摘要(yào)：本文(wén)介紹(shào)了(liǎo)粉末(mò)噴(pēn)塗(tú)鋁型材老(lǎo)化測試(shì)的(dí)國(guó)內(nèi)外(wài)發展現狀及(jí)測(cè)試方法，重點(diǎn)研(yán)究了(liǎo)三種實(shí)驗室(shì)加速耐候老(lǎo)化測(cè)試UVA，UVB和Q-Sun與佛羅(luó)裏達戶外測(cè)試(shì)之間的比較。試驗樣品為6種不(bù)同(tóng)的粉末噴塗鋁板，采(cǎi)用UVA，UVB，Q-Sun及(jí)在佛羅(luó)裏(lǐ)達分(fēn)別(bié)測(cè)試(shì)了(liǎo)樣品的(dí)光(guāng)澤及(jí)顏色(sè)變化，並(bìng)研(yán)究(jiū)了在(zài)UVA，UVB或Q-Sun中(zhōng)測(cè)試多長時間樣(yàng)品發生的光(guāng)澤(zé)變化或顏色變化相(xiāng)當(dāng)於(yú)在(zài)佛羅(luó)裏(lǐ)達戶(hù)外曝曬(shài)1年(nián)的(dí)效果。而(ér)且(qiě)，我們(mén)還研究了(liǎo)三(sān)種加(jiā)速老(lǎo)化試(shì)驗方法(fǎ)與(yǔ)佛羅裏達(dá)戶(hù)外曝曬結果(guǒ)之(zhī)間的相(xiāng)關係數。

關鍵詞：老(lǎo)化(huà)　測試(shì)　UVA　 UVB  Q-Sun　佛羅裏(lǐ)達 鋁(lǚ)型材

1．引(yǐn)言(yán)

近(jìn)年(nián)來(lái)，隨著(zhuó)我國建(jiàn)設(shè)步伐的加快，鋁(lǚ)合金(jīn)建築(zhù)型(xíng)材(cái)市(shì)場有了長足(zú)的(dí)發(fā)展(zhǎn)。目(mù)前(qián)，我國(guó)已成(chéng)為世界(jiè)上鋁合(hé)金(jīn)建築(zhù)型材(cái)生(shēng)產第一大國(guó)。與(yǔ)其他材料一樣，當鋁合(hé)金建築型(xíng)材(cái)處在(zài)大(dà)氣條(tiáo)件(jiàn)下，受到光照(zhào)，溫度(dù)，潮濕(shī)等(děng)因素的(dí)侵蝕(shí)，會產生(shēng)褪色，粉化，開裂，起浮泡，表(biǎo)麵剝落(là)等老(lǎo)化(huà)現象,從而(ér)影(yǐng)響到產品(pǐn)的(dí)性能(néng)和美(měi)觀。因(yīn)此鋁(lǚ)合(hé)金(jīn)建(jiàn)築型材的耐候(hòu)性(xìng)是(shì)產品開(kāi)發(fā)和(hé)質(zhì)量控製的一個重要指標。

粉末(mò)噴塗鋁型材的老化(huà)測(cè)試(shì)包括戶(hù)外(wài)大氣(qì)測試和(hé)實驗室加速測試兩(liǎng)種方法(fǎ)。國內外(wài)都長期(qī)開(kāi)展了戶(hù)外(wài)大氣老(lǎo)化(huà)測試。國內在海南，廣州，敦煌等(děng)地都有(yǒu)規模不等的戶外曝曬(shài)場(cháng)，國際(jì)上(shàng)通(tōng)常作為(wéi)基準(zhǔn)曝曬地(dì)點有(yǒu)美國(guó)的佛羅裏(lǐ)達(dá)和亞(yà)利桑(sāng)那,Q-Lab公司在上述地方都建有標(biāo)準(zhǔn)曝曬場。國內(nèi)有(yǒu)專(zhuān)門的鋁型材行業的大(dà)氣老化(huà)標準GB5237.4-2004^[1],國(guó)際(jì)上常(cháng)用的戶外曝曬標準有歐(ōu)洲Qualicoat第10版^[2]，美(měi)國建(jiàn)築(zhù)製造(zào)業協會(huì)AAMA2603-02^[3]，AAMA2604-02^[4]，AAMA2605-02^[5]，英國BS6496^[6]等。盡管(guǎn)戶(hù)外(wài)曝曬(shài)測(cè)試有(yǒu)很(hěn)多(duō)優點：實際，便宜，易於(yú)操作(zuò)，然而大部分(fēn)製(zhì)造商不(bù)願(yuàn)意(yì)等上(shàng)幾(jī)年(nián)的時(shí)間(jiān)來觀(guān)察一種(zhǒng)新(xīn)的(dí)改良(liáng)的(dí)產品設計(jì)是否確(què)實得到改進，所(suǒ)以(yǐ)有(yǒu)必要進(jìn)行實驗(yàn)室(shì)加速老化(huà)測(cè)試(shì)。

在(zài)加速(sù)老化(huà)測試(shì)方(fāng)麵(miàn)，除少數(shù)的(dí)日(rì)本(běn)企業(yè)仍沿用(yòng)碳(tàn)弧燈外(wài)，主流的測試方法(fǎ)有紫外(wài)(UV)和(hé)氙燈(dēng)(Q-Sun)兩(liǎng)種(zhǒng)，其中(zhōng)紫外(wài)又分為(wéi)UVA和UVB。本文實驗目的就是比(bǐ)較UVA，UVB，Q-Sun三種實(shí)驗室加(jiā)速老(lǎo)化測試方(fāng)法(fǎ)與佛(fó)羅(luó)裏達(dá)戶(hù)外曝曬之(zhī)間的(dí)關(guān)係，並通(tōng)過(guò)觀(guān)察實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及數學計(jì)算(suàn)，找(zhǎo)到三種加(jiā)速(sù)老化試(shì)驗方(fāng)法最接近(jìn)佛羅(luó)裏(lǐ)達戶(hù)外曝曬(shài)效(xiào)果(guǒ)的時間(jiān)，也(yě)就是(shì)回答(dá)人們通(tōng)常比(bǐ)較關心的(dí)一個問題——在(zài)UVA，UVB或(huò)Q-Sun中測(cè)試多(duō)長(cháng)時間(jiān)樣品發生的光澤變(biàn)化(huà)或(huò)顏色(sè)變(biàn)化相當於(yú)在佛(fó)羅裏(lǐ)達(dá)戶(hù)外曝曬1年的效果。除此之外，我們還(huán)計(jì)算三(sān)種(zhǒng)加速老化(huà)試(shì)驗方法與佛羅(luó)裏達戶外曝(pù)曬(shài)結(jié)果之(zhī)間(jiān)的相關(guān)係數。

2. 實(shí)驗室(shì)加速老化(huà)原理及我們(mén)采用(yòng)的三(sān)種加速(sù)測試(shì)方法

氙燈和紫外(wài)這(zhè)兩種(zhǒng)檢測設備(bèi)的測(cè)試原理完(wán)全不同(tóng)，氙燈(dēng)試(shì)驗箱模(mó)擬(nǐ)太(tài)陽(yáng)光(guāng)的所有(yǒu)光(guāng)譜，包(bāo)括紫外(wài)綫（UV），可見(jiàn)光和紅(hóng)外綫（IR）。氙燈光(guāng)譜在295nm到(dào)800nm範圍(wéi)內(nèi)基本上(shàng)與(yǔ)太(tài)陽(yáng)光(guāng)光(guāng)譜相(xiāng)吻(wěn)合(hé)。而(ér)QUV不(bù)能模擬(nǐ)全(quán)光(guāng)譜太(tài)陽光。它(tā)基於(yú)的原(yuán)理是，對曝曬在(zài)戶(hù)外(wài)的經(jīng)久耐用的(dí)材料，紫外(wài)綫(xiàn)的短(duǎn)波(bō)段300~400 nm是引起老(lǎo)化損害(hài)的(dí)最(zuì)主要的原(yuán)因(yīn)。氙(xiān)燈(dēng)和(hé)紫外兩(liǎng)種加速耐(nài)候老化測(cè)試(shì)方法的側(cè)重(zhòng)點不(bù)同(tóng)，一般(bān)選擇QUV模擬(nǐ)材料(liào)的(dí)物理性能老化(huà)，Q-Sun氙燈模擬顏色老化。

利用Q-Lab公司的(dí)QUV紫(zǐ)外(wài)和(hé)Q-Sun氙(xiān)燈兩種測試設備(bèi)對阿克蘇·諾貝爾(ěr)粉(fěn)末(mò)塗料（寧(níng)波）有限公(gōng)司(sī)提(tí)供的(dí)6種(zhǒng)粉末(mò)噴(pēn)塗(tú)鋁板(bǎn)進(jìn)行(háng)了測試(shì)。這6種(zhǒng)鋁(lǚ)板分(fēn)別(bié)編號(hào)為A，B，C，D，E，F。具體地，我們(mén)進行(háng)三種(zhǒng)實(shí)驗(yàn)室加速老化測試(shì)，分別是(shì)UVA，UVB和(hé)Q-Sun，三種測試(shì)的(dí)具(jù)體標(biāo)準如(rú)表1，2，3所(suǒ)示。

表1 UVA測試程(chéng)序

表(biǎo)2 UVB測(cè)試(shì)程(chéng)序(xù)

表3 Q-Sun測試程序(xù)

3. 三(sān)種加速(sù)測試(shì)方法的結(jié)果與(yǔ)在(zài)佛羅(luó)裏達(dá)測試(shì)結果(guǒ)之(zhī)間的(dí)比較(jiào)

利(lì)用(yòng)UVA，UVB，Q-Sun和在(zài)佛(fó)羅裏達(dá)均(jūn)測試(shì)了6種(zhǒng)粉末噴(pēn)塗鋁(lǚ)板樣品的光澤(zé)，顏色(sè)變化及浮泡，粉化(huà)，開(kāi)裂(liè)，裂(liè)縫(féng)等(děng)情(qíng)況。為了(liǎo)得到加(jiā)速老(lǎo)化(huà)測(cè)試與佛羅(luó)裏達(dá)戶外曝(pù)曬(shài)實驗(yàn)結(jié)果之間的關係，也(yě)就(jiù)是通(tōng)常人(rén)們(mén)比較關(guān)心的一(yī)個問(wèn)題——在(zài)UVA，UVB或(huò)Q-Sun中測(cè)試多長(cháng)時間相當(dāng)於(yú)在佛羅裏達戶外曝曬(shài)1年的效果，我們(mén)不(bù)但對(duì)比觀(guān)察(chá)實驗數(shù)據，而(ér)且做了相(xiāng)關的(dí)數學(xué)計算，具體(tǐ)過程(chéng)如(rú)下(xià)：

我們(mén)假設在三種加速測試(shì)方法中測試t小時最(zuì)接近在佛羅(luó)裏達戶外曝曬(shài)1年的效果，時間t對應材料(liào)的變(biàn)化與(yǔ)佛羅裏(lǐ)達測(cè)試結果之間的(dí)差值(zhí)為δ，然(rán)後(hòu)求(qiú)二(èr)次(cì)函數的最小值，最小(xiǎo)值所對(duì)應(yīng)的t值就是我(wǒ)們(mén)所要(yào)求的(dí)較(jiào)佳(jiā)測(cè)試(shì)時間(jiān)。

求出(chū)較佳測試時(shí)間(jiān)，還要求幾種(zhǒng)測(cè)試(shì)方(fāng)法(fǎ)間的相關(guān)係(xì)數r_s (spearman’s correlation)，它指(zhǐ)的是(shì)利(lì)用兩種不(bù)同(tóng)的測試方(fāng)法(fǎ)對一(yī)組樣品(pǐn)進(jìn)行(háng)測試(shì)，所得實(shí)驗結(jié)果(guǒ)之間(jiān)的(dí)相關性。相關(guān)係數(shù)r_s的計算公式為：r_s=1-6∑d_i²/[n(n²-1)]，其中(zhōng)n指的(dí)是(shì)樣品的個(gè)數(shù)，d_i指的是(shì)兩列排序(xù)中(zhōng)每(měi)一組數據(jù)之間(jiān)的差值(zhí)。

3.1 UVA與佛羅(luó)裏達測試結果(guǒ)之間的比較(jiào)

光澤(zé)變(biàn)化(huà)

對每個樣(yàng)品，UVA均作用了1000小(xiǎo)時，每(měi)200小時(shí)取一(yī)次(cì)數(shù)據，分別在200小時(shí)，400小時，600小時，800小時(shí)和1000小時，而(ér)在佛(fó)羅(luó)裏達(dá)是對樣品測試了(liǎo)1年(nián)，每3個(gè)月取一次數(shù)據(jù)，分(fēn)別在第3個(gè)月，第6個月(yuè)，第(dì)9個月和第12個月。不管(guǎn)是在佛羅裏達戶(hù)外曝(pù)曬，還(huán)是利用(yòng)UVA進行(háng)實(shí)驗(yàn)室加速老化測試，樣(yàng)品的光(guāng)澤(zé)均發(fā)生退化。利用前(qián)麵所述方法，我(wǒ)們(mén)對(duì)UVA測試和佛羅(luó)裏(lǐ)達(dá)戶外曝(pù)曬(shài)結果(guǒ)進(jìn)行(háng)了(liǎo)計算，計(jì)算(suàn)結果表明(míng)，二(èr)次(cì)函數取得最小值時所對應(yīng)的t值為(wéi)400小時，這(zhè)就說明在UVA中測(cè)試(shì)400小時樣品的光(guāng)澤變化最接近在(zài)佛羅裏(lǐ)達(dá)戶(hù)外(wài)曝(pù)曬1年的效果(guǒ)（如圖(tú)1所示）。

圖(tú)1 UVA 400小時與佛(fó)羅裏(lǐ)達1年樣品(pǐn)保光(guāng)率之(zhī)間(jiān)的比(bǐ)較

通過(guò)數據分析及(jí)數學計算(suàn)，得(dé)出UVA與(yǔ)佛(fó)羅裏達(dá)之間(jiān)的相(xiāng)關係(xì)數(shù)如表4所示(shì)。從表中可知，利用UVA測試(shì)400小時(shí)與(yǔ)在(zài)佛(fó)羅(luó)裏達測(cè)試1年之(zhī)間的光澤(zé)退化相關係(xì)數(shù)為0.90。

表(biǎo)4 光澤(zé)退(tuì)化時UVA與(yǔ)佛(fó)羅裏達(dá)之(zhī)間的相關係(xì)數

顏色變(biàn)化(huà)

如(rú)同(tóng)樣(yàng)品(pǐn)的光澤會(huì)發生退(tuì)化(huà)，經(jīng)過UVA測(cè)試或(huò)佛(fó)羅裏達曝曬，樣品(pǐn)的顏色(sè)也(yě)會(huì)跟著(zhuó)發(fā)生變化(huà)。但(dàn)是通過對比(bǐ)觀察(chá)實驗數據，我們發(fā)現在(zài)測試顏色(sè)變化時UVA的結果不(bù)是很(hěn)好，△E的值出(chū)現(xiàn)了明顯(xiǎn)的下(xià)降現象（如圖(tú)2所(suǒ)示）。

  從以上(shàng)數據(jù)分(fēn)析可知(zhī)，利(lì)用UVA進(jìn)行(háng)測試(shì)，樣品發生(shēng)的光(guāng)澤(zé)退化(huà)和顏色(sè)變化(huà)是不同的，利(lì)用UVA測試400小(xiǎo)時與(yǔ)在(zài)佛羅(luó)裏達測試(shì)1年之間(jiān)的(dí)光澤(zé)退(tuì)化相(xiāng)關係數為0.90，而(ér)UVA測試的(dí)顏(yán)色變化(huà)的(dí)結(jié)果(guǒ)不是很好(hǎo)。

3.2 UVB與佛(fó)羅裏(lǐ)達測試結果之間(jiān)的(dí)比較(jiào)

光澤(zé)變(biàn)化(huà)

對每個樣品(pǐn)，UVB分別(bié)在200h，250h，296h，318h，342h和(hé)384h對樣品進(jìn)行了測試，通過(guò)對比觀(guān)察(chá)實(shí)驗數(shù)據(jù)及(jí)相(xiāng)關數學(xué)計(jì)算，得到利(lì)用UVB測(cè)試(shì)350小時(shí)最(zuì)接近在佛羅裏(lǐ)達戶外曝曬1年(nián)的效(xiào)果（如圖3所示(shì)）。

圖3 UVB 350小(xiǎo)時(shí)與(yǔ)佛羅裏(lǐ)達1年樣(yàng)品(pǐn)保(bǎo)光(guāng)率(shuài)之(zhī)間的(dí)比較(jiào)

UVB與佛羅裏(lǐ)達之間的相關(guān)係(xì)數如(rú)表5所(suǒ)示(shì)。從表中(zhōng)可知(zhī)，利(lì)用UVB測試(shì)350小(xiǎo)時(shí)與在佛(fó)羅裏達測(cè)試1年之間的光澤退(tuì)化相(xiāng)關係數為0.99。

表5 光澤退化時UVB與(yǔ)佛羅裏達(dá)之(zhī)間的相(xiāng)關係數

顏(yán)色變化

經過(guò)UVB測(cè)試(shì)樣品的顏色(sè)也(yě)會發(fā)生變化，但有(yǒu)幾個樣(yàng)品(pǐn)△E的(dí)值相比(bǐ)佛羅(luó)裏(lǐ)達的(dí)小很多(duō)，這就說(shuō)明由(yóu)於UVB的波長較短而且不(bù)能模擬(nǐ)全(quán)光(guāng)譜(pǔ)太陽光(guāng)，所以(yǐ)出(chū)現了光(guāng)澤變化能與(yǔ)佛羅裏達(dá)效果(guǒ)接近但(dàn)顏色變(biàn)化達(dá)不到佛羅(luó)裏達(dá)測(cè)試結果(guǒ)的現象(xiàng)。

3.3 Q-Sun與佛羅裏達測試(shì)結果之(zhī)間(jiān)的(dí)比較

光澤變(biàn)化(huà)

對每個(gè)樣品，Q-Sun分(fēn)別在174h，412h，600h和(hé)792h對樣品進行了測試(shì)，通(tōng)過對比觀察(chá)實驗數(shù)據(jù)及相關(guān)數(shù)學(xué)計(jì)算，得到利(lì)用(yòng)Q-Sun測(cè)試600小(xiǎo)時最(zuì)接(jiē)近(jìn)在(zài)佛羅(luó)裏達(dá)戶外曝曬(shài)1年的(dí)效(xiào)果（如(rú)圖4所(suǒ)示）。

圖(tú)4Q-Sun 600小(xiǎo)時(shí)與佛(fó)羅裏達1年(nián)樣(yàng)品(pǐn)保光(guāng)率之間(jiān)的(dí)比較(jiào)

Q-Sun與(yǔ)佛羅裏達(dá)之間(jiān)的(dí)相關(guān)係數如表(biǎo)6所(suǒ)示。從表(biǎo)中可知(zhī)，利用(yòng)Q-Sun測試(shì)600小時(shí)與(yǔ)在佛羅裏(lǐ)達測試(shì)1年之間(jiān)的(dí)光澤退(tuì)化相關(guān)係(xì)數為0.99。

表(biǎo)6 光澤退化(huà)時Q-Sun與(yǔ)佛羅裏(lǐ)達之間的(dí)相關(guān)係數

顏色變化

通(tōng)過對(duì)比觀察實驗(yàn)數據及相關數學計算(suàn)，，得知利(lì)用Q-Sun測試500小時最接(jiē)近(jìn)在佛羅裏達戶(hù)外(wài)曝(pù)曬1年(nián)的(dí)效果（如(rú)圖5所示）

圖(tú)5測試(shì)顏(yán)色(sè)變化(huà)時Q-Sun 500h的(dí)結果

顏色變化時Q-Sun與(yǔ)佛羅裏(lǐ)達之間(jiān)的相(xiāng)關係數如表7所示(shì)。從表中(zhōng)可(kě)知，利(lì)用Q-Sun測(cè)試(shì)500小時(shí)與(yǔ)在佛(fó)羅(luó)裏達(dá)測(cè)試1年之間的顏色(sè)變化相關係數為(wéi)0.79。

表7 顏色(sè)變化(huà)時Q-Sun與(yǔ)佛羅(luó)裏(lǐ)達(dá)之(zhī)間(jiān)的相(xiāng)關係數

4. 總(zǒng)結與(yǔ)建議

1.      積極(jí)開展(zhǎn)粉末噴塗鋁(lǚ)型材的戶(hù)外(wài)老化(huà)測試，這(zhè)是(shì)一項長期(qī)的工(gōng)作，是實驗室(shì)加(jiā)速老化測(cè)試的(dí)基礎。

2.      通過(guò)對比試驗(yàn)得知(zhī)，在光澤退(tuì)化方麵(miàn)，利(lì)用(yòng)UVA測試(shì)400小時，利(lì)用(yòng)UVB測試350小(xiǎo)時(shí)，利用Q-Sun測(cè)試(shì)600小時(shí)均接近於(yú)在佛(fó)羅裏(lǐ)達戶外曝曬(shài)1年(nián)的效果，而且(qiě)相(xiāng)關係(xì)數(shù)也(yě)都(dū)較高。不過(guò)，利用不同(tóng)方(fāng)法(fǎ)所(suǒ)得到(dào)的(dí)函數(shù)的(dí)最小(xiǎo)值和(hé)較(jiào)佳(jiā)時(shí)間對應的(dí)保(bǎo)光(guāng)率的標準(zhǔn)方差(chà)不同(tóng)，其中UVB的(dí)均最(zuì)小(xiǎo)。因(yīn)此我(wǒ)們建(jiàn)議利用UVB來測試(shì)材料的光澤變(biàn)化。

3.      在顏(yán)色(sè)變化(huà)方(fāng)麵(miàn)，QUV不如Q-Sun的測試(shì)結果好，所以我們(mén)建(jiàn)議采(cǎi)用(yòng)Q-Sun來進行(háng)測試。

4.      需要特別指(zhǐ)出(chū)的是，文中利用求二(èr)次(cì)函數(shù)的最小(xiǎo)值來(lái)求較佳(jiā)時(shí)間(jiān)的(dí)方法(fǎ)隻是尋求在(zài)加速試驗中(zhōng)測(cè)試(shì)多長(cháng)時間(jiān)最接近在(zài)佛(fó)羅裏達戶外(wài)曝(pù)曬的效果(guǒ)，而(ér)並不能(néng)保(bǎo)證(zhèng)所有(yǒu)樣品都(dū)達到(dào)在(zài)佛(fó)羅(luó)裏(lǐ)達(dá)曝曬的(dí)程度(dù)。為了(liǎo)確(què)保所(suǒ)有樣品(pǐn)都(dū)達到或超(chāo)過在(zài)佛(fó)羅(luó)裏(lǐ)達(dá)測(cè)試的結果，建(jiàn)議(yì)對(duì)較佳(jiā)時間作一(yī)修正(zhèng)，即(jí)在所得時(shí)間的基礎(chǔ)上再乘(chéng)以(yǐ)一個(gè)係數(shù)，這個係數可以(yǐ)是(shì)1.1，可以是(shì)1.5，也可以是(shì)其(qí)它的數值(zhí)，視具體(tǐ)情況具體(tǐ)分(fēn)析(xī)。

5.      由(yóu)於測試過程中(zhōng)采(cǎi)用的測(cè)量儀器(qì)不同就會導(dǎo)致(zhì)試驗(yàn)數據之(zhī)間存(cún)在偏差(chà)，所以(yǐ)本(běn)文數據(jù)隻是(shì)針對本(běn)次試驗而言，僅供參(cān)考。