外飾油漆氙燈老化與紫外老化的對(duì)比研究

羅茜元，藍(lán)永豪，熊 俊，甘 永，朱 軍，王志白 （長(zhǎng)安汽車(chē)工程研究總院，重慶 401120）

0 引言

外飾油漆對(duì)汽車(chē)外觀質(zhì)量起著重要的作用，是汽車(chē)消費(fèi)者評(píng)價(jià)汽車(chē)的重要因素之一。汽車(chē)的使用年限至少10 a，油漆在使用過(guò)程中存在老化現(xiàn)象，顏色、光澤等會(huì)發(fā)生變化［1］，影響車(chē)身外觀質(zhì)量。為了模擬這些戶外老化現(xiàn)象，通常在實(shí)驗(yàn)室建立老化試驗(yàn)方法以加速材料的老化。常用的老化方法有氙燈老化和紫外老化。

氙燈老化試驗(yàn)最初應(yīng)用于塑料工業(yè)、汽車(chē)工業(yè)等，經(jīng)過(guò)后期的改進(jìn)與優(yōu)化，氙燈搭配光學(xué)濾鏡可較好地模擬地球表面的太陽(yáng)光譜，與實(shí)際的戶外條件較接近，因而應(yīng)用較為廣泛［2］。

紫外老化試驗(yàn)的燈管僅能模擬地球表面的紫外光譜，不能完全模擬戶外條件［3］。雖然紫外老化的光譜與太陽(yáng)光差別較大，但它能模擬大部分老化現(xiàn)象，同時(shí)紫外老化試驗(yàn)的輻照強(qiáng)度比氙燈老化高，理論上的加速性更好［4］。

汽車(chē)外飾油漆開(kāi)展氙燈老化試驗(yàn)的周期較長(zhǎng)，部分企業(yè)在尋求縮短驗(yàn)證周期的試驗(yàn)方法。由于紫外老化的輻照強(qiáng)度比氙燈老化高，被考慮作為對(duì)氙燈老化加速的方法之一。本研究旨在考察常用油漆樣品在二者之間的試驗(yàn)結(jié)果是否存在相關(guān)性，紫外老化試驗(yàn)對(duì)氙燈老化試驗(yàn)是否存在加速效果。雖然早在2001年，孫思儒等［5］就研究了氙燈老化與紫外老化之間的關(guān)系，但使用的設(shè)備和方法在汽車(chē)行業(yè)基本未被采用，本研究采用了汽車(chē)行業(yè)常用的試驗(yàn)設(shè)備和方法，試驗(yàn)結(jié)果具有一定的參考意義。

1 試驗(yàn)部分

1.1 試驗(yàn)樣品

試驗(yàn)選取了A、B、C、D 4個(gè)廠家的各4種顏色（白色、黑色、紅色、銀色）樣品共16個(gè)。

1.2 試驗(yàn)方法

氙燈老化試驗(yàn)采用SAE J 2527—2004中的試驗(yàn)方法。紫外老化試驗(yàn)采用了ASTM G 154—2006中的試驗(yàn)方法。由于UVA340燈管發(fā)出的紫外光譜與太陽(yáng)光譜中的紫外波段（295～365 nm）最為接近，因此試驗(yàn)選用此燈管。具體內(nèi)容見(jiàn)表1。

表1 兩種老化試驗(yàn)方法Table 1 Two kinds of aging experimental methods

1.3 試驗(yàn)設(shè)備

氙燈老化采用的是美國(guó)Atlas公司的Ci4000（氙燈老化試驗(yàn)箱），它是汽車(chē)行業(yè)應(yīng)用較廣泛的旋轉(zhuǎn)式設(shè)備。該設(shè)備具有3層試樣架，可容納65個(gè)樣品。采用S Boro/S Boro濾鏡后的光譜與太陽(yáng)光譜十分接近，同時(shí)該設(shè)備可噴淋，模擬戶外的雨水和潮濕條件。

紫外老化采用的是美國(guó)Q-LAB公司的QUV-Spray紫外光加速老化試驗(yàn)機(jī)，該設(shè)備可安裝多種紫外燈管，僅能模擬紫外光部分（295～365 nm）。同時(shí)通過(guò)凝露的方式模擬戶外的潮濕條件。

色差儀采用的是日本Konica Minolta公司的CM-700D。儀器重復(fù)性：色度值標(biāo)準(zhǔn)偏差＜0.04。

光澤度儀采用的是日本Konica Minolta公司的MG268，該設(shè)備屬于三角度測(cè)試儀，具有20°，60°和85°測(cè)試角。儀器重復(fù)性：0.2 GU（10～100 GU）、±0.2%（100～2 000 GU）。

2 結(jié)果及分析

2.1 氙燈老化和紫外老化試驗(yàn)的相關(guān)系數(shù)

不同廠家的油漆在氙燈老化和紫外老化試驗(yàn)中的相關(guān)系數(shù)見(jiàn)表2。

由表2可見(jiàn)，4個(gè)廠家的白色油漆在氙燈老化和紫外老化中的相關(guān)性極好，相關(guān)系數(shù)均大于0.9。

A、C、D 3個(gè)廠家的黑色油漆在氙燈老化和紫外老化中具有一定的相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)在0.5～0.8。B廠家的黑色油漆在二者中的相關(guān)性較差，相關(guān)系數(shù)僅為0.12。

A、B、D廠家的紅色油漆在氙燈老化和紫外老化試驗(yàn)中的相關(guān)性一般，相關(guān)系數(shù)約0.5。C廠家的紅色油漆在氙燈老化和紫外老化試驗(yàn)中的相關(guān)性較好，相關(guān)系數(shù)＞0.9。

4個(gè)廠家的銀色油漆在氙燈老化和紫外老化中的相關(guān)性均較好，相關(guān)系數(shù)0.79～0.91。

2.2 色差對(duì)比

4個(gè)廠家的油漆在氙燈老化和紫外老化試驗(yàn)中的色差對(duì)比見(jiàn)圖1。由圖1可見(jiàn)，A、B、C 3個(gè)廠家的白色油漆在氙燈老化和紫外老化中經(jīng)受同等的輻照量（1 760 kJ）后，色差基本一致。氙燈老化試驗(yàn)需要開(kāi)展56 d，而紫外老化試驗(yàn)僅需開(kāi)展34 d。因此，紫外老化對(duì)氙燈老化有加速作用。D廠家的白色油漆在紫外老化試驗(yàn)中輻照1 760 kJ（34 d）后，色差僅相當(dāng)于氙燈老化500 kJ（16 d）后的效果。對(duì)于該樣品，紫外老化對(duì)氙燈老化無(wú)加速作用。

4個(gè)廠家的黑色油漆在氙燈老化和紫外老化試驗(yàn)中的色差相近，均小于0.5。紫外老化試驗(yàn)輻照1 760 kJ（34 d）后的色差值小于氙燈老化1 000 kJ（32 d）后的色差值。對(duì)于黑色油漆，紫外老化對(duì)氙燈老化無(wú)加速作用。

圖1 4個(gè)廠家的油漆在氙燈老化和紫外老化試驗(yàn)中的色差對(duì)比Figure 1 The color difference comparison among the paint from four manufacturers in xenon arc and UV aging test

A、B廠家的紅色油漆在紫外老化中輻照1 760 kJ（34 d）后的色差與氙燈老化1 000 kJ（32 d）后的結(jié)果相同；C、D廠家的紅色油漆在紫外老化中輻照1 760 kJ（34 d）后的色差僅與氙燈老化500 kJ（16 d）后的結(jié)果相同。對(duì)于紅色油漆，紫外老化對(duì)氙燈老化亦無(wú)加速作用。

A、B、C 3個(gè)廠家的銀色油漆在紫外老化中輻照1 760 kJ（34 d）后的色差相當(dāng)于氙燈老化2 500 kJ（80 d）后的大小，即紫外老化對(duì)氙燈老化起到明顯的加速作用。D廠家的銀色油漆在紫外老化中輻照了1 760 kJ（34 d）后的色差相當(dāng)于氙燈老化500 kJ（16 d）后的效果，對(duì)于該樣品，紫外老化對(duì)氙燈老化無(wú)加速作用。

2.3 光澤度對(duì)比

4個(gè)廠家的油漆在氙燈老化和紫外老化試驗(yàn)中的光澤度對(duì)比見(jiàn)圖2。由圖2可見(jiàn)，所有油漆樣品在氙燈老化和紫外老化中的光澤度變化率一致，均無(wú)較大的變化。紫外老化對(duì)氙燈老化無(wú)加速效果。

圖2 4個(gè)廠家的油漆在氙燈老化和紫外老化試驗(yàn)中的光澤度對(duì)比Figure 2 The gloss comparison among the paint from four manufacturers in xenon arc and UV aging test

3 結(jié)語(yǔ)

（1） 白色和銀色油漆樣品在氙燈老化和紫外老化試驗(yàn)中的相關(guān)性較好，黑色和紅色油漆樣品在氙燈老化和紫外老化試驗(yàn)中的相關(guān)性一般；

（2） 對(duì)于油漆樣品的色差變化，有些樣品的紫外老化對(duì)氙燈老化具有加速作用，如A、B、C廠家的白色油漆和銀色油漆；對(duì)黑色和紅色油漆樣品，紫外老化對(duì)氙燈老化無(wú)加速作用。

（3） 各個(gè)油漆樣品在氙燈老化和紫外老化試驗(yàn)中的光澤度變化基本一致，紫外老化對(duì)氙燈老化無(wú)加速作用。