聚氯乙烯彩色型材耐候性能测试与评价

文 | 中国石油化工股份有限公司北京化工研究院 孙 泉 杨宗林 胡孝义 李生德

聚氯乙烯彩色型材耐候性能测试与评价

文 | 中国石油化工股份有限公司北京化工研究院 孙 泉 杨宗林 胡孝义 李生德

通过对彩色型材老化性能的全面评价，得出不同的着色工艺如共挤、覆膜、涂装、通体以及不同的色系对老化性能有很大的影响，通体着色以及PVC/PVC共挤彩色型材的耐候性比较差；附着力、剥离强度、色差、冲击强度保留率等指标能比较全面的表征彩色型材的耐候性能。

聚氯乙烯；彩色型材；耐候性能

1.言

聚氯乙烯门窗型材作为新兴的化学建筑材料，因其具有节能、隔热、保温、环保、安装简便等特点，已成为我国建筑业中必不可少的新型建材。随着我国经济的持续增长，迎来了我国建筑业的黄金时期，同时也带动了化学建材业的迅速发展，传统的白色型材已不能满足国内外市场的需求；另一方面，随着人们生活水平的不断提高，对家居装饰的协调和统一也提出了更高的要求，迫切需要在型材的品种及颜色方面有更进一步的改进。因此彩色聚氯乙烯门窗型材的开发和研制已成为市场和企业发展的必然趋势。

彩色型材是在传统型材加工的基础上，通过加入颜料或引入新的加工工艺而赋予型材不同的色彩。目前常用的方法有整体着色、双色共挤、覆膜和喷涂等方法。耐老化性能是聚氯乙烯门窗型材最为重要的性能，该性能直接影响着门窗型材的使用寿命。我国地域辽阔，随着聚氯乙烯门窗的推广与普及，聚氯乙烯门窗的使用环境趋于多样化、复杂化，因此老化性能成为评价聚氯乙烯门窗型材的关键技术指标。目前彩色聚氯乙烯门窗型材在我国尚属起步阶段，对于相应的老化性能的研究还不深入。由于新材料和新的加工方法的引入，必然会造成彩色型材和传统白色型材老化性能本质上的差异。由于彩色型材比白色型材更容易吸热，其老化性能之间会有较明显的差别；不同颜色对光能的吸收的差异也会导致老化性能不同。加工方法的改变对 彩色型材的老化性能也会有显著的影响，如双色共挤材料中的PMMA、ASA共挤材料，PMMA、ASA与传统型材相比有着截然不同的老化性能，因此PMMA、 ASA的加入会明显影响彩色型材的老化性能。现有的老化性能测试方法和测试标准已不适用于彩色型材。因此找到适用于彩色型材老化性能的测试方法对指导彩色型材配方的研发、加工工艺的改进以及推动彩色型材有更长远的发展前景和重大的意义。现行的聚氯乙烯门窗型材测试标准主要根据传统的白色聚氯乙烯门窗型材制定，由于彩色型材与白色型材所存在的固有的差异，该标准不适用于彩色聚氯乙烯门窗型材。

2.器设备与样品

2.1.要仪器设备

1) ATLAS氙灯老化箱：Ci5000

2) Q-PANEL氙灯老化箱：Xe-3

3) INSTRON万能试验机

4) Ceast 冲击试验机

5) X-rite测色仪

6)划格器

2.2.品

选取了共挤（共挤材料材料PVC、ASA、PMMA、丙烯酸酯类）、覆膜、涂装、通体四种着色方式、多种颜色彩色型材样品31种，详见表1。

2.3.验方案

表1.色型材样品清单

2.3.1.验样品尺寸

2.3.1.1.色测量：各取长和宽为50mm×40mm的试片2个。

2.3.1.2.着力测量：每个样品取150mm×68mm的试片4个。

2.3.1.3.离强度的测量：每个样品取100mm×20mm的试片20个（4组）。

2.3.1.4.击强度测试：试样采用双V型缺口，长度l为（50±1）mm，宽度b为（6.0±0.2）mm，厚度h取型材的原厚，缺口底部半径rN为（0.25±0.05）mm，缺口剩余宽度bN为（3.0±0.1）mm，每个样品制备共24个（4组）。

表3.膜型材剥离强度随老化时间的变化，N/mm

表2.装型材附着力随老化时间的变化（划格试验）

2.3.2.验条件

2.3.2.1.验条件

试验的温度是（23±2）℃，湿度是（50±5）%。试样在试验前在此温度状态下调节至少24h。

2.3.2.2.工氙灯老化条件

光源波长：（290～800）nm

光源辐照度：550W/m2

黑板温度：（65±3）℃

相对湿度：（50±5）%

喷水周期：每次喷水时间：（18±0.5）min

两次喷水之间的无水时间：（102±0.5）min

2.3.2.3.色测量条件：CIED65光源，8/d包含镜面反射，测量孔径19mm

2.3.3.验步骤

2.3.3.1.照表1、以及2.3.1准备试样；

2.3.3.2.照相关标准进行各样品的原始性能测试，并将相关样品放入氙灯老化箱进行加速老化处理；

2.3.3.3.照一定的时间间隔颜色测量每1000h、其它2000h取出进行测试，6000h后试验结束。

3.验结果

3.1.着力随老化时间的变化

3.1.1.装型材

涂装型材的涂装层的附着力在型材涂装168h后，老化后的样品在从老化箱内取出24h内按照GB/T 9286-1998（eqv ISO 2409：1992）进行测试，选用六个切割刀的多刃切割刀具，刀刃间距1mm。具体测试结果见表4，从表中可以看出，不同样品的附着力随老化时间的变化比较大，19#、24#样品从老化前的0级变成了老化后的3级。

表4.膜型材剥离强度降低率随老化时间的变化，%

表5.色型材表面颜色ΔE随老化时间的变化

3.1.2.膜型材的附着力随老化时间的变化

覆膜型材的附着力（剥离强度）的测试按照GB/T 2790-1995标准测试，随老化时间的变化如表3所示、降低率如表4所示，所有样品的原始样品进行测试时破坏发生在膜上，说明样品的粘结强度很高，大于膜本身的强度；老化后的样品部分样品如3#、4#、13#老化后的强度降低不大，不超过20%；5#、6#、14#样品的剥离强度老化后下降很多，将近60%，并且破坏发生在型材和膜的粘结处，说明影响腹膜型材的剥离强度因素有：膜本身的耐候性以及胶粘剂的耐候性。

3.2.色型材表面的颜色随老化时间的变化

彩色型材质量好坏的一个最重要的指标就是颜色变化。表面颜色测量采用CIE Lab 1976色空间，用CIE D65光源，8/d包含镜面反射，测量孔径19mm。ΔE、Δb随老化时间的变化见表5、表6。从表中可以看出，色差的变化分布很宽，和着色工艺以及颜色有着非常大的关系。从着色工艺来说，覆膜、共挤（PVC共挤除外）、涂装的整体性能优于通体着色和PVC共挤彩色型材。就相同的着色工艺，不同的颜色，色差也有差别；红色等鲜艳的颜色的色差比较大，墨绿色、灰色的色差要小得多。

3.4.色型材的力学性能受气候影响的保留率

彩色型材质量好坏的另一个最重要的指标就是冲击强度的保留率。彩色型材的双V缺口冲击强度以及保留率如表7所示。冲击强度随老化时间有很大的变化，不同的着色工艺的冲击强度的保留率差别也很大，相对来说通体着色、PVC共挤的要低一些。

4.论

从上述试验结果，我们可以得出以下结论：

表6.色型材表面颜色Δb随老化时间的变化

4.1.色型材的附着力随老化时间的变化比较明显，和着色工艺以及原料的关系比较大，和颜色的关系比较小。

4.2.色型材的表面的颜色的变化随老化时间变化比较明显，另外，着色工艺以及颜色对最终的结果有很大的影响，一般说来，通体着色和PVC/PVC共挤的颜色变化很大。

4.3.色型材的物理力学性能——双V缺口冲击强度随着老化时间变化而变化，力学性能的保留率和着色工艺的关系比较大，相对来说，颜色的影响要小一些。

表7.色型材双v缺口冲击强度随老化时间的变化

4.4.将附着力、颜色变化、冲击强度保留率三个指标共同表征彩色型材的耐候性。

1) GB/T 9286-1998 色漆和清漆 漆膜的划格试验

2) GB/T 2790-1995 胶粘剂180°剥离强度试验方法 挠性材料对刚性材料

3) GB/T 1043-1993 硬质塑料简支梁冲击试验方法

4) GB/T 8814-2004 门、窗用未增塑聚氯乙烯（PVC-U）型材

5) RAL-GZ 716/1-1998 塑料窗质量规范

6) DIN 16830.3-2000 高冲击韧性聚氯乙烯（PVC-HI)窗型材 第3部分:带彩色表面型材要求

7) DIN 16830.4-2000 高冲击韧性聚氯乙烯（PVC-HI)窗型材 第4部分:带彩色表面型材试验方法

8) GB/T 8424.1-2001 纺织品 色牢度试验 表面颜色的测定通则

9) GB/T 8424.2-2001 纺织品 色牢度试验 相对白度的仪器评定方法

10) GB/T 8424.3-2001 纺织品 色牢度试验 色差计算

Testing and Assessment of Weathering Resisitance of PVC Multicolor Section Bar

Through a comprehensive assessment of aging performance of multicolor section barl, this essay concludes that both different painting technology which include coextrusion，laminating, painting outfitting and polishing and different color systems can exert great influence on ageing performance. Polishing coloring and PVC/PVC coextrusion multicolor section bar has lower wetherability. Adhesive power, peeling strength, chromatic aberration, impact strength retention rate and other indicators can be more comprehensive characterization of color profiles of weathering resistance.

PVC；colour poofile；aging groperty

孙泉，中国石油化工股份有限公司北京化工研究院工程师，长期从事化学建材性能检测与评价工作以及相关标准编制工作。