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嘉峪檢測網 2020-09-15 08:44
粉末涂料是一種不含溶劑的固體粉末狀涂料，具有節省能源和資源、減輕勞動強度和涂膜機械性能好等特點，尤其是不含有機溶劑、無污染，受到涂料行業廣大環保愛好者的青睞。近幾年，粉末涂料得到了快速的發展和應用，特別是熱固性粉末涂料。在熱固性性粉末涂料中，戶外粉末涂料占據了很大的比重。下文提到的粉末涂料一般特指戶外粉末涂料。
粉末涂料固化后的涂層，在實際戶外使用過程中容易受到陽光、雨水、溫度、氧氣、水分以及沙塵等諸多環境因素的影響，會產生發黃、褪色、粉化、開裂、起泡、表面剝落等老化現象，從而影響到產品的性能和美觀。
研究粉末涂料的耐候性，對于評價涂層的性能，預測涂層的使用壽命，積極采取措施減緩材料的老化，對于粉末涂料的改性和開發都有非常重要的現實意義。本文從著重從粉末涂料耐候性能的檢測方面進行闡述。
耐候性檢測的分類
耐候性檢測一般常見的有以下幾種：
☆ 氣候老化試驗
☆ 紫外老化試驗
☆ 臭氧老化試驗
☆ 熱空氣老化試驗
☆ 溫度交變老化試驗
☆ 濕熱老化試驗
☆ 介質老化試驗
除了上述試驗方法外，還有耐寒試驗、鹽霧老化試驗、抗霉試驗等等，盡管測試方法有幾十種，但在進行具體試驗時，要根據材料的最終使用環境、材料的類別和試驗目的等，來選取適當的測試方法。
氣候老化試驗是目前應用最為廣泛的一種測試方法。下文講到的耐候性測試也主要以氣候老化試驗為主。
氣候老化試驗—是將材料的試驗樣品曝露與大氣環境條件下，從而獲得材料樣品在大氣環境曝露下的老化規律，進一步對材料的性能進行分析，預測其使用壽命的一種研究方法。
氣候老化試驗方法分為兩種：
☆ 自然曝露試驗：樣品曝露與真實的大氣環境下，獲得材料真實環境下的老化行為。
優點：信息最為準確、方法最為有效，測試成本相對較低。
缺點：周期長、氣候多變、受環境因素影響較大，重現性不好。
☆ 人工氣候老化試驗：通過室內模擬真實大氣環境，或者加強某一特定環境因素，以求在短時間內獲得材料老化行為的試驗方法。
通常使用的人工氣候老化試驗箱有：
☆ 氙燈氣候老化試驗箱
優點：光譜分布最接近戶外太陽光光譜，與戶外自然曝露測試最為接近。
缺點：設備價格、測試和維護成本較高，安裝條件和運行環境要求高，重現性，相對紫外要弱一些。
☆ 熒光紫外氣候老化試驗箱
優點：測試周期短、快速，測試和維護成本低，運行環境沒有特殊要求，重現性相對較好。
缺點：因為光譜采用太陽光中的紫外光波段，沒有占太陽光很大比重的可見光，因此，會造成一些材料的失真，即實驗室加速結果與戶外實際測試完全相反的結果。
☆ 碳弧燈氣候老化試驗箱
這種方法是早期的一種測試方法，現在除了日本一些公司在采用外，普遍很少采用了。
粉末涂料耐候性測試的影響因素
1 底材的影響
粉末涂料底材，主要以鋼、鋁、鐵等金屬件為主，3種材料的熱導系數不同，相同的粉，噴涂在不同底材上，固化完全后，測試老化試驗的結果會有差異。
我們選取了10種樹脂制成的高光、白色粉末涂料，分別以鋁、鐵、鋼作為底材，進行噴涂、固化，制成測試用樣板。按照GB/T 1865-2009標準，氙燈1500小時測試結果如下。
鋁/熱導系數 237；鐵/熱導系數 80；鋼/熱導系數 15-18（不同合金，成分不同）；
鋁熱導系數大，散熱速度快，單位時間內留在涂層表面的熱量相對較少。涂層的熱解或熱致變速度變慢。在試驗中表現為失光程度較小，白色涂層的色差（△E）變化不明顯。
2 原材料的影響
粉末涂料由樹脂、固化劑、顏料、填料和部分助劑混合，熔融擠出，在固化前，是這些材料的混合物。固化后涂層的特性取決于這些材料的配比和穩定性。
我們先后研究了在相同配方體系下同型號不同批次樹脂、固化劑、顏填料。
選用同一廠家的樹脂、固化劑、顏填料經過分批次試驗，我們發現，一些規模化生產的大公司產品相對比較穩定，不同批次材料對涂層的耐候性測試影響較小，氙燈1500小時，UVB-313 400小時試驗，保光率波動在±2.0%左右。
同類型不同公司樹脂、固化劑、顏填料；
選用不同廠家的的樹脂、固化劑、顏填料經過分批次試驗，同樣進行氙燈1氙燈1500小時，UVB-313 400小時試驗，保光率差異在10%~40%，這可能是不同廠家在配方設計、生產工藝、質量管控等方面存在著一定的差異。而每種材料的微小差異，在粉末涂料中就會被幾何級的放大。
3 粉末配方的影響；
另外，粉末涂料根據實際應用的場景，分類繁多，有高光的、亞光的、砂紋、轉印等等。不同配方體系下的粉末，測試結果千差萬別。而且應用環境不同，測試的條件也不一樣，例如汽車行業上的測試標準就不適用與鋁型材等建材上的測試。
因此，在要求某一材料的耐候要求滿足一特定等級時，要特別強調粉末涂料的測試配方。這也是很多同型號材料在一些公司耐候要求可以通過，在其他公司測試無法通過的原因。這也是目前粉末涂料行業耐候性測試存在的一個問題。因為目前的國內外，只有方法和要求，沒有標準測試配方。
4 自然曝露試驗
戶外暴曬的影響因素
暴曬的方法：各種安裝和曝曬技術都可用于氣候戶外曝曬試驗。但是每一種方法都有自身的特點和局限性。選擇方法取決于材料本身或者產品的應用領域。選擇合適的曝曬方法，可確保數據的有效性。戶外曝曬的主要影響因素：
曝曬場地的季節性變化
下面是國外的戶外試驗場地
國內戶外試驗場地
每個實驗場都有自己的氣候特色，適用于相應的實際使用環境或標準中特定的方法。
例如：
佛羅里達——是高強度的太陽光照、全年高溫、年降雨量高和高濕度，這些因素的結合形成了惡劣的氣候環境，使佛羅里達成為戶外耐久性測試的理想地點。
亞利桑那——是一個炎熱、干燥、高紫外輻射的氣候環境，特別適合于耐候性受到苛刻條件影響的材料，由于亞利桑那州每年總的紫外輻射能量比佛羅里達州高出20%，因此亞利桑那州試驗會出現極端的變化，可能會導致材料尺寸的膨脹或收縮變化，特別影響材料的這些性能：涂料的顏色和光澤，耐熱老化和物理性能。
曝曬角度的影響
5 人工加速老化試驗
人工加速老化試驗是指通過室內試驗箱對真實大氣環境條件進行模擬或加強某一環境因素以求在短時間內獲得材料老化試驗的方法。
人工加速老化試驗影響因素：
☆ 光源的選擇：
通常使用的人工加速老化按照實驗室采用光源分為：
l 氙燈
l 紫外燈
—UVA-340，UVA-351
—UVB-313，QFS-40
l 碳弧燈
碳弧燈是一種相對來講的技術，其譜圖與太陽光的譜圖相差比較大，目前在日本還有部分公司在采用此方法。
☆ 標準的引用
1．采用氙燈加速老化試驗的粉末涂料相關標準有
—GB/T 1865-2009（等同于ISO 11341-2004）；
—Qualicoat15th；
—GSB AL631
2．采用紫外加速老化試驗的粉末涂料標準目前只有GSB AL631；
3．其它標準如ASTM G154等適用于非金屬材料或有機涂層，粉末涂料目前只是引用。
每一種標準中對輻照強度、溫度、循環時間等都有詳細的規定。實際測試時，具體采用哪一種標準，根據產品的最終使用領域或者客戶的特定要求去設定，例如同樣是氙燈測試常用的方法如下：
通用的輻照強度是0.51，但在汽車相關的標準中，輻照強度是0.35。
相關性問題：
戶外實際測試中還伴隨腐蝕、風化等因素，這些因素是實驗室無法完全可以模擬出來的。因此相關性只是一個相對接近的概念，有條件進行實際測試的情況下，不建議采用相關系數去評估，盡量去進行實際測試，獲得真實實驗數據。我們也做了大量粉末涂料涂層耐候性相關性的評估試驗。粉末涂料由于在顏色、配方等的千變萬化，粉末涂料相對其他涂料，成分較多，因此粉末涂料相對其他涂料，在加速測試中的重現性和相關性相對其他涂料來講不是很好。譬如；同一批次樹脂，制成白色高光粉末涂料，從UVB、Xenon 和佛羅里達3者之間得出的相關性，相關系數可以到0.9；但在其他顏色的涂料中，這種相關系數在0.2~0.7之間，有些甚至不存在相關性。
因此嚴謹的來講，談相關性，至少要考慮到使用的材料名稱、廠家、配方的組成，測試設備廠家，測試條件等細化因素，脫離這些談相關性，不切實際。
結論
粉末涂料的耐候性測試結果，受到材料、配方、測試儀器、測試條件等諸多因素的影響。談及粉末涂層的耐候性測試或要求時，這些影響因素要商定好，統一起來，測試結果的一致性才會較好。
來源：2018中國粉末涂料與涂裝行
