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简述有机涂层耐老化性能的主要方法
2015-05-20 09:39:57 作者:本站整理来源:

  大气环境因素对于高分子材料老化的影响,最主要的是太阳光、氧、臭氧、热和水分等的影响。因此,涂层材料耐老化性能的研究应集中考虑这几个作用因素,研究对象也以曝露期间太阳光的紫外辐射能量为主,并能概括温度、湿度、雨量等因素的变化,其中主要因素对涂层材料的影响程度及不同涂层材料对主要因子的反映、从材料表面至内部的变化成为研究的主要内容。

  目前,涂层耐老化性能的研究普遍采用大气曝露老化试验法和实验室内加速老化试验法,国内外的研究者围绕这两种方法做了大量的工作,也取得了较大的成果。

  大气曝露老化试验

  大气曝露老化试验由于比较近似于材料的实际使用环境,特别是对于涂层的耐候性能能够获得比较可靠的结果,因而一直受到人们的重视和采用。美国在上世纪初就建立了大规模的曝露网,开展试验,并早在三十年代,就在处于亚热带气候地区的佛罗里达州,建立了当时世界上最大的曝露试验场--南佛罗里达州曝露试验服务场,对各种高分子材料进行了大量的大气老化试验并在此基础上建立起各种材料的实验方法和测试方法的国家标准。日本,随着它的石油化工和高分子材料工业的发展,对大气老化试验研究也很重视,近年在其国内建立了面积达十万多平方米的曝露实验场--铫子曝露场,进行大规模的试验研究,此外,为求取地区差异性,也分别在北海道、冲绳、那霸地区实验。苏联在其国内建立了四十多个曝露场,并在非洲一些国家建立了十多个试验基地,广泛地开展大气曝露老化试验和研究。我国在第一个五年计划期间就开展了大气曝露老化试验的工作,而在六十年代得到了发展。新近的调查情况表明,全国约有几十个单位开展过大气曝露老化试验工作。围绕有机涂层大气曝露试验,研究者做了许多工作,然而关于有机涂层在高原环境下的老化行为,国内外都少见文献报道。

  目前,发达国家已制定了材料的腐蚀性评级标准 ,我国也开展了材料在大气自然环境(特别是一些典型严酷环境)条件下的腐蚀行为的研究,特别是其早期腐蚀特征,由此可预测材料的耐蚀性及其耐蚀寿命,这对于新材料开发和工程合理用材提供了依据,直接服务于社会及产品制造商,对工程建设应用以及腐蚀学科的发展,都具有积极的意义。国际上的材料自然环境腐蚀试验,正朝着材料不断更新、实验系统化、试件典型化、全球化,为提高材料性能、开发研究新材料、制定全球环境腐蚀性分类标准及环境污染控制标准的方向发展。

  实验室内加速老化试验

  大气曝露老化试验虽然能较真实的反映涂层材料在使用环境中的服役性能,但所需试验时间较长,难以适应技术发展的需要。因此,人们都期望用加速的方法在实验室用较短的时间获得的实验数据预测材料和产品的寿命。

  实验室内加速老化试验由于在较短的时间内能给出涂层的耐老化性能结果,大大缩短了试验周期,因此,得到了研究者的喜爱。但关于实验室内加速老化试验的可靠性仍存在许多争议,主要表现为:人工光源发射光谱和太阳光谱存在着一定的差异;对于涂层老化中普遍存在的起泡、粉化现象,实验室内加速老化试验模拟性较差。

  长期的研究表明:如果人工气候试验条件选择比较恰当,选取的评价指标能基本反映该材料品种老化破坏的规律性,就有可能找到两者相对应的关系,从而求出比较符合实际的变换系数。

  迄今为止,国外对于有机涂层老化性能的研究已有半个世纪的历史。美国ATLAS公司在费力克斯、迈阿密的大气曝露场进行着有机涂层的室内外加速老化试验,并研究其对比关系;日本用WE-SH-2C紫外碳弧灯型老化试验箱对85种漆层进行实验,得到200h人工加速老化相当于东京自然老化一年,并通过高能紫外光氙灯加速对氟涂料进行耐侯性实验,推算出25年后的失光率;野田和明等用红外光谱(IR)法测量丙烯酸聚氨酯涂层实验室紫外光加速老化和实际桥梁上涂装经20年后表面元素吸收光谱的差异性,分析了桥梁涂装维护的周期年限。

  国内从上世纪70年代开始了对高分子材料的自然环境的老化腐蚀研究,如广州高分子材料老化研究所在广州、海南岛等地区,对塑料、橡胶及部分有机涂料进行了老化研究。武汉材料保护研究所在80年代后期,研制开发多因素老化加速实验仪,并对室内条件下加速老化与海南岛地区的老化试验对应分析,用XPS方法分析丙烯酸、醇酸树脂涂料表面官能团的变化,找出对应的相关性。

  研究者围绕有机涂层老化性能的研究做了大量工作,但这些研究主要针对某一特定材料,关于地区环境老化强度的定量研究介入较少。因此,选择高分子基团结构较为明确,且老化后某些基团变化能定量测量的材料作为一种标准模板,通过其老化后微观结构的变化定量研究不同地区的环境老化强度及户外老化同实验室内加速老化试验的相关性,是较为有效的研究途径。研究表明:曝露模板能较好的解释不同的光氧化速率及不同地区的大气曝露老化现象,然而用曝露模板标定典型地区环境老化强度及户外老化同实验室内加速老化试验相关性的研究,在我国还不曾进行,尤其在气候较为严酷的西部地区。
 

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