彩涂板戶外老化測試與實驗氙燈耐氣候試驗方法，哪一種更好？

彩涂板老化試驗的現(xiàn)狀

彩涂板因其優(yōu)良的成型性、耐久性和裝飾性能，被廣泛應用于建筑、家電、家具等行業(yè)。國外對彩涂板的生產(chǎn)和研究已有50多年的歷史，而國內(nèi)對彩涂板的生產(chǎn)還不到20年，因此對彩涂板性能的研究非常有限。本文主要研究彩涂板的室外暴露和實驗室加速耐候試驗及其相關性。

室外暴露和實驗室加速風化試驗方法

為了研究不同地區(qū)的室外暴露情況，我們在寶鋼、北京、廣州、海南、重慶等地對目前國內(nèi)外廣泛使用的12種不同樹脂體系的彩涂板進行了室外暴露試驗。戶外曝曬時間共計3年，每隔一年對樣品的顏色變化、失光、粉化等性能進行檢測。在戶外曝曬的同時，我們還在實驗室進行了加速風化試驗。在Q-Sun氙氣燈試驗箱中暴露1000小時，實驗室加速老化試驗按照國家標準GB/T 13448-2006設定試驗條件，具體參數(shù)見表1。

表1 Q-SUN氙燈耐氣候試驗箱測試程序

室外曝曬和實驗室氙燈耐氣候試驗的結果分析

試驗結果的初步分析

經(jīng)過戶外曝曬和實驗室加速風化試驗，我們選擇并測量了6個樣品的顏色變化、失光率、粉碎度等數(shù)值。在測量這些參數(shù)的過程中，我們發(fā)現(xiàn)了以下問題。

戶外曝曬受環(huán)境的影響很大。除了光照、溫度和濕度的主要影響，酸雨、鹽霧、霉菌和工業(yè)沉積物等戶外因素也會對材料造成損害。由于海南和廣州屬于沿海氣候條件，樣品的室外暴露會受到鹽霧、霉菌等情況的影響；重慶受酸雨的影響較大；但寶鋼試驗場位于工業(yè)環(huán)境中，各種工業(yè)污染物的沉降量很大，對樣品的影響也很大。因此，只有北京的樣品污染較小，實驗室的加速老化試驗結果與北京的戶外暴露結果有很好的相關性。

由于我們在測試樣品的顏色變化、變色和粉化之前對其進行了清洗，所以有些測試結果不能反映樣品的真實老化結果。例如，在北京，第三年的顏色變化沒有第二年那么嚴重，主要是因為我們清洗了樣品后，樣品出現(xiàn)了新的表層，沒有老化，所以出現(xiàn)了上述的測試結果。因此，我們只考慮第一年和第二年的室外暴露的測試結果。

由于受到酸雨、鹽霧、霉菌和工業(yè)沉積物等戶外因素的影響，即使是戶外暴露之間的相關性也不是很好。相比之下，加速實驗室測試和戶外暴露之間的相關性要好一些。我們將在下面的章節(jié)中重點討論Q-Sun氙氣燈試驗箱與戶外暴露之間的關系。

• 各地區(qū)戶外曝曬試驗中樣品顏色變化的相關性

對于樣品的顏色變化，我們首先研究不同地區(qū)之間的戶外暴露測試結果的相關性。下面的表2顯示了幾個不同地區(qū)的室外曝曬試驗中樣品顏色變化的相關系數(shù)rsQUV（spearman相關系數(shù)）。相關系數(shù)是指用兩種不同的測試方法測試一組樣品所得到的實驗結果之間的相關性。相關系數(shù)rs的計算公式為：rs=1-6∑di2/[n(n2-1)]，其中n指的是樣品的數(shù)量，di指的是兩列中每組的排名號之差。rs越接近于1，相關度越高。

表2幾個不同地區(qū)的戶外暴露試驗中樣品顏色變化之間的Spearman相關系數(shù)

通過觀察表2中的數(shù)據(jù)，我們發(fā)現(xiàn)戶外暴露之間的Spearman相關系數(shù)不是很好。即使在同一地區(qū)，暴露一年和暴露兩年的測試結果之間的相關性也不盡如人意。其中，只有寶鋼一年與寶鋼兩年的相關系數(shù)為1，其他相關系數(shù)均小于1，如海南一年與海南兩年的相關系數(shù)僅為0.66。不同地區(qū)之間的相關系數(shù)并不理想，有些甚至是負的。例如，廣州1年、廣州2年、重慶1年、重慶2年和海南2年之間的相關系數(shù)都是負的。

如上所述，室外暴露的相關系數(shù)不是很好，主要是因為室外暴露受室外因素的影響很大，如酸雨、鹽霧、霉菌、工業(yè)沉積物等。我們甚至發(fā)現(xiàn)，在寶鋼試驗場的樣品表面有黃斑或黑斑。

• Q-Sun氙氣燈試驗箱與戶外暴露試驗中樣品顏色變化的相關性

在研究不同地區(qū)戶外暴露的相關性的同時，我們還研究了Q-Sun氙氣燈試驗箱與戶外暴露試驗中樣品顏色變化的相關性。具體的相關系數(shù)如表3所示。

與表2相比，表3中Q-Sun氙氣燈試驗箱與戶外曝曬試驗中樣品顏色變化的相關系數(shù)不是很差，一般在0.60以上。Q-SUN氙氣燈試驗箱與北京試驗場的相關系數(shù)大于0.80，Q-SUN氙氣燈試驗箱與北京試驗場兩年的相關系數(shù)更是高達0.94。

在復雜的戶外曝曬因素影響下，我們可以得到表3所示的Q-SUN氙氣燈試驗箱與戶外曝曬試驗中樣品顏色變化的相關系數(shù)，說明它們之間的相關性很好。接下來，我們將分析在Q-Sun氙氣燈試驗箱中測試的時間長短的影響，這相當于在戶外暴露的時間。

• Q-Sun氙氣燈試驗箱與戶外暴露試驗時間的比較

為了得到實驗室加速老化試驗與戶外暴露試驗結果之間的關系，也就是大家普遍關心的--如果加速試驗與戶外結果之間的相關性足夠好，對于某種變化的材料來說，在Q-Sun氙燈試驗箱中試驗需要多長時間就相當于戶外暴露的效果。在本文中，在Q-Sun氙氣燈試驗箱中的1000小時相當于分別在北京、寶鋼、廣州、海南和重慶的暴露時間。

這里有一個例子來說明我們的分析方法。例如，當我們研究在Q-Sun氙氣燈試驗箱中的暴露時間相當于1000小時時，我們首先測量樣品在Q-Sun氙氣燈試驗箱中暴露1000小時、在北京暴露1年和在北京暴露2年后的顏色變化，并以△E表示，如表4所示。

樣品編號 △E（Q-SUN1000h） △E（在北京1年） △E（在北京2年）

在本次實驗中，由于測量值較少，我們只能大致知道樣品在Q-Sun氙氣燈試驗箱中測試1000小時后的顏色變化沒有在北京曝光一年后的顏色變化嚴重，但我們無法準確計算出相當于在北京曝光幾個月的結果。

因此，我們建議，在未來，我們應該多采取幾個時間段來測量樣品。在一個試驗中，初始值應該至少測量5次。例如，在上述實驗中，對于Q-Sun氙氣燈試驗箱，我們至少應該測量初始值，即0小時、200小時、400小時、600小時、800小時和1000小時的結果，而對于在北京的兩年暴露試驗，我們至少應該測量初始值，即0個月、6個月、1年、18個月和2年的結果。

通過觀察表4，我們還發(fā)現(xiàn)，Q-Sun氙氣燈試驗箱的試驗時間不夠長，所以應該多試驗一些時間，如2000h或3000h h。

• 不同地區(qū)的室外曝曬試驗中樣品損失率的相關性

對于樣品的失光率，我們也首先研究了不同地區(qū)之間戶外曝曬試驗結果的相關性。下面的表5顯示了幾個不同地區(qū)的戶外曝曬試驗中樣品失光率之間的相關系數(shù)。

表5 幾個不同地區(qū)戶外曝曬試驗中樣品失光率的相關系數(shù)。

通過觀察表5中的數(shù)據(jù)，我們發(fā)現(xiàn)戶外暴露之間的相關系數(shù)不是很好。即使在同一地區(qū)，暴露一年和暴露兩年的測試結果之間的相關性也不盡如人意，廣州一年和廣州兩年的相關系數(shù)只有0.17。不同地區(qū)之間的相關系數(shù)也不理想，尤其是海南一年和海南兩年與其他地區(qū)的相關系數(shù)。

• Q-SUN實驗氙燈耐氣候試驗箱與戶外暴露試驗中樣品損失率的相關性

在研究不同地區(qū)戶外曝曬相關性的同時，我們還研究了Q-SUN氙氣燈試驗箱與戶外曝曬試驗中樣品損失率的相關性。具體的相關系數(shù)如表6所示。

表6 Q-SUN實驗氙燈耐氣候試驗箱與戶外曝曬試驗中樣品損失率的Spearman相關系數(shù)

與表5相比，表6中Q-Sun實驗氙燈耐氣候試驗箱與戶外曝曬試驗中樣品損失率的相關系數(shù)不是很差，一般都在0.60以上。Q-Sun氙氣燈試驗箱與寶鋼一年的相關系數(shù)高達0.94。

在復雜的戶外曝曬因素影響下，我們可以得到表6所示的Q-Sun實驗氙燈耐氣候試驗箱與戶外曝曬試驗中樣品損耗率的相關系數(shù)，說明它們之間的相關性很好。但由于本次試驗的測量值較少，我們只能大致知道樣品在Q-Sun氙氣燈試驗箱中測試1000小時后的失光率相當于寶鋼2年的結果，所以無法計算出準確的數(shù)值。

結論和建議

本文研究了幾種不同樹脂體系的彩涂板的室外暴露和實驗室加速老化試驗。通過本實驗，我們認識到室外暴露是實驗室加速老化試驗的基礎，積極開展室外老化試驗是非常重要的。我們應該用室外暴露試驗來指導實驗室的加速試驗。由于戶外暴露因素的復雜性，如酸雨、鹽霧、霉菌和工業(yè)沉積物等，實驗室加速試驗不能完全模擬戶外試驗中的所有老化現(xiàn)象。

通過合理的評估和統(tǒng)計分析，我們得到了Q-SUN實驗氙燈耐氣候試驗箱和戶外暴露對樣品顏色變化和失光率的良好相關系數(shù)。

通過這次實驗，我們也注意到實驗過程中需要改進的一些地方。

在對戶外曝曬樣品進行評估之前，應該清洗一半的樣品，而不是全部清洗，這樣對以后的評估就沒有證據(jù)。

在試驗過程中，至少要對樣品進行五次評估，包括初始值，這樣可以避免數(shù)據(jù)太少而無法對試驗結果進行統(tǒng)計分析。

確定試驗的終點也很重要。例如，在這次試驗中，樣品的某些性能沒有達到實驗室加速試驗中室外暴露的老化程度。

另一個重要的點是現(xiàn)有的實驗室加速試驗方法的局限性。例如，我們可以增加酸雨模擬試驗（可在Q-Sun Xe-3HD模型中實現(xiàn)）來模擬重慶的暴露環(huán)境，增加紫外線鹽霧復合試驗（可在QUV+Q-Fog中實現(xiàn)）來模擬海南和廣州沿海地區(qū)的暴露環(huán)境。