铝型材有机涂层加速耐候试验的探讨

广东兴发铝业有限公司 夏秀群

1 前言

铝合金建筑型材的耐侯性能及装饰性能在众多装饰装修材料中很占优势，常用的表面处理方式有：阳极氧化、氧化电泳涂漆、粉末喷涂、氟碳漆喷涂、丙烯酸喷涂等，后四种表面处理均可以得到不同的有机涂层。大部分的建筑铝型材都是暴露于户外环境条件下使用，所以涂层的耐候性能是衡量涂层优劣的一个至关重要的质量指标。在阳光、空气和水的作用下，涂层的老化过程反应主要有光引发氧化降解和水解两种，这两种反应过程或独立进行或相互影响同时进行，老化反应速度取决于涂层暴露的场所、时间、涂层的组成和过渡层的性质等因素。光引发氧化降解过程主要是涂层其中的组分吸收光后生成自由基，自由基从聚合物分子链上的夺氢反应是导致涂料中的树脂发生光氧化降解过程。涂层的水解反应是涂层组分中的亲水基团发生亲水反应，涂层在光照发生光氧化降解的同时，增加了亲水基团的数量，也加大了水解反应的速度。

目前，有机涂层的耐候试验方法主要有以下三种：户外自然耐候（暴晒）试验法、户外加速耐候试验法和实验室加速耐候试验法。三种方法的通性是通过光对涂层的作用，使得涂层出现不同程度的老化现象，如失光、变色、起粉、霉点和裂纹等。最为通用、最有可比性的耐候试验方法是实验室加速试验法。因为光照在涂层的老化过程起着主导作用，所以很多实验室耐候试验主要采用特殊光源来模拟太阳光照，并形成固定的试验循环达到试验的目的。太阳光谱主要分为3个区域：紫外线区、可见光区和红外线区，大约分布比例见下表1。

表1

铝合金建筑型材有机涂层的实验室耐候试验常用的光源有氙灯和紫外灯（UVA-340和UVB-313）。 氙灯辐射光线是全光谱光线，紫外灯辐射光线是紫外线，试验数据会因光源不一而存在很大的差异，所以很有必要探讨一下有机涂层不同光源下耐候试验数据，这样有利于产品质量的检验和产品标准的制定。

2 试验

2.1 试验目的

通过对电泳漆、粉末、氟碳漆和丙烯酸漆四种有机涂层分别进行UVA-340、UVB-313和氙灯三种平行试验，对比试验结果，分析数据之差异，进一步探讨有机涂层耐候试验方法及试验时间的确定。

2.2 试验配置及方案

2.2.1 UVA-340、UVB-313和氙灯三种平行试验用的同种涂层样板均是同工艺同时处理而得；

2.2.2 试验用设备见表2：

表2

2.2.3 试验方法及其周期见表3

表3

2.2.4 试验涂层品种及数量见表4：

表4

2.3 试验数据

1所有试验样板经耐候试验后，均只出现色差和失光现象，并无其它可见性变化，（数据见表5-表14）；

3 试验数据分析

3.1 从上列数据来看，UVA-340紫外灯与氙灯耐候的试验结果差异不大，UVB-313紫外灯试验结果与前两者的数据相差较大；

3.2 从表5来看，丙烯酸涂层和电泳漆涂层和粉末涂层经过300小时的UVA-340紫外灯耐候和氙灯耐候试验后，涂层的失光和变色均能达一级，而经过UVB-313紫外灯耐候试验后，这三种涂层的变色和失光均较为严重；

3.3 根据GB/T1766-2008《色漆和清漆 涂层老化的评级方法》中的“涂层的老化失光率是以试验前后光泽的变化量除以涂层试验前的光泽而得”，来分析表6数据，低光粉末涂层5014TF由于其原始光泽低至3.8，试验前后的光泽变化量很小也会产生很大的失光率，如降低0.2个光泽单位就产生5%的失光率，降低0.6个光泽单位产生失光率已超过一级（15%）的限度

表5

8.丙烯酸涂层色号：8163时间原始光泽失光率（%） 色差△E（NBS）试验方式 100小时 200小时 300小时 100小时 200小时 300小时UVA-340耐候 44 0 2.3 9.1 0.28 0.72 1.01 UVB-313耐候 43 18.6 20.9 23.3 1.21 1.78 2.44氙灯耐候 42 0. 2.4 7.1 0.42 0.66 0.98 9.电泳漆复合膜：古铜色时间 原始光泽 失光率（%） 色差△E（NBS）试验方式 100小时 200小时 300小时 100小时 200小时 300小时UVA-340耐候 97 0 0 5.2 0.24 0.34 0.87 UVB-313耐候 98 9.2 12.8 32.6 1.56 4.33 7.82氙灯耐候 97 0 0 9.4 0.46 0.54 1.40 10.电泳漆复合膜：银白色时间试验方式 原始光泽 失光率（%） 色差△E（NBS）100小时 200小时 300小时 100小时 200小时 300小时UVA-340耐候 102 0 3.0 5.0 0.42 0.46 0.97 UVB-313耐候 100 7.2 14.0 29.0 1.92 3.04 6.46氙灯耐候 100 0 6.0 13.0 0.54 0.62 1.22

3.4 从表5的三种氟碳漆涂层的试验数据来看，500小时的氙灯和UVA-340紫外灯试验对氟碳漆涂层基本没有明显的老化效果；而500小时的UVB紫外灯老化试验后氟碳漆涂层则基本可以达到一级的失光和变色；

3.5 由上列两种电泳漆涂层的表5的试验数据来看，氙灯对电泳漆膜的破坏能力较UVA-340紫外灯强，300小时的氙灯老化试验失光和变色基本能达一级水平。

4 结论

4.1 实验室加速耐候试验会随试验用的灯而有很大的数据差异，灯的老化能力UVB-313紫外灯较氙灯和UVA-340紫外灯强，而氙灯和UVA-340紫外灯的老化能力差不多；

4.2 有机涂层的耐候性会随涂料的组分不同而存在很大的差异，在上述的四种有机涂层中，氟碳漆涂层的耐候性最好；

4.3 根据涂层老化反应机理，可通过利用光吸收剂来降低聚合物的光吸收，或加入激发态捕捉剂消去激发态的活性，或加入激发抗氧剂来降低氧化降解，提高涂料的光稳定性，进而改善涂层的耐候性能。

1.GB/T16585-1996，硫化橡胶人工气候老化（荧光紫外灯）试验方法

2.GB/T1865-2009，色漆和清漆 人工气候老化和人工辐射暴露（滤过的氙弧辐射）

3.GB/T1766-2008，色漆和清漆 涂层老化的评级方法