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彩涂板户外曝晒与实验室加速耐候试验解析

来源: /  作者:   时间: 2018/8/1 13:42:19

  彩涂板因其具有优良的成型性能,耐久性能和装饰性能,广泛应用于建筑、家电和家具等行业。国外生产和研究彩涂板已超过50年的历史,而国内生产彩涂板的历史不到20年,对彩涂板的性能研究更是十分有限。本文主要讲述彩涂板的户外曝晒和实验室加速耐候试验及它们之间的相关性。

  一、户外曝晒和实验室加速耐候试验方法

  为了研究不同地区的户外曝晒情况,我们分别在宝钢厂内、北京、广州、海南、重庆5个地区对12种目前国内外普遍使用的不同树脂体系彩涂板进行户外曝晒试验。户外曝晒时间一共是3年,每隔1年测试样品的颜色变化、失光、粉化等性能。在进行户外曝晒的同时,我们也进行了实验室加速耐候试验。在Q-Sun氙灯试验箱中曝晒1000小时,实验室加速耐候试验根据国家标准GB/T 13448-2006中的方法设定测试条件,具体参数如表1所示。

  表1 Q-Sun测试程序

表1_副本.jpg

  二、户外曝晒和实验室加速耐候试验的结果分析

  1.试验结果的初步分析

  户外曝晒和实验室加速耐候试验结束后,我们选取测量了6个样品的颜色变化、失光、粉化等数值。在测量这些参数的过程中,我们发现了以下一些问题。

  户外曝晒受环境的影响很大,除了光照、温度、湿度的主要作用,酸雨、盐雾、霉菌、工业沉降物等户外因素也同时对材料造成破坏。由于海南、广州是沿海气候条件,所以样品的户外曝晒会受到盐雾、霉菌等条件的影响;重庆地区受酸雨的影响较大;而宝钢试验点位于工业环境中,各种工业污染物的沉降量很大,对样品的影响也很大。所以只有北京地区的样品受污染的程度较小,实验室加速耐候试验结果与北京户外曝晒结果之间的相关性较好。

  由于在测试样品的颜色变化、失光、粉化等性能之前,我们对样品进行了清洗,所以有些测试结果并不能反映样品的真实老化结果。如,在北京地区第三年的颜色变化还不如第二年的颜色变化厉害,主要是因为当我们对样品进行清洗后,样品露出了没有发生老化的新的表层,所以才出现以上描述的测试结果。因此,我们只考虑户外曝晒第一年和第二年的测试结果。

  由于酸雨、盐雾、霉菌、工业沉降物等户外因素的影响,即使户外曝晒之间的相关性也不是很好。相比之下,实验室加速测试与户外曝晒之间的相关性反而更好一些。Q-Sun氙灯试验箱与户外曝晒之间的关系。

  2.户外曝晒之间及与Q-Sun氙灯试验箱试验中样品颜色变化之间的相关性

  各地区户外曝晒试验中样品颜色变化之间的相关性

  对于样品的颜色变化,我们首先研究户外曝晒试验结果各地区之间的相关性如何。下面的表2是几个不同地区户外曝晒试验中样品颜色变化之间的相关系数,rs(spearman相关系数)指的是利用两种不同的测试方法对一组样品进行测试,所得实验结果之间的相关性。相关系数rs的计算公式为:rs=1-6∑di2/[n(n2-1)] ,其中n指的是样品的个数,di指的是两列排序中每一组排位数之间的差值。rs越接近于1,相关性越好。

  表2 几个不同地区户外曝晒试验中样品颜色变化之间的Spearman相关系数

表2_副本.jpg

  通过观察表2中的数据,我们发现,户外曝晒之间的Spearman相关系数不是很好。即使是同一地区,曝晒1年和曝晒2年的试验结果之间的相关性也不全是好的,其中只有宝钢1年与宝钢2年之间的相关系数为1,其它的相关系数都小于1,如海南 1年与海南2年之间的相关系数只有0.66。不同地区之间的相关系数更是不理想,有的甚至是负数,如广州1年、广州2年、重庆1年、重庆2年与海南2年之间的相关系数都是负数。

  以上已经提到,户外曝晒之间的相关系数不是很好,主要是因为户外曝晒受到酸雨、盐雾、霉菌、工业沉降物等户外因素的影响较大,我们甚至发现在宝钢试验点的样品表面出现黄斑或黑斑。

  Q-Sun氙灯试验箱与户外曝晒试验中样品颜色变化之间的相关性

  在研究户外曝晒不同地区之间的相关性的同时,我们也研究了Q-Sun氙灯试验箱与户外曝晒试验中样品颜色变化之间的相关性,具体相关系数如表3所示。

表3_副本.jpg

  与表2相比较,表3中Q-Sun氙灯试验箱与户外曝晒试验中样品颜色变化之间的相关系数反而不是很差,一般都大于 0.60。Q-Sun氙灯试验箱与北京试验点的相关系数都大于0.80,与北京2年的相关系数高达0.94。

  在户外复杂曝晒因素的影响下,我们能得到表3所示的Q-Sun氙灯试验箱与户外曝晒试验中样品颜色变化之间的相关系数,已经说明它们之间的相关性较好了。下面我们接着分析在Q-Sun氙灯试验箱中测试多长时间相当于户外曝晒多久的效果。

  Q-Sun氙灯试验箱与户外曝晒试验时间之间的对比

  为了得到实验室加速耐候测试与户外曝晒试验结果之间的关系,也就是通常大家比较关心的一个问题-----对于材料的某种变化,如果加速测试与户外结果的相关性足够好,那么在Q-Sun氙灯试验箱中测试多长时间相当于户外曝晒多久的效果。Q-Sun氙灯试验箱中测试1000小时分别相当于在北京、宝钢、广州、海南、重庆曝晒多少时间。

  下面举例说明我们的分析方法,如当我们研究在Q-Sun氙灯试验箱中测试1000小时相当于在北京曝晒多少时间时,我们首先分别测量了样品在Q-Sun氙灯试验箱中测试1000小时、在北京曝晒1年和在北京曝晒2年后样品的颜色变化,用△E来表示,如表4所示。

  表4样品在Q-Sun氙灯试验箱及北京曝晒后的颜色变化

表4_副本.jpg

  本次试验由于我们的测量数值较少,只能大体知道在Q-Sun氙灯试验箱中测试1000小时,样品的颜色变化没有在北京曝晒1年的厉害,不过无法准确计算出到底相当于在北京曝晒几个月的结果。

  所以我们建议,以后进行耐候试验时,应该多取几个时间段对样品进行测量。在一个试验中,包括初始值在内至少要测量5次。例如以上这个试验,对于Q-Sun氙灯试验箱测试,我们至少要测量初始值即0小时、200小时、400小时、600小时、800小时及1000小时的结果,而在北京曝晒2年的试验,至少要测量初始值即0个月、6个月、1年、18个月及2年的结果。

  通过观察表4,我们同时发现,Q-Sun氙灯试验箱测试时间不够长,应该再多测试一些时间,如2000h或3000h。

  三、户外曝晒之间及与Q-Sun氙灯试验箱试验中样品失光率之间的相关性

  各地区户外曝晒试验中样品失光率之间的相关性

  对于样品的失光率,我们同样首先研究户外曝晒试验结果各地区之间的相关性如何。下面的表5是几个不同地区户外曝晒试验中样品失光率之间的相关系数。

  表5 几个不同地区户外曝晒试验中样品失光率之间的相关系数

表5_副本.jpg

  通过观察表5中的数据,我们发现,户外曝晒之间的相关系数不是很好。即使是同一地区,曝晒1年和曝晒2年的试验结果之间的相关性也不全是好的,其中广州1年与广州2年之间的相关系数只有0.17。不同地区之间的相关系数更是不理想,尤其是海南1年、海南2年与其它地区之间的相关系数。

  Q-Sun氙灯试验箱与户外曝晒试验中样品失光率之间的相关性

  在研究户外曝晒不同地区之间的相关性的同时,我们也研究了Q-Sun氙灯试验箱与户外曝晒试验中样品失光率之间的相关性,具体相关系数如表6所示。

  表6 Q-Sun氙灯试验箱与户外曝晒试验中样品失光率之间的Spearman相关系数

表6_副本.jpg

  与表5相比较,表6中Q-Sun氙灯试验箱与户外曝晒试验中样品失光率之间的相关系数反而不是很差,一般都大于0.60。Q-Sun氙灯试验箱与宝钢1年的相关系数高达0.94。

  在户外复杂曝晒因素的影响下,我们能得到表6所示的Q-Sun氙灯试验箱与户外曝晒试验中样品失光率之间的相关系数,已经说明它们之间的相关性较好了。不过同样因为本次试验我们的测量数值较少,只能大体知道在Q-Sun氙灯试验箱中测试1000小时,样品的失光率相当于宝钢2年的结果,而无法计算出一个准确的数值。

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