汽車面漆加速酸蝕試驗(yàn)的關(guān)鍵因素
汽車涂層表面材料一旦被破壞，就會(huì)形成酸蝕。這種材料的破壞是由于涂層內(nèi)化學(xué)鍵發(fā)生酸促水解所形成的。當(dāng)大量聚合物分子鏈或分子的化學(xué)鍵發(fā)生斷裂，就會(huì)發(fā)生涂層脫落。因?yàn)?，在蒸發(fā)過程中酸在水滴邊緣凝結(jié)，使材料發(fā)生嚴(yán)重的破壞，從而形成了類似“環(huán)狀”或“水漬”圖案的酸蝕斑紋。
自1950年以來，氙燈試驗(yàn)箱已經(jīng)用于測(cè)試涂料的耐老化性能，并得到廣泛運(yùn)用。氙燈試驗(yàn)箱的氙弧燈光源經(jīng)過過濾后可真實(shí)地模擬太陽(yáng)光光譜，因此得到廣泛運(yùn)用。傳統(tǒng)的氙燈試驗(yàn)箱在其測(cè)試室的中心安裝有氙燈，測(cè)試樣品垂直放置在環(huán)繞氙燈的樣品架上，同時(shí)樣品架以一定的轉(zhuǎn)速圍繞氙燈旋轉(zhuǎn)。這種機(jī)型通常被叫做“旋轉(zhuǎn)鼓”式氙燈試驗(yàn)箱。在這種垂直放置樣品的系統(tǒng)中，噴灑在樣品上的液體會(huì)很快地流失。Q-Sun氙燈試驗(yàn)箱，將氙燈放置在測(cè)試室的頂部，測(cè)試零件和樣板以接近水平角度的方向安置在燈管下方。與傳統(tǒng)“旋轉(zhuǎn)鼓”式試驗(yàn)箱不同，任何噴灑到樣品上的液體不會(huì)很快流走，可以在樣品上停留較長(zhǎng)的時(shí)間，并緩慢地在樣品表面干燥。
一、加速酸蝕試驗(yàn)的關(guān)鍵因素：
1.溫度
此前，杰克遜維爾戶外曝露結(jié)果中溫度是很重要的。溫度參數(shù)參照曝露于杰克遜威爾的實(shí)際樣品的實(shí)時(shí)測(cè)量，并進(jìn)行了量化。在1993年，實(shí)測(cè)得高達(dá)80℃的樣品溫度。在2002年，杰克遜威爾對(duì)在實(shí)際零件和測(cè)試樣板的戶外環(huán)境條件下的測(cè)量顯示，樣品溫度大約為72℃，見表1。
根據(jù)以上數(shù)據(jù)，采用80℃作為加速測(cè)試中氙燈光照循環(huán)的黑板溫度。
2.雨水
科學(xué)家認(rèn)為，必須使用含有特殊的化學(xué)成分和pH值的酸性溶液模擬杰克遜維爾的酸雨。從戶外觀察發(fā)現(xiàn)，小于0.25cm的急陣雨和薄云層最容易形成杰克遜維爾酸蝕。研究確定，低PH值降雨是產(chǎn)生酸蝕的最主要原因。例如，1989年杰克遜威爾收集的酸雨其pH值為3.49)。
從杰克遜維爾的氣象數(shù)據(jù)中可以得到，每年6～8月間，平均有10～15個(gè)這樣的天氣，見表2。
加速試驗(yàn)室方法中，酸性溶液的pH值和化學(xué)成分是基于對(duì)杰克遜維爾雨水樣本進(jìn)行分析的結(jié)果。
3.濕度和潮濕時(shí)間
研究發(fā)現(xiàn)，保持與杰克遜威爾的自然曝露環(huán)境一致的相對(duì)濕度是必要的。這樣可以更好地模擬戶外長(zhǎng)時(shí)間的潮濕環(huán)境。杰克遜維爾氣候數(shù)據(jù)顯示，夏季的平均相對(duì)濕度約為80%，6～8月)。
對(duì)佛羅里達(dá)州和其他地區(qū)潮濕時(shí)間(TOW)的研究顯示，戶外樣品一半以上的時(shí)間處于潮濕狀態(tài)，造成測(cè)試樣品潮濕的主要因素是露水。在杰克遜維爾的戶外觀察證實(shí)了這一觀點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)多數(shù)夏季夜晚，露水在零件和樣板上產(chǎn)生凝露。一般來說，露水在第2天早晨依然存在。
因此，在試驗(yàn)室加速測(cè)試中，在黑暗循環(huán)中噴淋純水用于模擬夜晚凝露。同時(shí)，在測(cè)試中保持80%的相對(duì)濕度以模擬杰克遜維爾的夏季環(huán)境。
4.樣品放置角度
在杰克遜維爾，當(dāng)曝露于戶外的樣板和零件被放置成水平或接近水平的角度時(shí)，可得到嚴(yán)重的酸蝕效果。通常來講，最嚴(yán)重的酸蝕出現(xiàn)在與水平成0°~5°角的條件下。
為模擬嚴(yán)酷的曝露條件，Q-Sun試驗(yàn)箱的樣品架改造成與水平成0°角放置 (普通Q-Sun試驗(yàn)箱中的樣品架為與水平成10°角放置)。
5.紫外線
根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，要獲得與戶外結(jié)果對(duì)比的相關(guān)性，實(shí)驗(yàn)室樣品應(yīng)曝露于與戶外類似的光譜能量分布和類似強(qiáng)度的紫外光照下。對(duì)陽(yáng)光光譜的研究顯示，盡管日光光譜在一天中時(shí)刻都在改變，在夏日中午陽(yáng)光時(shí)340nm處的紫外光強(qiáng)為0.68 W/m2 nm。測(cè)量結(jié)果與CIE 85中表格4見附錄以及由ASTM的G03委員會(huì)所建議的新SMART2光譜的結(jié)果一致。
在一些舊版的汽車測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，例如SAE J1960中，使用一個(gè)“延伸紫外線”光譜來提高降解速率。這種光譜的缺陷在于包含低于陽(yáng)光截止點(diǎn)(295nm)的短波。經(jīng)驗(yàn)告訴我們，這個(gè)光譜可能導(dǎo)致一些涂層在自然條件下不存在的老化現(xiàn)象。因此，新的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，例如SAE J2527，指定如ASTM G151所述的日光過濾器以達(dá)到與自然條件更為接近的光譜這與IS0 4892-2和IS0 11341所指定的光譜相同)。BASF公司新的加速酸蝕測(cè)試步驟選擇了日光過濾器光譜，因?yàn)樗芨玫啬M自然陽(yáng)光。Q-Sun日光過濾器光譜與太陽(yáng)光譜的比較見圖1。
這樣，我們基本確立了BASF/Q-Sun實(shí)驗(yàn)室測(cè)試的一些基本參數(shù)，見表3。
對(duì)Q-Sun標(biāo)準(zhǔn)氙燈進(jìn)行試驗(yàn)箱改造以適應(yīng)測(cè)試要求。增加了0°角的樣品架和雙重噴淋系統(tǒng)。雙重噴淋系統(tǒng)可設(shè)定程序，且可分別噴淋純凈去離子水和仿酸雨溶液。
改造后的Q-Sun氙燈試驗(yàn)箱可按不同的測(cè)試循環(huán)運(yùn)行，包括連續(xù)光照及間斷酸液噴淋。確定了一個(gè)明暗交替的曝露環(huán)境，可以很好地模擬杰克遜維爾的戶外酸蝕效果。酸液噴淋量和頻率取決于對(duì)戶外的模擬效果。
在經(jīng)過若干次對(duì)比研究后，開發(fā)了一種優(yōu)化的曝露循環(huán)。在測(cè)試循環(huán)確定后，測(cè)試樣品被置于Q-Sun中，并在200h后每過100h對(duì)樣品進(jìn)行檢查，見表4。
二、酸蝕評(píng)估：
對(duì)酸蝕損失進(jìn)行目測(cè)，并按(0～10最差)來對(duì)測(cè)試樣品評(píng)級(jí)。評(píng)級(jí)概括如下，見表5。
有些測(cè)試中，可對(duì)以上評(píng)級(jí)進(jìn)行細(xì)化。
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