關(guān)于金屬裝飾材料耐久性試驗的幾點思考

2012-09-01 02:10:18劉婷婷中國建材檢驗認證集團股份有限公司

中國建材科技 2012年8期

文/劉婷婷（中國建材檢驗認證集團股份有限公司）

金屬裝飾材料耐久性試驗至關(guān)重要，主要包括人工加速老化和自然環(huán)境暴露，其中人工加速老化試驗方法的選擇對測試結(jié)果影響較大，在進行建材產(chǎn)品尤其是新型建材產(chǎn)品耐久性試驗時，應(yīng)正確理解不同試驗方法的結(jié)果及其影響因素，并選擇合適的標準，嚴格按照標準規(guī)定的試驗條件進行，使不同場所和設(shè)備做出來的檢驗結(jié)果具有可比性。通過積累的自然環(huán)境暴露試驗數(shù)據(jù)顯示，現(xiàn)有產(chǎn)品質(zhì)量令人堪憂，應(yīng)該重視耐久性試驗。

前言

伴隨著社會的進步，經(jīng)濟和科學(xué)的發(fā)展，新型金屬裝飾材料制品不斷的涌現(xiàn)出來，并立即以其優(yōu)越的使用性和高科技含量的功能性促進了建筑業(yè)的發(fā)展。與此同時，環(huán)境對新型金屬裝飾材料制品的腐蝕性以及其耐久性（即使用壽命）是建筑師和社會極為關(guān)注的問題，因為它直接關(guān)系到建筑物的使用壽命和人生安全。

對于國內(nèi)建筑材料生產(chǎn)企業(yè)的新材料、新工藝，通過自然環(huán)境腐蝕數(shù)據(jù)積累，對其老化性能進行評價，將為發(fā)展各種耐蝕材料、延長建筑使用壽命，為制定材料防護的規(guī)范和標準提供科學(xué)依據(jù)工程提供可靠依據(jù)，也將大幅度節(jié)約材料消耗、促進擴大生產(chǎn)、進入新市場并且降低因環(huán)境老化帶來的經(jīng)濟損失。評價建筑材料耐久性的試驗主要包括人工加速老化試驗和自然環(huán)境暴露試驗，筆者針對耐久性試驗的重要性，結(jié)合平時試驗中遇到的問題，做了幾點說明，希望能夠?qū)Υ蠹矣兴鶐椭蛦⒌稀?/p>

1 金屬裝飾材料人工加速老化試驗方法的選擇

人工加速老化試驗是用來快速評定產(chǎn)品耐久性的試驗方法，目前涉及到建材尤其是金屬裝飾材料涂層部分人工加速老化試驗方法主要有以下標準：

GB/T 1771-2007色漆和清漆耐中性鹽霧性能的測定

GB/T 1740-2007 漆膜耐濕熱測定法

GB/T 1865-2009 色漆和清漆人工氣候老化和人工輻射曝露濾過的氙弧輻射

GB/T 3681-2000 塑料大氣暴露試驗方法

GB/T 10125-1997 人造氣氛腐蝕試驗鹽霧試驗

GB/T 16259-2008 建筑材料人工氣候加速老化試驗方法

GB/T 16422.2-1999塑料實驗室光源暴露試驗方法第2部分：氙弧燈

GB/T 23987-2009 色漆和清漆涂層的人工氣候老化曝露曝露于熒光紫外線和水

以上試驗方法標準可能會規(guī)定不同條件，例如GB/T 16259-2008標準中規(guī)定試驗黑板溫度有45℃±3℃，55℃±3℃和65℃±3℃三種，相對濕度可以為50%±5%和65%±5%，不同的產(chǎn)品標準應(yīng)根據(jù)產(chǎn)品特點來引用試驗方法中的條件。例如GB/T 17748-2009《建筑幕墻用鋁塑復(fù)合板》中老化試驗規(guī)定采用GB/T 16259-2008的試驗方法，黑板溫度為55℃±3℃，相對濕度為65%±5%。

不同的耐久性試驗適用于不同的產(chǎn)品性能檢驗，例如GBT 10125-1997 標準中規(guī)定了中性鹽霧試驗（NSS）、乙酸鹽霧試驗（AASS）和銅加速乙酸鹽霧試驗（CASS）等，這些均被稱為鹽霧試驗，但是試驗方法和效果卻完全不一樣，對于油漆涂層來講，一般會選用中性鹽霧試驗方法，而對于陽極氧化膜層來講，一般規(guī)定采用后兩種酸性鹽霧試驗方法（例如GB/T 23443-2009和GB 5237.2-2008）。

因此，在進行建材產(chǎn)品尤其是新型建材產(chǎn)品耐久性試驗時，應(yīng)選擇合適的標準，并且一定要嚴格按照標準規(guī)定的試驗條件進行，這樣才可能使不同場所和設(shè)備做出來的檢驗結(jié)果具有可比性。

2 正確理解不同試驗方法的結(jié)果及其影響因素

在日常檢驗工作中發(fā)現(xiàn)，客戶提供的樣板未能通過4000h人工氙燈加速老化試驗，僅僅2000h即已經(jīng)不能滿足標準要求，而客戶宣稱其產(chǎn)品在內(nèi)部測試中已經(jīng)通過了4000h人工紫外加速試驗。

筆者對此進行了分析：

建筑材料人工氣候加速老化試驗是采用特定光源，連續(xù)光照，控制一定的溫度、濕度、輻射能、降雨周期和時間，模擬和強化自然氣候條件中的光、熱、氧、濕氣、降雨等主要環(huán)境因素，以加速試樣的老化。目前主要采用的光源為氙燈和熒光紫外燈。

氙燈的射線波長主要集中在340～800nm之間，與自然光的光譜圖在紫外和可見光部分很相似，因此氙燈可以很好地模擬自然光，見圖1。

圖1 氙燈光譜譜圖與自然光光譜圖比較

熒光紫外燈分為UVA-340和 UVB-313，如圖2所示，其中UVA-340的短波輻射與 325 nm 以下的日光直射很相似； UVB-340的峰值波長在 313 nm左右，其能量幾乎全部集中在 280～360 nm 之間，波長范圍比日光的要短，在360nm以上幾乎沒有什么能量，即這種光源的短波紫外線能量比例很大，而缺少長波紫外線和可見光部分的能量，故在使用這種UVB燈進行加速老化實驗時，所得到的被測材料穩(wěn)定性經(jīng)常與戶外自然測試中的數(shù)據(jù)差異較大。

圖2 熒光燈與自然光光譜圖比較

一般認為熒光紫外燈對材料尤其是高分子材料的破壞性更高一些，長期以來認為紫外線是造成高分子鏈斷裂從而失效的罪魁禍首，故涂料企業(yè)開發(fā)新產(chǎn)品一般都采用人工紫外加速試驗進行評價，但是，筆者認為：應(yīng)正確理解不同試驗方法所帶來的不同結(jié)果，通過上述試驗結(jié)果不一致的情況來看，單純采用人工紫外加速老化試驗不能完全體現(xiàn)產(chǎn)品的耐自然暴露性能，不同產(chǎn)品失效機理都不盡相同，有的產(chǎn)品對紫外光耐受性較差，而有的產(chǎn)品卻對可見光耐受性較差，故在開發(fā)一種新產(chǎn)品而且不明確其耐久性時，建議應(yīng)同時進行氙燈和紫外加速老化試驗。

此外，儀器的準確性也是影響試驗結(jié)果的重要因素。氙燈和紫外人工加速老化實驗設(shè)備精密且昂貴，其精度直接影響測試結(jié)果的準確性和可信度，因此，設(shè)備的選擇非常重要。

3 應(yīng)進行自然環(huán)境暴露試驗

自然環(huán)境暴露試驗貼近實際使用條件，更能反映其耐久性能，但缺點是時間較長，不利于新產(chǎn)品的推廣應(yīng)用，于是，人們更愿意采用人工加速老化試驗。但是，經(jīng)常有人會問起人工加速老化試驗2000h相當(dāng)于自然環(huán)境多少年的問題，對于金屬基涂層板，其人工加速老化試驗與自然環(huán)境暴露試驗在時間上是沒有絕對對應(yīng)關(guān)系。曾經(jīng)有人試圖在某一個固定的自然環(huán)境試驗場所，通過數(shù)年、十年甚至二十年的長期投樣試驗以及與人工加速老化試驗比對，總結(jié)出產(chǎn)品老化的規(guī)律，得出所謂的加速比，即在某種條件下的人工加速試驗時間，乘以某地區(qū)的老化加速比，從而得出對應(yīng)該地區(qū)自然環(huán)境試驗的耐久性時間，目前，在海水、土壤對鋼材的腐蝕領(lǐng)域已經(jīng)取得了這方面的成績[1,2,3]，但是其他領(lǐng)域還需要繼努力。

國家建筑材料測試中心在海南瓊海和吐魯番分別建立了國內(nèi)首個建材行業(yè)自然環(huán)境試驗場，并為了配合GB/T 23443《建筑裝飾用鋁單板》等標準制定，通過各種渠道收集了業(yè)內(nèi)的鋁塑復(fù)合板、鋁單板、密封膠、管材、防水卷材等建材產(chǎn)品進行長達5年的自然環(huán)境暴露驗證試驗，有些產(chǎn)品試驗結(jié)果不甚理想，除了嚴重變色外，失光粉化也較嚴重，有的完全失光，完全達不到AAMA 2604-05標準要求的!E≤5，光澤保持率≥30%，粉化不次于8級。如圖3、4所示。

圖3 崗紋鋁塑板自然暴露試驗結(jié)果

圖4 鋁塑板五年自然暴露試驗結(jié)果（四種試樣）

筆者初步分析，造成有些產(chǎn)品不合格的原因可能是收集到的產(chǎn)品使用了質(zhì)量不好的假冒油漆、涂層工藝沒有控制好或者是涂層沒有達到三涂，僅僅做了兩涂，更深層的原因，還有待進一步系統(tǒng)分析。

總結(jié)

中國是一個地大物博，環(huán)境多樣的國家，不同地區(qū)腐蝕老化的因素不盡相同，因此，積極研究并開展自然環(huán)境試驗應(yīng)該是我們，從質(zhì)檢機構(gòu)到生產(chǎn)企業(yè)非常重視的一項工作。一個金屬裝飾材料，要想永遠蓬勃發(fā)展，首先應(yīng)該從質(zhì)量上信服于民，重視并進行耐久性試驗是提高產(chǎn)品質(zhì)量，穩(wěn)固產(chǎn)品發(fā)展應(yīng)用的必由之路。

[1] 土壤腐蝕加速試驗的加速比與動力學(xué)相關(guān)性研究。聶向暉，李曉剛等。中國腐蝕與防護學(xué)報 2011-06-15

[2] Q235鋼在大港土中3種土壤模擬加速腐蝕試驗方法比較。杜翠薇，李曉剛等【中國會議】中國力學(xué)學(xué)會學(xué)術(shù)大會'2009論文摘要集 2009-08-24

[3] 船體鋼海水全浸區(qū)腐蝕的室內(nèi)模擬加速試驗方法的研究。曾華波湖南大學(xué)【碩士】湖南大學(xué) 2010-05-30 1

附：本文參考標準

GB 5237.2-2008鋁合金建筑型材第2部分陽極氧化型材