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0引 言

玻璃和透明塑料是人們?nèi)粘Ｉ钪胁豢扇鄙俚牟牧希褂眠@些材料，常常會(huì)遇到表面霧化問(wèn)題，給人們的工作和生活帶來(lái)了困擾和不便。例如，新冠疫情防治過(guò)程中醫(yī)護(hù)人員配戴的護(hù)目鏡起霧，導(dǎo)致醫(yī)療護(hù)理檢測(cè)過(guò)程中嚴(yán)重干擾診療工作；汽車(chē)車(chē)燈在晝夜溫差很大或者濕度很大的天氣條件下，容易產(chǎn)生霧氣，如果大燈出現(xiàn)霧氣會(huì)嚴(yán)重影響汽車(chē)大燈的透光率和照明效果，甚至很難看清路面狀況，影響行車(chē)安全。在工業(yè)領(lǐng)域，各種攝像鏡頭及各類(lèi)設(shè)備儀器儀表盤(pán)，在室外溫差條件下，極易表面產(chǎn)生霧氣，影響攝影清晰度及各類(lèi)儀表盤(pán)的讀數(shù)記錄涂料在線coatingol.com。

現(xiàn)階段可采取加熱法或施涂防霧涂料、防霧劑等方法達(dá)到防霧效果，但加熱法不僅會(huì)消耗更多的能源，而且操作比較困難，目前最為經(jīng)濟(jì)、最成熟還是施涂防霧涂料方法。

近年來(lái)，防霧涂料產(chǎn)品市場(chǎng)應(yīng)用越來(lái)越廣泛，市場(chǎng)規(guī)模快速增長(zhǎng)，其應(yīng)用領(lǐng)域也從汽車(chē)車(chē)燈、眼鏡等，拓展到鏡子、監(jiān)控鏡頭、護(hù)目鏡、頭盔罩、后視鏡、農(nóng)用薄膜、光伏玻璃等。全球已有諸多頭部企業(yè)對(duì)相關(guān)產(chǎn)品進(jìn)行產(chǎn)品開(kāi)發(fā)，國(guó)內(nèi)也有部分企業(yè)投入防霧涂料行業(yè)，產(chǎn)品性能得到大幅提升，能夠滿足市場(chǎng)需求。

現(xiàn)階段防霧涂料僅在車(chē)燈領(lǐng)域有比較成熟的應(yīng)用，在其他行業(yè)的應(yīng)用不成熟也不規(guī)范，導(dǎo)致現(xiàn)在市場(chǎng)上的防霧涂料魚(yú)龍混雜，技術(shù)水平差異較大，有些不具備防霧性能的涂料也打著防霧涂料的幌子擾亂市場(chǎng)。行業(yè)迫切需要一個(gè)科學(xué)可靠的性能測(cè)試評(píng)價(jià)方法，為防霧涂料產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)的制訂提供有效的技術(shù)支撐。

1 相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)研究

在標(biāo)準(zhǔn)方面，目前國(guó)內(nèi)外都沒(méi)有專(zhuān)門(mén)用于評(píng)價(jià)防霧涂料防霧效果的通用標(biāo)準(zhǔn)。通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)資料查閱，國(guó)內(nèi)外有一些有關(guān)防霧性的測(cè)試評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，如GB/T 31726—2015《塑料薄膜防霧性試驗(yàn)方法》、CH/T 8002—1991《測(cè)繪儀器防霉、防霧、防銹》、JIS D4502—1994《客車(chē)-擋風(fēng)玻璃除霜器的防霧性能》、KS G3307—2001《鏡片防霧試驗(yàn)方法》、T/FSI 019—2019《玻璃防霧用水性硅油分散液》等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。但這些標(biāo)準(zhǔn)有些比較年久，已不適用于現(xiàn)在產(chǎn)品技術(shù)發(fā)展要求，有些僅是某些細(xì)分領(lǐng)域的相關(guān)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，并不能通用于整個(gè)防霧涂料行業(yè)，有些僅是實(shí)驗(yàn)室里進(jìn)行簡(jiǎn)單的試驗(yàn)，試驗(yàn)誤差大，重復(fù)性低，更為關(guān)鍵的是缺乏有效可行的測(cè)試儀器設(shè)備。

查詢(xún)到車(chē)燈行業(yè)用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO/TS 5385:2022 Road vehicles–Anti-fog coating for exterior lighting devices - Specification《道路車(chē)輛-外部照明裝置的防霧涂層-技術(shù)條件》，但該標(biāo)準(zhǔn)僅適用于車(chē)燈行業(yè)，無(wú)法適用于防霧涂料的其他應(yīng)用領(lǐng)域，但該方法對(duì)新方法的開(kāi)發(fā)有借鑒價(jià)值。

2 測(cè)試方法

2.1 霧化產(chǎn)生的條件

空氣中有相當(dāng)量的水蒸汽存在，一旦具有一定分壓的水蒸汽冷卻到其露點(diǎn)時(shí)，水蒸汽達(dá)到飽和，冷凝析出小水珠，小水珠粘附在透明基材表面出現(xiàn)霧化現(xiàn)象。霧化產(chǎn)生的條件可以簡(jiǎn)單的分為兩個(gè)方面：（1）存在水汽和溫差；（2）基材表面的潤(rùn)濕性質(zhì)。

2.2 設(shè)備的開(kāi)發(fā)

根據(jù)霧化產(chǎn)生的條件，只要滿足溫差及水汽條件，就能產(chǎn)生霧氣，在試板表面形成霧氣后通過(guò)觀察視力表的清晰程度來(lái)評(píng)價(jià)防霧效果。所以設(shè)備開(kāi)發(fā)的關(guān)鍵在于穩(wěn)定控制的蒸汽供應(yīng)。設(shè)備通過(guò)精確控制試板兩側(cè)溫度和相對(duì)濕度條件，經(jīng)過(guò)一定時(shí)間的起霧試驗(yàn)后，觀察試板表面狀態(tài)及標(biāo)準(zhǔn)視力表的清晰程度，來(lái)評(píng)價(jià)防霧涂料防止或減輕霧氣生成的能力。設(shè)備通過(guò)控制試板兩側(cè)的溫濕度，能模擬現(xiàn)實(shí)中不同工況下試件起霧的情況，能夠較好反應(yīng)現(xiàn)實(shí)狀況及防霧涂料的防霧性能優(yōu)劣。

圖1 防霧性測(cè)試儀示意圖

設(shè)備主要由3個(gè)工作艙組成，其中高溫艙提供充足預(yù)制的濕熱空氣流，低溫艙提供恒定的低溫環(huán)境，測(cè)試艙置于低溫艙中，試板置于測(cè)試艙頂部，并完全覆蓋測(cè)試艙，試板一側(cè)暴露于高溫艙產(chǎn)生的蒸汽流下，另一側(cè)與低溫艙接觸。測(cè)試艙底部放有標(biāo)準(zhǔn)視力表，且每個(gè)艙內(nèi)均配置溫濕度傳感器，以實(shí)時(shí)記錄艙內(nèi)的溫濕度變化。

2.3 測(cè)試過(guò)程

試驗(yàn)開(kāi)始時(shí)前，分別設(shè)置低溫艙的溫度及高溫艙的溫濕度以及試驗(yàn)時(shí)間，然后將試板置于測(cè)試艙頂部，并穩(wěn)定足夠時(shí)間，使試板與環(huán)境條件一致。試驗(yàn)開(kāi)始后開(kāi)啟通風(fēng)閥門(mén)后，預(yù)制的濕熱空氣通過(guò)固定空氣管路被送入測(cè)試艙內(nèi)，試板由于熱蒸汽的影響，與低溫艙形成溫差后，在試板下表面形成霧氣，造成起霧現(xiàn)象，試驗(yàn)達(dá)到規(guī)定時(shí)間后，閥門(mén)自動(dòng)關(guān)閉，此時(shí)立即觀察試板起霧情況，也可拍照記錄。

2.4 試驗(yàn)評(píng)價(jià)

由于試板表面產(chǎn)生的霧氣，不適用常規(guī)的透光率、霧度等光學(xué)指標(biāo)來(lái)測(cè)定評(píng)價(jià)，且整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程中霧氣變化迅速，試驗(yàn)結(jié)束后消散較快，所以通過(guò)大量試驗(yàn)得知，用防霧等級(jí)對(duì)防霧性能的優(yōu)劣進(jìn)行評(píng)價(jià)較為合適，如表1所示。

表1 防霧等級(jí)對(duì)照表

3 測(cè)試條件

3.1 試驗(yàn)參數(shù)

該防霧設(shè)備，可根據(jù)實(shí)際測(cè)試需求，設(shè)定不同的試驗(yàn)參數(shù)，來(lái)模擬不同試驗(yàn)條件下，防霧涂層的防霧效果。可廣泛用于防霧涂料產(chǎn)品設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)及不同工況條件下的測(cè)試需求。

對(duì)該設(shè)備尋求較為合適的試驗(yàn)條件，進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)。將高溫區(qū)的溫度分別設(shè)定為40 ℃和55 ℃，相對(duì)濕度為90%，經(jīng)過(guò)一定時(shí)間的試驗(yàn)，將試驗(yàn)艙的溫濕度隨時(shí)間變化的數(shù)據(jù)繪制成曲線，如圖2、圖3所示。圖中，橫坐標(biāo)為試驗(yàn)時(shí)間，縱坐標(biāo)為溫度和濕度，紅色曲線為濕度變化曲線，藍(lán)色曲線為溫度變化曲線。

圖2  高溫區(qū)（40±2）℃/（90±5）%時(shí)的溫濕度曲線變化圖

圖3 高溫區(qū)（55±2）℃/（90±5）%時(shí)的溫濕度曲線變化圖

通過(guò)圖2、圖3可以發(fā)現(xiàn)，試驗(yàn)前期，濕熱蒸汽通過(guò)管道進(jìn)入試驗(yàn)艙，試驗(yàn)艙內(nèi)溫濕度快速上升，當(dāng)試驗(yàn)達(dá)到35s后，試驗(yàn)艙的溫濕度趨于穩(wěn)定，同時(shí)觀察試板狀態(tài)，試板表面起霧效果也趨于穩(wěn)定。當(dāng)高溫區(qū)溫度為40℃時(shí)，測(cè)試艙溫度達(dá)到33℃左右，當(dāng)高溫區(qū)溫度為55℃時(shí)，測(cè)試艙溫度達(dá)到41℃左右。當(dāng)溫度較高時(shí)，試板起霧也更加迅速，整體霧氣量也更大。通過(guò)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，整體起霧效果跟測(cè)試艙的大小以及通風(fēng)管道處濕空氣閥的功率相關(guān)，對(duì)這些參數(shù)進(jìn)行確定后，試驗(yàn)的結(jié)果才有可比性。根據(jù)不同的防霧需求，設(shè)定不同的高溫區(qū)參數(shù)，進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)。

3.2 與IOS/TS 5385:2022的試驗(yàn)對(duì)比

ISO/TS 5385:2022是車(chē)燈領(lǐng)域使用較為廣泛的防霧測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)中通過(guò)加熱蒸餾水至規(guī)定溫度，然后將試板置于蒸汽流中一定時(shí)間后觀察試板表面的起霧狀態(tài)，并按標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評(píng)級(jí)。

新開(kāi)發(fā)設(shè)備為了匹配車(chē)燈的測(cè)試方法，探究適用于車(chē)燈的測(cè)試條件。通過(guò)將同一樣品在兩種測(cè)試方法下漆膜的吸水量這一衡量指標(biāo)及同一樣品的評(píng)級(jí)評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行一系列試驗(yàn)，得出ISO方法中80℃/20s的試驗(yàn)條件，對(duì)應(yīng)了該設(shè)備中高溫區(qū)環(huán)境溫度為（55±2）℃，相對(duì)濕度為（90±5）%條件下試驗(yàn)40s，ISO方法中40℃/20s的試驗(yàn)條件，對(duì)應(yīng)了該設(shè)備中高溫區(qū)環(huán)境溫度為（35±2）℃，相對(duì)濕度為（80±5）%條件下試驗(yàn)40s。

3.3 參數(shù)設(shè)置

對(duì)于不同涂料的使用工況，設(shè)置與實(shí)際工況相適應(yīng)的參數(shù)，對(duì)于一些護(hù)目鏡、眼鏡等眼面部防護(hù)產(chǎn)品用防霧涂料，將試驗(yàn)條件設(shè)置為：高溫區(qū)環(huán)境溫度為（40±2）℃，相對(duì)濕度為（90±5）%，低溫區(qū)環(huán)境溫度為（23±2）℃，試驗(yàn)時(shí)間為40s；對(duì)于車(chē)輛用或安防用監(jiān)控設(shè)備內(nèi)表面用防霧涂料，將試驗(yàn)條件設(shè)置為：高溫區(qū)環(huán)境溫度為（55±2）℃，相對(duì)濕度為（90±5）%，低溫區(qū)環(huán)境溫度為（23±2）℃，試驗(yàn)時(shí)間為40s；對(duì)于經(jīng)過(guò)某些環(huán)境試驗(yàn)后防霧效果明顯下降的，試驗(yàn)要求為哈氣不起霧的，將試驗(yàn)條件設(shè)置為：高溫區(qū)環(huán)境溫度為（35±2）℃，相對(duì)濕度為（80±5）%，低溫區(qū)環(huán)境溫度為（23±2）℃。基于以上參數(shù)對(duì)一系列不同類(lèi)型的防霧涂料品種進(jìn)行試驗(yàn)。

4 驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果

在防霧測(cè)試方法開(kāi)發(fā)及防霧涂料行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)制定過(guò)程中，共收集了14個(gè)代表性的樣品，樣品類(lèi)型包括Ⅰ型（護(hù)目鏡、眼鏡等眼面部防護(hù)產(chǎn)品用防霧涂料）和Ⅱ型（車(chē)輛用或安防用監(jiān)控設(shè)備內(nèi)表面用防霧涂料），覆蓋目前市場(chǎng)上主流的防霧涂料應(yīng)用領(lǐng)域，對(duì)這14個(gè)樣品進(jìn)行防霧性能及長(zhǎng)效防霧性能（10次循環(huán)防霧）的測(cè)定，具體測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表2、表3。

表2 Ⅰ型產(chǎn)品測(cè)試結(jié)果

表3 Ⅱ型產(chǎn)品測(cè)試結(jié)果

從表2、表3可以看出，該測(cè)試方法能很好區(qū)別涂料防霧性能的優(yōu)劣，經(jīng)過(guò)多次循環(huán)測(cè)試，部分樣品的防霧性能下降明顯。根據(jù)驗(yàn)證試驗(yàn)可以看出，車(chē)用領(lǐng)域的防霧涂料技術(shù)更為成熟，產(chǎn)品均具有較好的初始防霧性能，且該方法與ISO方法對(duì)同一樣品的評(píng)價(jià)結(jié)果一致。該方法對(duì)于防霧涂料不同的應(yīng)用領(lǐng)域，具有普適性。

同時(shí)通過(guò)接觸角的測(cè)量發(fā)現(xiàn)，14個(gè)樣品中只有一個(gè)樣品為疏水型，但該樣品基本無(wú)防霧效果，接觸角的數(shù)值大小跟防霧效果的優(yōu)劣無(wú)明顯的相關(guān)性，但接觸角與防霧機(jī)理直接相關(guān)，所以接觸角的測(cè)試對(duì)于產(chǎn)品配方的設(shè)計(jì)及產(chǎn)品批次的穩(wěn)定性有一定的參考價(jià)值。

5 結(jié) 語(yǔ)

本方法相較于實(shí)驗(yàn)室常用的水浴蒸汽法，具有更高的精確性和試驗(yàn)復(fù)現(xiàn)性，本方法能準(zhǔn)確控制試板兩側(cè)的溫濕度并進(jìn)行記錄分析，排除環(huán)境的溫濕度影響，提高試驗(yàn)的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。并且該設(shè)備能根據(jù)實(shí)際環(huán)境條件，設(shè)定試驗(yàn)參數(shù)，滿足各類(lèi)測(cè)試需求。

該設(shè)備及測(cè)試方法的開(kāi)發(fā)解決了國(guó)內(nèi)外缺乏防霧涂料防霧性能有效測(cè)試設(shè)備和評(píng)價(jià)方法的問(wèn)題，建立一種更加準(zhǔn)確有效且可行性高的防霧性能測(cè)試評(píng)價(jià)方法，為行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的制定及相關(guān)產(chǎn)品的測(cè)試評(píng)價(jià)提供技術(shù)支撐。

由于現(xiàn)階段主要是親水型防霧的技術(shù)路線，缺少疏水型防霧涂料的相關(guān)試驗(yàn)結(jié)果，該設(shè)備、方法現(xiàn)僅限于親水型防霧的測(cè)試。

作者:曹碧輝，管超，王瑞瑾

(國(guó)恒信(常州)檢測(cè)認(rèn)證技術(shù)有限公司，中海油常州涂料化工研究院有限公司，江蘇常州 213016)

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