關(guān)于金屬裝飾材料耐久性試驗(yàn)的幾點(diǎn)思考

文/劉婷婷（中國(guó)建材檢驗(yàn)認(rèn)證集團(tuán)股份有限公司）

金屬裝飾材料耐久性試驗(yàn)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(yàn)方法的選擇對(duì)測(cè)試結(jié)果影響較大，在進(jìn)行建材產(chǎn)品尤其是新型建材產(chǎn)品耐久性試驗(yàn)時(shí)，應(yīng)正確理解不同試驗(yàn)方法的結(jié)果及其影響因素，并選擇合適的標(biāo)準(zhǔn)，嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的試驗(yàn)條件進(jìn)行，使不同場(chǎng)所和設(shè)備做出來(lái)的檢驗(yàn)結(jié)果具有可比性。通過(guò)積累的自然環(huán)境暴露試驗(yàn)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(yàn)。

前言

伴隨著社會(huì)的進(jìn)步，經(jīng)濟(jì)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(lái)，并立即以其優(yōu)越的使用性和高科技含量的功能性促進(jìn)了建筑業(yè)的發(fā)展。與此同時(shí)，環(huán)境對(duì)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(huì)極為關(guān)注的問(wèn)題，因?yàn)樗苯雨P(guān)系到建筑物的使用壽命和人生安全。

對(duì)于國(guó)內(nèi)建筑材料生產(chǎn)企業(yè)的新材料、新工藝，通過(guò)自然環(huán)境腐蝕數(shù)據(jù)積累，對(duì)其老化性能進(jìn)行評(píng)價(jià)，將為發(fā)展各種耐蝕材料、延長(zhǎng)建筑使用壽命，為制定材料防護(hù)的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)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(jìn)擴(kuò)大生產(chǎn)、進(jìn)入新市場(chǎng)并且降低因環(huán)境老化帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)損失。評(píng)價(jià)建筑材料耐久性的試驗(yàn)主要包括人工加速老化試驗(yàn)和自然環(huán)境暴露試驗(yàn)，筆者針對(duì)耐久性試驗(yàn)的重要性，結(jié)合平時(shí)試驗(yàn)中遇到的問(wèn)題，做了幾點(diǎn)說(shuō)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(yàn)方法的選擇

人工加速老化試驗(yàn)是用來(lái)快速評(píng)定產(chǎn)品耐久性的試驗(yàn)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(yàn)方法主要有以下標(biāo)準(zhǔn)：

GB/T 1771-2007色漆和清漆 耐中性鹽霧性能的測(cè)定

GB/T 1740-2007 漆膜耐濕熱測(cè)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(guò)的氙弧輻射

GB/T 3681-2000 塑料大氣暴露試驗(yàn)方法

GB/T 10125-1997 人造氣氛腐蝕試驗(yàn) 鹽霧試驗(yàn)

GB/T 16259-2008 建筑材料人工氣候加速老化試驗(yàn)方法

GB/T 16422.2-1999塑料實(shí)驗(yàn)室光源暴露試驗(yàn)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(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)可能會(huì)規(guī)定不同條件，例如GB/T 16259-2008標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定試驗(yàn)黑板溫度有45℃±3℃，55℃±3℃和65℃±3℃三種，相對(duì)濕度可以為50%±5%和65%±5%，不同的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)根據(jù)產(chǎn)品特點(diǎn)來(lái)引用試驗(yàn)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(yàn)規(guī)定采用GB/T 16259-2008的試驗(yàn)方法，黑板溫度為55℃±3℃，相對(duì)濕度為65%±5%。

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

因此，在進(jìn)行建材產(chǎn)品尤其是新型建材產(chǎn)品耐久性試驗(yàn)時(shí)，應(yīng)選擇合 適的標(biāo)準(zhǔn)，并且一定要嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的試驗(yàn)條件進(jìn)行，這樣才可能使不同場(chǎng)所和設(shè)備做出來(lái)的檢驗(yàn)結(jié)果具有可比性。

2 正確理解不同試驗(yàn)方法的結(jié)果及其影響因素

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

筆者對(duì)此進(jìn)行了分析：

建筑材料人工氣候加速老化試驗(yàn)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(shí)間，模擬和強(qiáng)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(zhǎng)主要集中在340～800nm之間，與自然光的光譜圖在紫外和可見(jiàn)光部分很相似，因此氙燈可以很好地模擬自然光，見(jiàn)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(zhǎng)在 313 nm左右，其能量幾乎全部集中在 280～360 nm 之間，波長(zhǎng)范圍比日光的要短，在360nm以上幾乎沒(méi)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(zhǎng)波紫外線和可見(jiàn)光部分的能量，故在使用這種UVB燈進(jìn)行加速老化實(shí)驗(yàn)時(shí)，所得到的被測(cè)材料穩(wěn)定性經(jīng)常與戶外自然測(cè)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(rèn)為熒光紫外燈對(duì)材料尤其是高分子材料的破壞性更高一些，長(zhǎng)期以來(lái)認(rèn)為紫外線是造成高分子鏈斷裂從而失效的罪魁禍?zhǔn)?，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(yàn)進(jìn)行評(píng)價(jià)，但是，筆者認(rèn)為：應(yīng)正確理解不同試驗(yàn)方法所帶來(lái)的不同結(jié)果，通過(guò)上述試驗(yàn)結(jié)果不一致的情況來(lái)看，單純采用人工紫外加速老化試驗(yàn)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(jī)理都不盡相同，有的產(chǎn)品對(duì)紫外光耐受性較差，而有的產(chǎn)品卻對(duì)可見(jiàn)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(shí)，建議應(yīng)同時(shí)進(jìn)行氙燈和紫外加速老化試驗(yàn)。

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

3 應(yīng)進(jìn)行自然環(huán)境暴露試驗(yàn)

自然環(huán)境暴露試驗(yàn)貼近實(shí)際使用條件，更能反映其耐久性能，但缺點(diǎn)是時(shí)間較長(zhǎng)，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(yàn)。但是，經(jīng)常有人會(huì)問(wèn)起人工加速老化試驗(yàn)2000h相當(dāng)于自然環(huán)境多少年的問(wèn)題，對(duì)于金屬基涂層板，其人工加速老化試驗(yàn)與自然環(huán)境暴露試驗(yàn)在時(shí)間上是沒(méi)有絕對(duì)對(duì)應(yīng)關(guān)系。曾經(jīng)有人試圖在某一個(gè)固定的自然環(huán)境試驗(yàn)場(chǎng)所，通過(guò)數(shù)年、十年甚至二十年的長(zhǎng)期投樣試驗(yàn)以及與人工加速老化試驗(yàn)比對(duì)，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(yàn)時(shí)間，乘以某地區(qū)的老化加速比，從而得出對(duì)應(yīng)該地區(qū)自然環(huán)境試驗(yàn)的耐久性時(shí)間，目前，在海水、土壤對(duì)鋼材的腐蝕領(lǐng)域已經(jīng)取得了這方面的成績(jī)[1,2,3]，但是其他領(lǐng)域還需要繼努力。

國(guó)家建筑材料測(cè)試中心在海南瓊海和吐魯番分別建立了國(guó)內(nèi)首個(gè)建材行業(yè)自然環(huán)境試驗(yàn)場(chǎng)，并為了配合GB/T 23443《建筑裝飾用鋁單板》等標(biāo)準(zhǔn)制定，通過(guò)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(jìn)行 長(zhǎng)達(dá)5年的自然環(huán)境暴露驗(yàn)證試驗(yàn)，有些產(chǎn)品試驗(yàn)結(jié)果不甚理想，除了嚴(yán)重變色外，失光粉化也較嚴(yán)重，有的完全失光，完全達(dá)不到AAMA 2604-05標(biāo)準(zhǔn)要求的!E≤5，光澤保持率≥30%，粉化不次于8級(jí)。如圖3、4所示。

圖3 崗紋鋁塑板自然暴露試驗(yàn)結(jié)果

圖4 鋁塑板五年自然暴露試驗(yàn)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(méi)有控制好或者是涂層沒(méi)有達(dá)到三涂，僅僅做了兩涂，更深層的原因，還有待進(jìn)一步系統(tǒng)分析。

總結(jié)

中國(guó)是一個(gè)地大物博，環(huán)境多樣的國(guó)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(yàn)應(yīng)該是我們，從質(zhì)檢機(jī)構(gòu)到生產(chǎn)企業(yè)非常重視的一項(xiàng)工作。一個(gè)金屬裝飾材料，要想永遠(yuǎn)蓬勃發(fā)展，首先應(yīng)該從質(zhì)量上信服于民，重視并進(jìn)行耐久性試驗(yàn)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(yàn)的加速比與動(dòng)力學(xué)相關(guān)性研究。聶向暉，李曉剛等。中國(guó)腐蝕與防護(hù)學(xué)報(bào) 2011-06-15

[2] Q235鋼在大港土中3種土壤模擬加速腐蝕試驗(yàn)方法比較。杜翠薇，李曉剛等 【中國(guó)會(huì)議】中國(guó)力學(xué)學(xué)會(huì)學(xué)術(shù)大會(huì)'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(yàn)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(biāo)準(zhǔn)

GB 5237.2-2008鋁合金建筑型材第2部分陽(yáng)極氧化型材

GB/T 1771-2007色漆和清漆 耐中性鹽霧性能的測(cè)定

GB/T 1740-2007 漆膜耐濕熱測(cè)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(guò)的氙弧輻射

GB/T 3681-2000 塑料大氣暴露試驗(yàn)方法

GB/T 10125-1997 人造氣氛腐蝕試驗(yàn) 鹽霧試驗(yàn)

GB/T 16259-2008 建筑材料人工氣候加速老化試驗(yàn)方法

GB/T 16422.2-1999塑料實(shí)驗(yàn)室光源暴露試驗(yàn)方法第2部分：氙弧燈

GB/T 17748-2009建筑幕墻用鋁塑復(fù)合板

GB/T 23443-2009建筑裝飾用鋁單板

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

AAMA 2604-05對(duì)噴涂在鋁型材和鋁板上的高性能有機(jī)涂料的性能要求和測(cè)試程序