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曹曉東

國(guó)家涂料質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心環(huán)境實(shí)驗(yàn)室主任，研究員級(jí)高級(jí)工程師。作為第一起草人牽頭起草了多項(xiàng)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，并主持或參與完成了多項(xiàng)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

《涂層與防護(hù)》: 耐候性是涂料性能之一，而哪些涂料品種更看重這一性能？

曹曉東：涂膜涂覆在物體表面，起到保護(hù)和裝飾的作用，涂膜抵抗陽(yáng)光、空氣、水（酸雨）、微生物等環(huán)境破壞作用而保持原性能的能力，稱為涂膜的耐候性涂料在線coatingol.com。由于涂膜在使用過程中隨著時(shí)間的推移，不可避免地會(huì)受到內(nèi)在因素及外部環(huán)境因素的相互作用而出現(xiàn)變色、失光、粉化、開裂、生銹、剝落、斑點(diǎn)，沾污等一些不可逆的破壞現(xiàn)象。故對(duì)涂料的質(zhì)量而言，除了應(yīng)考察其外觀、物理、化學(xué)、機(jī)械性能外，更為重要的應(yīng)考察它的使用壽命，即涂膜本身的耐久性。而對(duì)涂膜進(jìn)行耐候性試驗(yàn)及試驗(yàn)后的綜合評(píng)定，既可以客觀地考察涂膜的各種綜合技術(shù)性能優(yōu)劣，又可以評(píng)估它的真正使用價(jià)值，顯然是十分重要和必要的。

實(shí)際使用中暴露在戶外的涂膜理論上均需要考察耐候性，例如：汽車涂料、外墻建筑涂料、交通橋梁涂料、工程機(jī)械涂料、卷材涂料等。

《涂層與防護(hù)》: 耐候性主要考察哪些性能？評(píng)價(jià)方法由哪些？

曹曉東：耐候性主要檢查項(xiàng)目有：變色、失光、粉化、起泡、生銹、開裂、剝落、斑點(diǎn)、泛金、沾污、長(zhǎng)霉等。評(píng)定可參照相關(guān)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)的要求進(jìn)行，也可以按GB/T1766-2008《色漆和清漆 涂層耐老化的評(píng)級(jí)方法》中的規(guī)定進(jìn)行。樣板的評(píng)級(jí)分單項(xiàng)評(píng)級(jí)和綜合評(píng)定兩種，綜合評(píng)定又分裝飾性漆和保護(hù)性漆兩種方法，根據(jù)樣板破壞的程度可評(píng)出：優(yōu)、良、中、可、差、劣6個(gè)級(jí)別。

試驗(yàn)后評(píng)定方法比較多，包括國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)、美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)等，目前常用到的有：

(1)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)：《色漆和清漆 涂層老化的評(píng)級(jí)方法》（GB/T 1766-2008）；ISO 4628系列《色漆和清漆 漆膜老化的評(píng)定 缺陷程度, 量值和大小及外觀均勻變化程度的規(guī)定》；（2）美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)：《評(píng)定涂漆鋼表面銹蝕程度的試驗(yàn)方法》（ASTM D 610-2008）；《涂料起泡程度評(píng)價(jià)的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法》（ASTM D 714-2002（2009）；《涂裝了色漆或涂料的試樣經(jīng)受腐蝕環(huán)境后的評(píng)定》（ASTM D1654-2008）。

以上評(píng)級(jí)方法是用在環(huán)境試驗(yàn)中及試驗(yàn)結(jié)束后需要對(duì)涂層表觀性能進(jìn)行評(píng)價(jià)。另外如前所述，在環(huán)境試驗(yàn)前及結(jié)束后對(duì)涂層的力學(xué)性能進(jìn)行試驗(yàn)，如沖擊、硬度、附著力等，然后將前后的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，考察涂層對(duì)于特定環(huán)境的耐受能力，按需要進(jìn)行的試驗(yàn)參照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定進(jìn)行。

《涂層與防護(hù)》: 從技術(shù)和經(jīng)濟(jì)角度看，為什么需要人工加速老化試驗(yàn)？需求情況如何？

曹曉東：自然暴露試驗(yàn)有一定的局限性，自然暴露試驗(yàn)中的環(huán)境因素是自然的，它們一般是不受人工控制的。如果環(huán)境試驗(yàn)的目的是要找到影響產(chǎn)品性能的確切環(huán)境因素，若想通過操縱試驗(yàn)條件的方法達(dá)到此目的，如人為地提高環(huán)境溫度、濕度，則基本不能實(shí)現(xiàn)。相對(duì)于人工模擬環(huán)境試驗(yàn)，自然氣候曝露試驗(yàn)雖然可以真實(shí)反映某地區(qū)、某時(shí)間段環(huán)境對(duì)產(chǎn)品的破壞程度,但它會(huì)受到試驗(yàn)條件中諸多不確定因素的變化而影響試驗(yàn)結(jié)果。

一般來(lái)講，自然氣候曝露的影響總是隨曝露地點(diǎn)的自然環(huán)境（地域、國(guó)度、氣象、季節(jié)）的差異而變化。另外，涂料產(chǎn)品的自然氣候曝露試驗(yàn)的周期都較長(zhǎng)（以年的倍數(shù)計(jì)）。出于經(jīng)濟(jì)、競(jìng)爭(zhēng)及縮短天然老化試驗(yàn)周期的需求，許多產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)中均選用了人工氣候老化試驗(yàn)來(lái)考查產(chǎn)品的耐候性能。

《涂層與防護(hù)》: 加速老化試驗(yàn)結(jié)果與自然暴露的關(guān)聯(lián)性如何？

曹曉東：加速性與相關(guān)性是一對(duì)矛盾,加速性好,則相關(guān)性差。沒有任何一種實(shí)驗(yàn)室曝露試驗(yàn)?zāi)芡耆M戶外實(shí)際條件下的曝露。

雖然人們對(duì)加速老化試驗(yàn)與自然暴曬試驗(yàn)的相關(guān)性很感興趣，并希望得到以下簡(jiǎn)單的對(duì)應(yīng)關(guān)系：X小時(shí)（或兆焦）加速老化試驗(yàn)=Y月（或年）的自然暴曬試驗(yàn)，從而獲得一個(gè)加速因子。但這是不現(xiàn)實(shí)的，通常也是無(wú)效的。

加速因子局限性很大，沒有普遍意義，原因如下：

(1)基于人造燈光源和太陽(yáng)光的輻照量相等得到的加速因子，未考慮溫度、濕度等其他因素對(duì)材料的影響，也未考慮材料的性能變化；

(2)加速因子依賴于材料，不同的材料或不同的配方的同種材料獲得的加速因子會(huì)有很大的差異；

(3)加速因子與考察的性能有關(guān)；

(4)影響自然暴曬及加速老化速率的可變因素也會(huì)很大程度地影響計(jì)算出的加速因子。

《涂層與防護(hù)》: 老化試驗(yàn)方法及測(cè)試手段上是否有標(biāo)準(zhǔn)可循？還有哪些缺陷？

曹曉東：漆膜老化試驗(yàn)的方法應(yīng)用最多的有自然曝露試驗(yàn)和人工氣候老化試驗(yàn)。

自然曝露試驗(yàn)常用標(biāo)準(zhǔn)如下：

GB/T 9276-1996涂層自然氣候曝露試驗(yàn)方法；

ISO  2810：2004 色漆和清漆 涂層自然老化  曝露及評(píng)定。

人工老化試驗(yàn)常用標(biāo)準(zhǔn)如下：

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 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；

GB/T 14522-2008 機(jī)械工業(yè)產(chǎn)品用塑料、涂料、橡膠材料 人工氣候老化試驗(yàn)方法 熒光紫外燈；

GB/T 16422.2-2014 塑料 實(shí)驗(yàn)室光源暴露方法  第2部分：氙弧燈；

ISO 4892-3:2006《塑料 實(shí)驗(yàn)室光源暴露方法 ——第三部：熒光UV燈》；

ISO 16474.2:2013 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；

ISO 16474-3:2013 色漆和清漆 實(shí)驗(yàn)室光源暴露方法 第3部分：熒光紫外燈；

ASTM G154-2006 非金屬材料暴露用紫外熒光設(shè)備的操作；

ASTM G155 非金屬材料在氙燈試驗(yàn)箱中的試驗(yàn)方法；

ASTM G 152.153  非金屬材料的開放式和封閉式碳弧燈老化試驗(yàn)方法；

SAE J1960  汽車用外部材料氙燈暴露試驗(yàn)；

SAE J1885  汽車用內(nèi)部材料氙燈暴露試驗(yàn)；

DIN 75220 太陽(yáng)模擬設(shè)備中汽車組件的老化（金屬鹵素?zé)簦?/p>

《涂層與防護(hù)》: 隨著技術(shù)創(chuàng)新速度加快，研發(fā)進(jìn)程也在提速，加速老化試驗(yàn)將來(lái)會(huì)取代自然暴露老化試驗(yàn)嗎？目前在技術(shù)上有哪些進(jìn)展？

曹曉東：自然暴露試驗(yàn)相對(duì)于人工模擬環(huán)境試驗(yàn)是更好的環(huán)境試驗(yàn)。自然暴露試驗(yàn)是在選定的自然環(huán)境條件下開展的，環(huán)境因素客觀、真實(shí)，只要所選定的試驗(yàn)條件與產(chǎn)品預(yù)期使用環(huán)境條件相同或相近，試驗(yàn)結(jié)果就有很高的可信度。而人工模擬環(huán)境試驗(yàn)只是對(duì)自然環(huán)境的模擬，且往往是對(duì)個(gè)別或幾個(gè)環(huán)境因素的模擬。自然暴露試驗(yàn)是人工模擬環(huán)境試驗(yàn)的基礎(chǔ)。人工模擬環(huán)境試驗(yàn)中的環(huán)境因素模擬多數(shù)是在對(duì)自然暴露試驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上進(jìn)行的。

如果沒有對(duì)自然暴露試驗(yàn)中影響試驗(yàn)條件的因素進(jìn)行深入的分析研究，就不會(huì)有現(xiàn)代的人工模擬環(huán)境試驗(yàn)（至少對(duì)大部分人工模擬環(huán)境試驗(yàn)而言）。如在人工光老化試驗(yàn)中，太陽(yáng)是人工光模擬的對(duì)象，如果沒有人們對(duì)自然暴露過程中太陽(yáng)光譜及光強(qiáng)的全面了解和認(rèn)識(shí)，就不會(huì)有今天光老化機(jī)上用人造燈作為試驗(yàn)光源以及人造燈產(chǎn)生的光能量實(shí)施有效控制。

自然暴露試驗(yàn)還是評(píng)價(jià)人工模擬環(huán)境試驗(yàn)優(yōu)劣的重要方法。產(chǎn)品在人工模擬環(huán)境試驗(yàn)中所產(chǎn)生的性能變化與在自然暴露試驗(yàn)中產(chǎn)生的性能變化一致或相似，這說(shuō)明人工模擬環(huán)境試驗(yàn)結(jié)果的可信度高。由于自然暴露試驗(yàn)的真實(shí)性，不少產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)都明文規(guī)定：當(dāng)人工模擬環(huán)境試驗(yàn)的結(jié)果與自然暴露試驗(yàn)的結(jié)果有較大出入時(shí)，應(yīng)以自然暴露試驗(yàn) 的結(jié)果為準(zhǔn)。

盡管現(xiàn)代人工模擬環(huán)境試驗(yàn)技術(shù)已經(jīng)達(dá)到了很高的水平，但受限于現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)所能達(dá)到的高度及昂貴的試驗(yàn)費(fèi)用，人工模擬環(huán)境試驗(yàn)?zāi)壳霸趹?yīng)用上不能完替代自然暴露試驗(yàn)。