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汽车涂层的自然曝晒和人工加速老化试验对比分析
日期：2018-01-08|作者：admin |人气：
汽车车身涂层在实际使用过程中，由于受到环境因素（如光、水和温度）的影响，其物理性能和机械性能会劣化，甚至丧失，出现失光、变色、开裂、粉化、起泡等现象，称之为气候老化。为了预知材料的耐气候老化性能，目前常用的试验方法有两类：户外自然曝晒试验和人工加速老化试验。户外自然曝晒试验是在典型的自然环境条件下进行的，虽然耗时比较长（一般需要1~2年的时间），但因试验条件真实，试验结果与实际使用过程中发生的老化结果之间的一致性好，是采用早、目前广泛使用的方法。但这就使汽车制造商在应用新的面漆材料时处在两难的境地，一方面，市场需要新颜色涂料“由设计到市场”的生产周期和“由使用到淘汰”的寿命周期都很短，另一方面，针对涂装新工艺、新材料的选择的试验周期却相对漫长。
人工加速老化试验通过模拟自然环境条件，用具有人工光源的设备来加速涂料的老化过程。虽然试验结果的重现性好，但与实际使用过程中发生老化结果的相关性（即与自然曝晒结果间的相关性）显得尤其重要。本文根据大量的试验数据，总结此两类试验方法的规律性和相关性。
一、老化试验条件
1.1自然曝晒试验条件
我国海南省属亚热带和热带气候，由于阳光辐射强、日照时间长、雨水充足，对涂层老化有明显促进作用。本次自然曝晒试验地点选在海南汽车试验研究所，其所在地的气候特征见表1。
1.2人工加速老化试验条件
美国ATLAS公司生产的Ci5000型氙灯气候试验机，辐照度（340nm）0.5W/m2，干燥期间的相对湿度60%~80%，黑标准温度（65±2）℃，降雨周期18min/102min，试验时间1000h。
1.3试验标准
无背板式直接曝露于大气中的自然曝晒试验标准为GB/T9276—1996（IDTISO2810）《涂层自然气候曝露试验方法》；人工加速老化试验的试验条件满足GB/T1865—1997《色漆和清漆人工气候老化和人工辐射曝露》；两种试验的评价标准为GB/T1766—1995《色漆和清漆涂层老化的评级方法》。
1.4样品准备
试验样品均按传统的三涂层结构“底漆层--中涂层--面漆层（基色漆+罩光漆）”制备，主要施工工艺为：白板→磷化→阴极电泳→烘干→中涂→烘干→面漆（基色漆→闪干→罩光漆）→烘干
1.5试验结果
(1)4种颜色不同涂料体系面漆的两年自然曝晒结果见表2、图1~图4，1000h人工加速老化结果见表3，自然曝晒与人工加速老化试验结果的对比见图5~图8（A、B、C分别代表不同的涂料厂商提供的样品）。
二、结果分析
（1）自然曝晒试验可确切评价各类涂料和涂层的耐光性和耐久性，是人工加速试验的基础。由表2所列每3个月检测一次的数据可知，样品的老化等级会逐渐增加，一般12个月至18个月老化等级会突变。
（2）由表2可见，装饰性三涂层体系一般先出现失光和色差现象，并伴随有沾污和粉化现象，起泡、长霉和生锈等老化现象出现较少。
（3）由表2可见，一般自然曝晒12个月结果为优级和良级的，24个月的老化结果才有可能达到中级。
(4)由表2知，同一种颜色、不同涂料体系的产品，曝晒结果会相差很大；同一涂料体系的不同颜色的产品，曝晒结果间没有可参照性。
(5)由图5～图8可见，高级装饰性面漆涂层人工老化1000h试验结果与大气曝晒6个月结果吻合较好，人工老化1000h试验不能反应出沾污、起泡、发白和粉化等其他老化现象。
(6)由表4知，同涂料体系\同一色系不同色调的面漆，曝晒结果会有较大差异，检测结果不能相互替代，但出现老化现象的先后时间和加速规律可以借鉴；同涂料体系，同一色系和色调，仅仅明度有差异的面漆，曝晒结果才有参考价值。为缩短检验周期，可以在自然曝晒试验的同时进行人工加速老化试验，以预测终结果。
(7)由表5知，同一色系和色调的金属闪光漆和本色面漆的曝晒结果相比较，金属闪光漆要好于本色面漆。
(8)由表6知，对同种涂料/不同膜厚的面漆两年大气曝晒结果进行比较，发现膜厚差别很大会导致实测色差值差别很大，干扰每次检测的色差值。虽然膜厚增加在曝晒初期对失光率、色差评定有利，但不会对终结果有所改善。所以有的厂商为了追求好的耐候性结果，制板时一味地增加膜厚是不可取的。大气曝晒投试的样品应按材料施工工艺的要求，膜厚均匀、平整光滑、无漆膜弊病
(9)由表7知，自然气候条件下的大气曝晒试验非人力可控，因为环境中的光、水、温度随时会发生改变，所以在不同时间开始的试验很难获得一致的结果。只有严格制板，同期投入试样才有可比性，对比试验的结果可以作为评定样品耐候性好坏的依据。
(10)建议表述人工加速老化对比试验结果用以下两种方法。
a.到达试验周期，样品评定等级的对比表述。例如：1000h，试样1综合等级评定为0级；试样2综合等级评定为1级。
b.样品到达某一老化等级时，试验周期的对比表述。例如：1000h，试样1综合等级0级；2000h，试样2综合等级0级。
三、结论
自然曝晒试验与汽车运行工况相吻合，可确切评价涂料和涂装产品的防腐蚀性和耐久性，是人工加速试验的基础。虽然人工加速老化试验的试验条件可控，但因为引起涂层老化的因素很多，环境与材料之间的相互作用非常复杂，只是模拟和强化了自然界中影响材料老化的主要因素，如太阳辐射、温度和湿度等，而试图寻找一种普遍适用的方法或公式来计算加速因子是不科学的。人工加速老化试验对于同期投放、性质相同的样品的对比试验有利，可以缩短新颜色涂料的开发和选择周期，预知有问题的涂料，减少汽车制造商的损失。
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