聚氯乙烯彩色型材耐候性能測試與評價

文 | 中國石油化工股份有限公司北京化工研究院 孫 泉 楊宗林 胡孝義 李生德

聚氯乙烯彩色型材耐候性能測試與評價

文 | 中國石油化工股份有限公司北京化工研究院 孫 泉 楊宗林 胡孝義 李生德

通過對彩色型材老化性能的全面評價，得出不同的著色工藝如共擠、覆膜、涂裝、通體以及不同的色系對老化性能有很大的影響，通體著色以及PVC/PVC共擠彩色型材的耐候性比較差；附著力、剝離強度、色差、沖擊強度保留率等指標(biāo)能比較全面的表征彩色型材的耐候性能。

聚氯乙烯；彩色型材；耐候性能

1.言

聚氯乙烯門窗型材作為新興的化學(xué)建筑材料，因其具有節(jié)能、隔熱、保溫、環(huán)保、安裝簡便等特點，已成為我國建筑業(yè)中必不可少的新型建材。隨著我國經(jīng)濟的持續(xù)增長，迎來了我國建筑業(yè)的黃金時期，同時也帶動了化學(xué)建材業(yè)的迅速發(fā)展，傳統(tǒng)的白色型材已不能滿足國內(nèi)外市場的需求；另一方面，隨著人們生活水平的不斷提高，對家居裝飾的協(xié)調(diào)和統(tǒng)一也提出了更高的要求，迫切需要在型材的品種及顏色方面有更進一步的改進。因此彩色聚氯乙烯門窗型材的開發(fā)和研制已成為市場和企業(yè)發(fā)展的必然趨勢。

彩色型材是在傳統(tǒng)型材加工的基礎(chǔ)上，通過加入顏料或引入新的加工工藝而賦予型材不同的色彩。目前常用的方法有整體著色、雙色共擠、覆膜和噴涂等方法。耐老化性能是聚氯乙烯門窗型材最為重要的性能，該性能直接影響著門窗型材的使用壽命。我國地域遼闊，隨著聚氯乙烯門窗的推廣與普及，聚氯乙烯門窗的使用環(huán)境趨于多樣化、復(fù)雜化，因此老化性能成為評價聚氯乙烯門窗型材的關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)。目前彩色聚氯乙烯門窗型材在我國尚屬起步階段，對于相應(yīng)的老化性能的研究還不深入。由于新材料和新的加工方法的引入，必然會造成彩色型材和傳統(tǒng)白色型材老化性能本質(zhì)上的差異。由于彩色型材比白色型材更容易吸熱，其老化性能之間會有較明顯的差別；不同顏色對光能的吸收的差異也會導(dǎo)致老化性能不同。加工方法的改變對 彩色型材的老化性能也會有顯著的影響，如雙色共擠材料中的PMMA、ASA共擠材料，PMMA、ASA與傳統(tǒng)型材相比有著截然不同的老化性能，因此PMMA、 ASA的加入會明顯影響彩色型材的老化性能?，F(xiàn)有的老化性能測試方法和測試標(biāo)準已不適用于彩色型材。因此找到適用于彩色型材老化性能的測試方法對指導(dǎo)彩色型材配方的研發(fā)、加工工藝的改進以及推動彩色型材有更長遠的發(fā)展前景和重大的意義?，F(xiàn)行的聚氯乙烯門窗型材測試標(biāo)準主要根據(jù)傳統(tǒng)的白色聚氯乙烯門窗型材制定，由于彩色型材與白色型材所存在的固有的差異，該標(biāo)準不適用于彩色聚氯乙烯門窗型材。

2.器設(shè)備與樣品

2.1.要儀器設(shè)備

1) ATLAS氙燈老化箱：Ci5000

2) Q-PANEL氙燈老化箱：Xe-3

3) INSTRON萬能試驗機

4) Ceast 沖擊試驗機

5) X-rite測色儀

6)劃格器

2.2.品

選取了共擠（共擠材料材料PVC、ASA、PMMA、丙烯酸酯類）、覆膜、涂裝、通體四種著色方式、多種顏色彩色型材樣品31種，詳見表1。

2.3.驗方案

表1.色型材樣品清單

2.3.1.驗樣品尺寸

2.3.1.1.色測量：各取長和寬為50mm×40mm的試片2個。

2.3.1.2.著力測量：每個樣品取150mm×68mm的試片4個。

2.3.1.3.離強度的測量：每個樣品取100mm×20mm的試片20個（4組）。

2.3.1.4.擊強度測試：試樣采用雙V型缺口，長度l為（50±1）mm，寬度b為（6.0±0.2）mm，厚度h取型材的原厚，缺口底部半徑rN為（0.25±0.05）mm，缺口剩余寬度bN為（3.0±0.1）mm，每個樣品制備共24個（4組）。

表3.膜型材剝離強度隨老化時間的變化，N/mm

表2.裝型材附著力隨老化時間的變化（劃格試驗）

2.3.2.驗條件

2.3.2.1.驗條件

試驗的溫度是（23±2）℃，濕度是（50±5）%。試樣在試驗前在此溫度狀態(tài)下調(diào)節(jié)至少24h。

2.3.2.2.工氙燈老化條件

光源波長：（290～800）nm

光源輻照度：550W/m2

黑板溫度：（65±3）℃

相對濕度：（50±5）%

噴水周期：每次噴水時間：（18±0.5）min

兩次噴水之間的無水時間：（102±0.5）min

2.3.2.3.色測量條件：CIED65光源，8/d包含鏡面反射，測量孔徑19mm

2.3.3.驗步驟

2.3.3.1.照表1、以及2.3.1準備試樣；

2.3.3.2.照相關(guān)標(biāo)準進行各樣品的原始性能測試，并將相關(guān)樣品放入氙燈老化箱進行加速老化處理；

2.3.3.3.照一定的時間間隔顏色測量每1000h、其它2000h取出進行測試，6000h后試驗結(jié)束。

3.驗結(jié)果

3.1.著力隨老化時間的變化

3.1.1.裝型材

涂裝型材的涂裝層的附著力在型材涂裝168h后，老化后的樣品在從老化箱內(nèi)取出24h內(nèi)按照GB/T 9286-1998（eqv ISO 2409：1992）進行測試，選用六個切割刀的多刃切割刀具，刀刃間距1mm。具體測試結(jié)果見表4，從表中可以看出，不同樣品的附著力隨老化時間的變化比較大，19#、24#樣品從老化前的0級變成了老化后的3級。

表4.膜型材剝離強度降低率隨老化時間的變化，%

表5.色型材表面顏色ΔE隨老化時間的變化

3.1.2.膜型材的附著力隨老化時間的變化

覆膜型材的附著力（剝離強度）的測試按照GB/T 2790-1995標(biāo)準測試，隨老化時間的變化如表3所示、降低率如表4所示，所有樣品的原始樣品進行測試時破壞發(fā)生在膜上，說明樣品的粘結(jié)強度很高，大于膜本身的強度；老化后的樣品部分樣品如3#、4#、13#老化后的強度降低不大，不超過20%；5#、6#、14#樣品的剝離強度老化后下降很多，將近60%，并且破壞發(fā)生在型材和膜的粘結(jié)處，說明影響腹膜型材的剝離強度因素有：膜本身的耐候性以及膠粘劑的耐候性。

3.2.色型材表面的顏色隨老化時間的變化

彩色型材質(zhì)量好壞的一個最重要的指標(biāo)就是顏色變化。表面顏色測量采用CIE Lab 1976色空間，用CIE D65光源，8/d包含鏡面反射，測量孔徑19mm。ΔE、Δb隨老化時間的變化見表5、表6。從表中可以看出，色差的變化分布很寬，和著色工藝以及顏色有著非常大的關(guān)系。從著色工藝來說，覆膜、共擠（PVC共擠除外）、涂裝的整體性能優(yōu)于通體著色和PVC共擠彩色型材。就相同的著色工藝，不同的顏色，色差也有差別；紅色等鮮艷的顏色的色差比較大，墨綠色、灰色的色差要小得多。

3.4.色型材的力學(xué)性能受氣候影響的保留率

彩色型材質(zhì)量好壞的另一個最重要的指標(biāo)就是沖擊強度的保留率。彩色型材的雙V缺口沖擊強度以及保留率如表7所示。沖擊強度隨老化時間有很大的變化，不同的著色工藝的沖擊強度的保留率差別也很大，相對來說通體著色、PVC共擠的要低一些。

4.論

從上述試驗結(jié)果，我們可以得出以下結(jié)論：

表6.色型材表面顏色Δb隨老化時間的變化

4.1.色型材的附著力隨老化時間的變化比較明顯，和著色工藝以及原料的關(guān)系比較大，和顏色的關(guān)系比較小。

4.2.色型材的表面的顏色的變化隨老化時間變化比較明顯，另外，著色工藝以及顏色對最終的結(jié)果有很大的影響，一般說來，通體著色和PVC/PVC共擠的顏色變化很大。

4.3.色型材的物理力學(xué)性能——雙V缺口沖擊強度隨著老化時間變化而變化，力學(xué)性能的保留率和著色工藝的關(guān)系比較大，相對來說，顏色的影響要小一些。

表7.色型材雙v缺口沖擊強度隨老化時間的變化

4.4.將附著力、顏色變化、沖擊強度保留率三個指標(biāo)共同表征彩色型材的耐候性。

1) GB/T 9286-1998 色漆和清漆 漆膜的劃格試驗

2) GB/T 2790-1995 膠粘劑180°剝離強度試驗方法 撓性材料對剛性材料

3) GB/T 1043-1993 硬質(zhì)塑料簡支梁沖擊試驗方法

4) GB/T 8814-2004 門、窗用未增塑聚氯乙烯（PVC-U）型材

5) RAL-GZ 716/1-1998 塑料窗質(zhì)量規(guī)范

6) DIN 16830.3-2000 高沖擊韌性聚氯乙烯（PVC-HI)窗型材 第3部分:帶彩色表面型材要求

7) DIN 16830.4-2000 高沖擊韌性聚氯乙烯（PVC-HI)窗型材 第4部分:帶彩色表面型材試驗方法

8) GB/T 8424.1-2001 紡織品 色牢度試驗 表面顏色的測定通則

9) GB/T 8424.2-2001 紡織品 色牢度試驗 相對白度的儀器評定方法

10) GB/T 8424.3-2001 紡織品 色牢度試驗 色差計算

Testing and Assessment of Weathering Resisitance of PVC Multicolor Section Bar

Through a comprehensive assessment of aging performance of multicolor section barl, this essay concludes that both different painting technology which include coextrusion，laminating, painting outfitting and polishing and different color systems can exert great influence on ageing performance. Polishing coloring and PVC/PVC coextrusion multicolor section bar has lower wetherability. Adhesive power, peeling strength, chromatic aberration, impact strength retention rate and other indicators can be more comprehensive characterization of color profiles of weathering resistance.

PVC；colour poofile；aging groperty

孫泉，中國石油化工股份有限公司北京化工研究院工程師，長期從事化學(xué)建材性能檢測與評價工作以及相關(guān)標(biāo)準編制工作。