(yàn)及其相關(guān)性。

室外暴露和實(shí)驗(yàn)室加速風(fēng)化試驗(yàn)方法

為了研究不同地區(qū)的室外暴露情況，我們?cè)趯氫?、北京、廣州、海南、重慶等地對(duì)目前國內(nèi)外廣泛使用的12種不同樹脂體系的彩涂板進(jìn)行了室外暴露試驗(yàn)。戶外曝曬時(shí)間共計(jì)3年，每隔一年對(duì)樣品的顏色變化、失光、粉化等性能進(jìn)行檢測。在戶外曝曬的同時(shí)，我們還在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了加速風(fēng)化試驗(yàn)。在Q-Sun氙氣燈試驗(yàn)箱中暴露1000小時(shí)，實(shí)驗(yàn)室加速老化試驗(yàn)按照國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 13448-2006設(shè)定試驗(yàn)條件，具體參數(shù)見表1。

表1 Q-SUN氙燈耐氣候試驗(yàn)箱測試程序

室外曝曬和實(shí)驗(yàn)室氙燈耐氣候試驗(yàn)的結(jié)果分析

試驗(yàn)結(jié)果的初步分析

經(jīng)過戶外曝曬和實(shí)驗(yàn)室加速風(fēng)化試驗(yàn)，我們選擇并測量了6個(gè)樣品的顏色變化、失光率、粉碎度等數(shù)值。在測量這些參數(shù)的過程中，我們發(fā)現(xiàn)了以下問題。

戶外曝曬受環(huán)境的影響很大。除了光照、溫度和濕度的主要影響，酸雨、鹽霧、霉菌和工業(yè)沉積物等戶外因素也會(huì)對(duì)材料造成損害。由于海南和廣州屬于沿海氣候條件，樣品的室外暴露會(huì)受到鹽霧、霉菌等情況的影響；重慶受酸雨的影響較大；但寶鋼試驗(yàn)場位于工業(yè)環(huán)境中，各種工業(yè)污染物的沉降量很大，對(duì)樣品的影響也很大。因此，只有北京的樣品污染較小，實(shí)驗(yàn)室的加速老化試驗(yàn)結(jié)果與北京的戶外暴露結(jié)果有很好的相關(guān)性。

由于我們?cè)跍y試樣品的顏色變化、變色和粉化之前對(duì)其進(jìn)行了清洗，所以有些測試結(jié)果不能反映樣品的真實(shí)老化結(jié)果。例如，在北京，第三年的顏色變化沒有第二年那么嚴(yán)重，主要是因?yàn)槲覀兦逑戳藰悠泛?，樣品出現(xiàn)了新的表層，沒有老化，所以出現(xiàn)了上述的測試結(jié)果。因此，我們只考慮第一年和第二年的室外暴露的測試結(jié)果。

由于受到酸雨、鹽霧、霉菌和工業(yè)沉積物等戶外因素的影響，即使是戶外暴露之間的相關(guān)性也不是很好。相比之下，加速實(shí)驗(yàn)室測試和戶外暴露之間的相關(guān)性要好一些。我們將在下面的章節(jié)中重點(diǎn)討論Q-Sun氙氣燈試驗(yàn)箱與戶外暴露之間的關(guān)系。

• 各地區(qū)戶外曝曬試驗(yàn)中樣品顏色變化的相關(guān)性

對(duì)于樣品的顏色變化，我們首先研究不同地區(qū)之間的戶外暴露測試結(jié)果的相關(guān)性。下面的表2顯示了幾個(gè)不同地區(qū)的室外曝曬試驗(yàn)中樣品顏色變化的相關(guān)系數(shù)rsQUV（spearman相關(guān)系數(shù)）。相關(guān)系數(shù)是指用兩種不同的測試方法測試一組樣品所得到的實(shí)驗(yàn)結(jié)果之間的相關(guān)性。相關(guān)系數(shù)rs的計(jì)算公式為：rs=1-6∑di2/[n(n2-1)]，其中n指的是樣品的數(shù)量，di指的是兩列中每組的排名號(hào)之差。rs越接近于1，相關(guān)度越高。

表2幾個(gè)不同地區(qū)的戶外暴露試驗(yàn)中樣品顏色變化之間的Spearman相關(guān)系數(shù)

通過觀察表2中的數(shù)據(jù)，我們發(fā)現(xiàn)戶外暴露之間的Spearman相關(guān)系數(shù)不是很好。即使在同一地區(qū)，暴露一年和暴露兩年的測試結(jié)果之間的相關(guān)性也不盡如人意。其中，只有寶鋼一年與寶鋼兩年的相關(guān)系數(shù)為1，其他相關(guān)系數(shù)均小于1，如海南一年與海南兩年的相關(guān)系數(shù)僅為0.66。不同地區(qū)之間的相關(guān)系數(shù)并不理想，有些甚至是負(fù)的。例如，廣州1年、廣州2年、重慶1年、重慶2年和海南2年之間的相關(guān)系數(shù)都是負(fù)的。

如上所述，室外暴露的相關(guān)系數(shù)不是很好，主要是因?yàn)槭彝獗┞妒苁彝庖蛩氐挠绊懞艽?，如酸雨、鹽霧、霉菌、工業(yè)沉積物等。我們甚至發(fā)現(xiàn)，在寶鋼試驗(yàn)場的樣品表面有黃斑或黑斑。

• Q-Sun氙氣燈試驗(yàn)箱與戶外暴露試驗(yàn)中樣品顏色變化的相關(guān)性

在研究不同地區(qū)戶外暴露的相關(guān)性的同時(shí)，我們還研究了Q-Sun氙氣燈試驗(yàn)箱與戶外暴露試驗(yàn)中樣品顏色變化的相關(guān)性。具體的相關(guān)系數(shù)如表3所示。

與表2相比，表3中Q-Sun氙氣燈試驗(yàn)箱與戶外曝曬試驗(yàn)中樣品顏色變化的相關(guān)系數(shù)不是很差，一般在0.60以上。Q-SUN氙氣燈試驗(yàn)箱與北京試驗(yàn)場的相關(guān)系數(shù)大于0.80，Q-SUN氙氣燈試驗(yàn)箱與北京試驗(yàn)場兩年的相關(guān)系數(shù)更是高達(dá)0.94。

在復(fù)雜的戶外曝曬因素影響下，我們可以得到表3所示的Q-SUN氙氣燈試驗(yàn)箱與戶外曝曬試驗(yàn)中樣品顏色變化的相關(guān)系數(shù)，說明它們之間的相關(guān)性很好。接下來，我們將分析在Q-Sun氙氣燈試驗(yàn)箱中測試的時(shí)間長短的影響，這相當(dāng)于在戶外暴露的時(shí)間。

• Q-Sun氙氣燈試驗(yàn)箱與戶外暴露試驗(yàn)時(shí)間的比較

為了得到實(shí)驗(yàn)室加速老化試驗(yàn)與戶外暴露試驗(yàn)結(jié)果之間的關(guān)系，也就是大家普遍關(guān)心的--如果加速試驗(yàn)與戶外結(jié)果之間的相關(guān)性足夠好，對(duì)于某種變化的材料來說，在Q-Sun氙燈試驗(yàn)箱中試驗(yàn)需要多長時(shí)間就相當(dāng)于戶外暴露的效果。在本文中，在Q-Sun氙氣燈試驗(yàn)箱中的1000小時(shí)相當(dāng)于分別在北京、寶鋼、廣州、海南和重慶的暴露時(shí)間。

這里有一個(gè)例子來說明我們的分析方法。例如，當(dāng)我們研究在Q-Sun氙氣燈試驗(yàn)箱中的暴露時(shí)間相當(dāng)于1000小時(shí)時(shí)，我們首先測量樣品在Q-Sun氙氣燈試驗(yàn)箱中暴露1000小時(shí)、在北京暴露1年和在北京暴露2年后的顏色變化，并以△E表示，如表4所示。

樣品編號(hào) △E（Q-SUN1000h） △E（在北京1年） △E（在北京2年）

在本次實(shí)驗(yàn)中，由于測量值較少，我們只能大致知道樣品在Q-Sun氙氣燈試驗(yàn)箱中測試1000小時(shí)后的顏色變化沒有在北京曝光一年后的顏色變化嚴(yán)重，但我們無法準(zhǔn)確計(jì)算出相當(dāng)于在北京曝光幾個(gè)月的結(jié)果。

因此，我們建議，在未來，我們應(yīng)該多采取幾個(gè)時(shí)間段來測量樣品。在一個(gè)試驗(yàn)中，初始值應(yīng)該至少測量5次。例如，在上述實(shí)驗(yàn)中，對(duì)于Q-Sun氙氣燈試驗(yàn)箱，我們至少應(yīng)該測量初始值，即0小時(shí)、200小時(shí)、400小時(shí)、600小時(shí)、800小時(shí)和1000小時(shí)的結(jié)果，而對(duì)于在北京的兩年暴露試驗(yàn)，我們至少應(yīng)該測量初始值，即0個(gè)月、6個(gè)月、1年、18個(gè)月和2年的結(jié)果。

通過觀察表4，我們還發(fā)現(xiàn)，Q-Sun氙氣燈試驗(yàn)箱的試驗(yàn)時(shí)間不夠長，所以應(yīng)該多試驗(yàn)一些時(shí)間，如2000h或3000h h。

• 不同地區(qū)的室外曝曬試驗(yàn)中樣品損失率的相關(guān)性

對(duì)于樣品的失光率，我們也首先研究了不同地區(qū)之間戶外曝曬試驗(yàn)結(jié)果的相關(guān)性。下面的表5顯示了幾個(gè)不同地區(qū)的戶外曝曬試驗(yàn)中樣品失光率之間的相關(guān)系數(shù)。

表5 幾個(gè)不同地區(qū)戶外曝曬試驗(yàn)中樣品失光率的相關(guān)系數(shù)。

通過觀察表5中的數(shù)據(jù)，我們發(fā)現(xiàn)戶外暴露之間的相關(guān)系數(shù)不是很好。即使在同一地區(qū)，暴露一年和暴露兩年的測試結(jié)果之間的相關(guān)性也不盡如人意，廣州一年和廣州兩年的相關(guān)系數(shù)只有0.17。不同地區(qū)之間的相關(guān)系數(shù)也不理想，尤其是海南一年和海南兩年與其他地區(qū)的相關(guān)系數(shù)。

• Q-SUN實(shí)驗(yàn)氙燈耐氣候試驗(yàn)箱與戶外暴露試驗(yàn)中樣品損失率的相關(guān)性

在研究不同地區(qū)戶外曝曬相關(guān)性的同時(shí)，我們還研究了Q-SUN氙氣燈試驗(yàn)箱與戶外曝曬試驗(yàn)中樣品損失率的相關(guān)性。具體的相關(guān)系數(shù)如表6所示。

表6 Q-SUN實(shí)驗(yàn)氙燈耐氣候試驗(yàn)箱與戶外曝曬試驗(yàn)中樣品損失率的Spearman相關(guān)系數(shù)

與表5相比，表6中Q-Sun實(shí)驗(yàn)氙燈耐氣候試驗(yàn)箱與戶外曝曬試驗(yàn)中樣品損失率的相關(guān)系數(shù)不是很差，一般都在0.60以上。Q-Sun氙氣燈試驗(yàn)箱與寶鋼一年的相關(guān)系數(shù)高達(dá)0.94。

在復(fù)雜的戶外曝曬因素影響下，我們可以得到表6所示的Q-Sun實(shí)驗(yàn)氙燈耐氣候試驗(yàn)箱與戶外曝曬試驗(yàn)中樣品損耗率的相關(guān)系數(shù)，說明它們之間的相關(guān)性很好。但由于本次試驗(yàn)的測量值較少，我們只能大致知道樣品在Q-Sun氙氣燈試驗(yàn)箱中測試1000小時(shí)后的失光率相當(dāng)于寶鋼2年的結(jié)果，所以無法計(jì)算出準(zhǔn)確的數(shù)值。

結(jié)論和建議

本文研究了幾種不同樹脂體系的彩涂板的室外暴露和實(shí)驗(yàn)室加速老化試驗(yàn)。通過本實(shí)驗(yàn)，我們認(rèn)識(shí)到室外暴露是實(shí)驗(yàn)室加速老化試驗(yàn)的基礎(chǔ)，積極開展室外老化試驗(yàn)是非常重要的。我們應(yīng)該用室外暴露試驗(yàn)來指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)室的加速試驗(yàn)。由于戶外暴露因素的復(fù)雜性，如酸雨、鹽霧、霉菌和工業(yè)沉積物等，實(shí)驗(yàn)室加速試驗(yàn)不能完全模擬戶外試驗(yàn)中的所有老化現(xiàn)象。

通過合理的評(píng)估和統(tǒng)計(jì)分析，我們得到了Q-SUN實(shí)驗(yàn)氙燈耐氣候試驗(yàn)箱和戶外暴露對(duì)樣品顏色變化和失光率的良好相關(guān)系數(shù)。

通過這次實(shí)驗(yàn)，我們也注意到實(shí)驗(yàn)過程中需要改進(jìn)的一些地方。

在對(duì)戶外曝曬樣品進(jìn)行評(píng)估之前，應(yīng)該清洗一半的樣品，而不是全部清洗，這樣對(duì)以后的評(píng)估就沒有證據(jù)。

在試驗(yàn)過程中，至少要對(duì)樣品進(jìn)行五次評(píng)估，包括初始值，這樣可以避免數(shù)據(jù)太少而無法對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

確定試驗(yàn)的終點(diǎn)也很重要。例如，在這次試驗(yàn)中，樣品的某些性能沒有達(dá)到實(shí)驗(yàn)室加速試驗(yàn)中室外暴露的老化程度。

另一個(gè)重要的點(diǎn)是現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)室加速試驗(yàn)方法的局限性。例如，我們可以增加酸雨模擬試驗(yàn)（可在Q-Sun Xe-3HD模型中實(shí)現(xiàn)）來模擬重慶的暴露環(huán)境，增加紫外線鹽霧復(fù)合試驗(yàn)（可在QUV+Q-Fog中實(shí)現(xiàn)）來模擬海南和廣州沿海地區(qū)的暴露環(huán)境。