古青銅器修復(fù)
—原子灰補(bǔ)配性能研究

馮澤霖 蔡毓真 倪炎

（1.北京城市學(xué)院，北京 101309；2.首都博物館，北京 100045）

0 引言

隨著時代的進(jìn)步、科技的發(fā)展，在文物修復(fù)領(lǐng)域中出現(xiàn)新型材料也是層出不窮。以青銅修復(fù)為例來說，從剛開始出現(xiàn)的焊錫法、銅補(bǔ)銅、失蠟補(bǔ)鑄等傳統(tǒng)修復(fù)方法，逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)橐原h(huán)氧樹脂、CDK502、速成鋼等新型高分子材料。這些新型材料相對于傳統(tǒng)材料而言，操作簡單、安全系數(shù)高，可以針對不同情況制定專屬于這一件器物的修復(fù)方案和材料選用，而傳統(tǒng)的修復(fù)手法一般使用固定的配方，具有單一性。

這些高分子材料雖然優(yōu)點眾多，但市面上同一種高分子材料又分為不同品牌、不同廠家。我們需要在眾多品牌中挑選出最合適的一款，將其應(yīng)用在實際修復(fù)中，因此對材料進(jìn)行系統(tǒng)的性能研究是必不可少的。在性能研究過程中會利用老化實驗來測試材料的耐候性，通過老化前后的性能測試來進(jìn)行綜合對比。

1 實驗材料與條件

1.1 材料說明及選用

原子灰是一種新型嵌填的高分子材料，因其附著力強(qiáng)并在干燥過程中不產(chǎn)生裂紋被廣泛使用。由主體灰和固化劑兩部分構(gòu)成，主體灰的成分多為不飽和聚酯樹脂和填料。固化劑的成分一般為增塑劑和引發(fā)劑，與主體灰混合引發(fā)聚合作用增加材料的強(qiáng)度并快速固化附著在物體表面。

因有了這些特性，原子灰非常適合且廣泛應(yīng)用于不同行業(yè)，如汽車修補(bǔ)、家具、模具、金屬制品、木制品、玻璃鋼制品等領(lǐng)域。主要針對底料凹陷、焊接、缺陷的填補(bǔ)，以滿足面漆底材表面平整光滑的要求。

原子灰的主要成分為不飽和聚酯樹脂，即我們生活中俗稱的膩子，是由飽和或不飽和二元酸二元醇縮聚而成的高分子化合物。通常在聚酯化縮聚反應(yīng)后加入定量的乙烯基單體配成聚合物溶液，稱之為不飽和聚酯樹脂。

由于原子灰品牌繁多，所以選用市面上和修復(fù)中使用率最高的五款不同品牌原子灰，分別為：三本牌原子灰、道酬多功能原子灰、吳卓汽車原子灰、威克納汽車原子灰及金雅特汽車原子灰。

1.2 實驗儀器及實驗方法

實驗方法參照了溫建華先生《陶瓷修復(fù)材料的綜合研究》一文中關(guān)于陶瓷修復(fù)材料的性能研究方法。

實驗材料選用市面上和修復(fù)中常用的五種不同品牌原子灰，分別與固化劑充分混合后形成五種補(bǔ)配材料，共分三組進(jìn)行測試：第一組通過色差分析、邵氏硬度、抗折、抗沖擊、光澤度共五種測試，記錄數(shù)據(jù)并繪制圖表，對比出五種不同品牌原子灰的性能；剩下兩組分別進(jìn)行紫外光老化和濕熱老化，老化結(jié)束后進(jìn)行第一組的所有性能測試，記錄數(shù)據(jù)并繪制圖表。

實驗儀器使用標(biāo)準(zhǔn)與操作規(guī)范按照國家標(biāo)準(zhǔn)法進(jìn)行，具體實驗儀器及其所參照的國家標(biāo)準(zhǔn)法如下。

抗折測試按《陶瓷材料抗彎強(qiáng)度試驗方法（GB/T 4741—1999）》規(guī)定執(zhí)行，將試樣固定在儀器底座上，緩慢轉(zhuǎn)動搖桿，使儀器金屬頭接觸到試樣的中心點并給它一個垂直向下的壓力，迫使試樣折斷，記錄儀器上顯示折斷所需的力。

抗沖擊測試按《塑料 懸臂梁沖擊強(qiáng)度的測定（GB/T 1843—2008）》規(guī)定執(zhí)行，將試樣放置在對應(yīng)卡空中，啟動擺錘將試樣沖擊斷裂，記錄儀器上顯示沖擊斷裂所需的能量。

邵氏硬度測試按《塑料和硬橡膠使用硬度計測定壓痕硬度（邵氏硬度）（GB/T 2411—2009）》規(guī)定執(zhí)行，將試樣放置在硬度計試驗臺上，向下按壓側(cè)邊把手，使硬度計的探針刺入試樣內(nèi)，記錄表頭數(shù)據(jù)。

色差測試按《日用陶瓷顏料色度測定方法（GB/T 4739—2015）》規(guī)定執(zhí)行，色差儀8mm口徑，測量平整樣本，檢測速度0.5s，黑白板校正，顏色空間CLELab，量程L：0～100。測試試樣老化前后的色差值變化。色差值的評判標(biāo)準(zhǔn)如表1所示。

表1 色差值評判標(biāo)準(zhǔn)

光澤度測試按《日用陶瓷顏料光澤度測定方法（GB/T 15614—2015）》規(guī)定執(zhí)行，測試試樣老化前后的光澤度值變化。光澤度值的分級標(biāo)準(zhǔn)如表2所示。

表2 光澤度值分級標(biāo)準(zhǔn)

紫外光老化測試參照《塑料 實驗室光源暴露試驗方法 第3部分：熒光紫外燈（GB/T 16422.3—2014）》，使用UVA-340老化燈管40w兩只，燈光長度600mm，直徑38mm，燈管采用熒光紫外燈光源。使用錫箔紙將托盤包裹住，目的是反射紫外光使光照更加均勻，之后依次將試片碼放好即可。測量好紫外光燈的輻照度，將制作好的試片放入紫外線試驗機(jī)內(nèi)，分別在老化24h、48h、72h、96h、180h、260h、340h、420h、500h取出進(jìn)行色差、光澤度測試及邵氏硬度測試。待老化結(jié)束后進(jìn)行第一組試片的所有實驗對比得出材料的耐候性能。

濕熱老化參照《膠粘帶耐高溫高濕老化的試驗方法（GB/T 32368—2015）》，進(jìn)行濕熱干冷交替老化實驗，儀器設(shè)置溫度40℃，相對濕度90%。12h后將試片取出放在室內(nèi)12h進(jìn)行干冷環(huán)境下的老化，之后重復(fù)此操作直至累計到500h。分別在老化24h、48h、72h、96h、180h、260h、340h、420h、500h取出進(jìn)行色差和光澤度測試。待500h老化后取出進(jìn)行抗折和抗沖擊測試。

1.3 試片規(guī)格

實驗共涉及三種不同試片，分別為條形試片，正方形試片及啞鈴試片，具體規(guī)格如下。

條形試片：長63.5mm，寬12.7mm，厚4.6mm；正方形試片：長40mm，寬40mm，厚10mm；啞鈴試片：兩邊正方體的規(guī)格為長10mm，寬10mm，厚10mm，中間相連的長方體長30mm，寬5mm，厚10mm。

2 實驗結(jié)果

2.1 抗折測試

將制成的啞鈴試片，使用推拉力試驗機(jī)測量材料的抗折性，用經(jīng)過測驗后得到數(shù)據(jù)，通過三點抗折強(qiáng)度公式求取強(qiáng)度。

紫外光老化：圖1為實驗用原子灰紫外光老化前后抗折測試差值，圖中觀察到道酬多功能原子灰折斷所需要的能量從老化前的0.97MPa略降至0.95MPa，折斷所需要的能量增加了0.02MPa，受老化影響最小。金雅特汽車原子灰折斷所需要的能量從老化前的1.14MPa略降至1.08MPa，雖然金雅特汽車原子灰是五種不同品牌原子灰中初始性能最好的，但卻是五種不同品牌原子灰中老化程度最大的一款原子灰，折斷所需要的能量減少了0.06MPa，受老化影響最大。

圖1 實驗用原子灰紫外光老化前后抗折測試差值

濕熱老化：圖2為實驗用原子灰濕熱老化前后抗折測試差值，圖中觀察到三本牌原子灰折斷所需要的能量從老化前的0.94MPa降低至0.66MPa，雖然三本牌原子灰是五種品牌原子灰初始性能最低的，但是經(jīng)過500h的濕熱干冷環(huán)境交替后老化程度并沒有很大的變化，折斷所需要的能量減少了0.28MPa，受老化影響最小。金雅特汽車原子灰折斷所需要的能量從老化前的1.14MPa降低至0.62MPa，雖然金雅特汽車原子灰是五種不同品牌原子灰中初始性能最好的，但卻是五種不同品牌原子灰中老化程度較大的一款原子灰，折斷所需要的能量減少了0.52MPa，受老化影響最大。

圖2 實驗用原子灰濕熱老化前后抗折測試差值

2.2 抗沖擊測試

首先檢查儀器的試片規(guī)格是否為條形試片的規(guī)格，將模式切換為損耗模式，將擺錘進(jìn)行一次空擺測量出儀器的空損，再將模式切換為沖擊模式，把制作好的試片夾在夾具中進(jìn)行測試，并將數(shù)據(jù)記錄在表。

紫外光老化：圖3為實驗用原子灰紫外光老化前后抗沖擊測試差值，圖中觀察到三本牌原子灰被折斷所需要的力從老化前的31J/M降低至20.79J/M，折斷所需的力減少了10.21J/M，雖然三本牌原子灰的初始性能是物種材料中最低的，但它相對于其他四種材料來說受老化影響是最小的。威克納汽車原子灰折斷所需要的力從老化前的41.38J/M降低至14.7J/M，折斷所需要的力減少了26.68J/M，是五種材料中受紫外光老化影響最大的一款。

圖3 實驗用原子灰紫外光老化前后抗沖擊測試差值

濕熱老化：圖4為實驗用原子灰濕熱老化前后抗沖擊測試差值，圖中觀察到三本牌原子灰被折斷所需要的力從老化前的31J/M降低至30.7J/M，折斷所需的力減少了0.3J/M，雖然三本牌原子灰的初始性能是物種材料中最低的，但它相對于其他四種材料來說受老化影響是最小的。道酬多功能原子灰折斷所需要的力從老化前的36.69J/M降低至45.03J/M，折斷所需要的力增加了8.34J/M，是五種材料中受濕熱老化影響最大的一款。

圖4 實驗用原子灰濕熱老化前后抗沖擊測試差值

2.3 色差測試

紫外光老化：圖5為實驗用原子灰紫外光老化前后色差測試差值，圖中觀察到道酬多功能原子灰在老化500h時達(dá)到峰值，色差值為6.7NBS，色差變化嚴(yán)重，L值降低了3.59，a值升高了3.28，b值升高了4.6，受老化影響最大。金雅特汽車原子灰在老化500h時色差值為2.15NBS，色差變化輕微，L值降低了1.9，a值上搞了0.84，b值升高了0.56，受老化影響最小。

圖5 實驗用原子灰紫外光老化前后色差測試差值

濕熱老化：圖6為實驗用原子灰濕熱老化前后色差測試差值，圖中觀察到道酬多功能原子灰在老化500h時達(dá)到峰值，色差值為7.49NBS，色差變化嚴(yán)重，L值降低了4.84，a值升高了5.56，b值升高了1.3，受老化影響最大。金雅特汽車原子灰在500h時達(dá)到峰值，色差值3.61NBS，色差變化明顯，L值降低了3.26，a值升高了1.54，b值升高了0.16，受老化影響最小。

圖6 實驗用原子灰濕熱老化前后色差測試差值

2.4 邵氏硬度測試

分別在老化24h、48h、72h、96h、180h、260h、340h、420h、500h取出，將表頭調(diào)整至歸零標(biāo)準(zhǔn)后進(jìn)行測試，將數(shù)據(jù)記錄在表。

紫外光老化：圖7為實驗用原子灰紫外光老化前后邵氏硬度測試差值，圖中觀察到吳卓汽車原子灰的硬度相比老化前的硬度沒有改變，老化前后的硬度保持不變，為77.3HD，由此可見相比其他四款原子灰受紫外光老化的影響是最小的。威克納汽車原子灰的硬度相比老化前的82.2HD降低至77.2HD，折硬度降低了5HD，是五種原子灰中硬度變化最大的一款，說明它受紫外光老化的影響是最大的。

圖7 實驗用原子灰紫外光老化前后邵氏硬度測試差值

濕熱老化：圖8為實驗用原子灰濕熱老化前后邵氏硬度測試差值，圖中觀察到道酬多功能原子灰的硬度相比老化前的77.8HD增高至77.9HD，硬度增強(qiáng)了0.1HD，由此可見它相比其余四款原子灰受紫外光老化的影響是最小的。金雅特汽車原子灰的硬度相比老化前的84.5HD降低至80.2HD，硬度降低了4.3HD。是五種原子灰中硬度變化最大的一款，說明它受濕熱老化的影響是最大的。

圖8 實驗用原子灰濕熱老化前后邵氏硬度測試差值

2.5 光澤度測試

分別在老化24h、48h、72h、96h、180h、260h、340h、420h、500h取出，將光澤度儀校準(zhǔn)后進(jìn)行測試，將數(shù)據(jù)記錄在表。

紫外光老化：圖9為實驗用原子灰紫外光老化前后光澤度測試差值，圖中觀察到三本牌原子灰的光澤度從老化前的2GU增高至3GU，光澤度增高了1GU。相比其余原子灰受紫外光老化的影響是最小的。威克納汽車原子灰的硬度相比老化前的2GU增高至3.4GU，光澤度增高了1.4GU，是五種原子灰中光澤度變化最大的一款，說明它受紫外光老化的影響是最大的。

圖9 實驗用原子灰紫外光老化前后光澤度測試差值

濕熱老化：圖10為實驗用原子灰濕熱老化前后光澤度測試差值，圖中觀察到三本牌原子灰的光澤度從老化前的2GU增高至3GU，光澤度增高了1GU。是五種原子灰中光澤度變化最大的一款，說明它受紫外光老化的影響是最大的。吳卓汽車原子灰的光澤度相比老化前的光澤度沒有改變，老化前后的光澤度保持不變，為2GU，由此可見相比剩余四款原子灰受紫外光老化的影響是最小的。

圖10 實驗用原子灰濕熱老化前后光澤度測試差值

2.6 小結(jié)

實驗選用了五種不同品牌原子灰，在紫外光老化和濕熱老化的條件下進(jìn)行了五種不同性能測試，通過分析實驗數(shù)據(jù)挑選出變化幅度最小與最大的兩種材料進(jìn)行討論。

3 結(jié)論

將實驗用原子灰在紫外光老化和濕熱老化前后的各項性能測試數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，將老化前后數(shù)據(jù)的差值進(jìn)行比對，繪制成雷達(dá)圖，如圖11、圖12所示。

圖11 實驗用原子灰紫外光老化前后各項測試差異圖

圖12 實驗用原子灰濕熱老化前后各項測試差異圖

經(jīng)過500h的紫外光老化，五種實驗用原子灰呈現(xiàn)出了相同的趨勢，老化影響較大的分別為材料的光澤度和抗沖擊性能上，就光澤度而言，五種材料老化前后的光澤度值都在2GU～6GU的范圍內(nèi)，屬于平光肉眼不可分辨，所以老化對于光澤度的影響可以忽略不計。就抗沖擊性能而言，可以觀察到三本牌原子灰和吳卓汽車原子灰受紫外光老化的影響明顯小于其余三種原子灰。

在經(jīng)過500h的濕熱老化，五種實驗用原子灰出現(xiàn)了數(shù)據(jù)趨勢上明顯的差異，通過制作的雷達(dá)圖可以很清晰地觀察到各品牌原子灰在濕熱老化條件下耐候性，吳卓汽車原子灰變化幅度較小，絕對數(shù)值上也是最小的，所以吳卓汽車原子灰最優(yōu)。

綜上所述，結(jié)合紫外光和濕熱老化，五種材料耐候性能最好的為吳卓汽車原子灰，是五種材料中最適合應(yīng)用在青銅器修復(fù)之中的。

注釋

①溫建華.陶瓷保護(hù)修復(fù)材料的綜合研究[D].北京：北京大學(xué)，2018.

②國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局.陶瓷材料抗彎強(qiáng)度試驗方法（GB/T 4741—1999）[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2000.

③中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局，中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會.塑料 懸臂梁沖擊強(qiáng)度的測定（GB/T 1843-2008）[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2008.

④中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局，中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會.塑料和硬橡膠 使用硬度計測定壓痕硬度（邵氏硬度）（GB/T 2411—2008）[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2008.

⑤中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局，中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會.日用陶瓷顏料色度測定方法（GB/T 4739—2015）[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2015.

⑥中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局，中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會.日用陶瓷顏料光澤度測定方法（GB/T 15614—2015）[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2015.

⑦中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局，中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會.塑料 實驗室光源暴露試驗方法 第3部分：熒光紫外燈（GB/T 16422.3—2014）[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2014.

⑧中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局，中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會.膠粘帶耐高溫高濕老化的試驗方法（GB/T 32368—2015）[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2015.