彩涂板戶外曝曬與加速耐候試驗的研究

摘要：

分析了目前國內外普遍使用的不同樹脂體系彩涂板，在幾個不同地區的3年戶外曝曬結果和Q-SUN氙燈試驗箱的加速試驗結果。研究了不同試驗條件下樣品的顏色變化、失光等性能的相關性。研究表明，對于樣品的某些性能，實驗室加速試驗在一定程度上可以再現戶外真實曝曬情況，為彩涂板質量研究提供加速試驗依據。但因為酸雨、鹽霧、霉菌、工業沉降物等戶外因素的影響，實驗室加速試驗無法完全模擬戶外試驗中所出現的所有老化現象。

關鍵詞：彩涂板；耐候；氙燈；戶外；相關性

1. 彩涂板老化測試的現狀

彩涂板因其具有優良的成型性能，耐久性能和裝飾性能，廣泛應用于建筑、家電和家具等行業。國外生產和研究彩涂板已超過50年的歷史，而國內生產彩涂板的歷史不到20年

1. 彩涂板老化測試的現狀

〕，對彩涂板的性能研究更是十分有限。本文主要研究彩涂板的戶外曝曬和實驗室加速耐候試驗及它們之間的相關性。

2. 戶外曝曬和實驗室加速耐候試驗方法

為了研究不同地區的戶外曝曬情況，我們分別在寶鋼廠內、北京、廣州、海南、重慶5個地區對12種目前國內外普遍使用的不同樹脂體系彩涂板進行戶外曝曬試驗。戶外曝曬時間一共是3年，每隔1年測試樣品的顏色變化、失光、粉化等性能。

在進行戶外曝曬的同時，我們也進行了實驗室加速耐候試驗。在Q-SUN氙燈試驗箱中曝曬1000小時

2. 戶外曝曬和實驗室加速耐候試驗方法

，實驗室加速耐候試驗根據國家標準GB/T 13448-2006

3. 戶外曝曬和實驗室加速耐候試驗的結果分析

中的方法設定測試條件，具體參數如表1所示。

過濾器	光強	測試循環
日光過濾器	0.55W/m2/nm  @340nm	(1) 70℃黑板溫度，35%相對濕度下光照40分鐘； (2) 光照和正面水噴淋20分鐘； (3) 70℃黑板溫度，50%相對濕度下光照60分鐘； (4) 38℃黑板溫度，95%相對濕度下黑暗和正面水噴淋60分鐘

表1 Q-SUN測試程序

3. 戶外曝曬和實驗室加速耐候試驗的結果分析

3.1 試驗結果的初步分析

戶外曝曬和實驗室加速耐候試驗結束后，我們選取測量了6個樣品的顏色變化、失光、粉化等數值。在測量這些參數的過程中，我們發現了以下一些問題。

戶外曝曬受環境的影響很大，除了光照、溫度、濕度的主要作用，酸雨、鹽霧、霉菌、工業沉降物等戶外因素也同時對材料造成破壞。由于海南、廣州是沿海氣候條件，所以樣品的戶外曝曬會受到鹽霧、霉菌等條件的影響；重慶地區受酸雨的影響較大；而寶鋼試驗點位于工業環境中，各種工業污染物的沉降量很大，對樣品的影響也很大。所以只有北京地區的樣品受污染的程度較小，實驗室加速耐候試驗結果與北京戶外曝曬結果之間的相關性較好。

由于在測試樣品的顏色變化、失光、粉化等性能之前，我們對樣品進行了清洗，所以有些測試結果并不能反映樣品的真實老化結果。如，在北京地區第三年的顏色變化還不如第二年的顏色變化厲害，主要是因為當我們對樣品進行清洗后，樣品露出了沒有發生老化的新的表層，所以才出現以上描述的測試結果。因此，我們只考慮戶外曝曬第一年和第二年的測試結果。

由于酸雨、鹽霧、霉菌、工業沉降物等戶外因素的影響，即使戶外曝曬之間的相關性也不是很好。相比之下，實驗室加速測試與戶外曝曬之間的相關性反而更好一些。我們將在下面的章節中重點研究Q-SUN氙燈試驗箱與戶外曝曬之間的關系。

3.2 戶外曝曬之間及與Q-SUN氙燈試驗箱試驗中樣品顏色變化之間的相關性

3.2.1各地區戶外曝曬試驗中樣品顏色變化之間的相關性

對于樣品的顏色變化，我們首先研究戶外曝曬試驗結果各地區之間的相關性如何。下面的表2是幾個不同地區戶外曝曬試驗中樣品顏色變化之間的相關系數，rs

4. 結論和建議

(spearman相關系數)。該相關系數指的是利用兩種不同的測試方法對一組樣品進行測試，所得實驗結果之間的相關性。相關系數rs的計算公式為：rs=1-6∑di2/[n(n2-1)]，其中n指的是樣品的個數，di指的是兩列排序中每一組排位數之間的差值。rs越接近于1，相關性越好。

rs	北京 1年	北京 2年	寶鋼 1年	寶鋼 2年	廣州 1年	廣州 2年	海南 1年	海南 2年	重慶 1年	重慶 2年
北京 1年	――	0.94	0.54	0.54	0.77	0.66	0.77	0.26	0.89	0.71
北京 2年	――	――	0.60	0.60	0.66	0.60	0.89	0.54	0.77	0.60
寶鋼 1年	――	――	――	1.00	0.77	0.89	0.77	0.26	0.66	0.83
寶鋼 2年	――	――	――	――	0.77	0.89	0.77	0.26	0.66	0.83
廣州 1年	――	――	――	――	――	0.94	0.54	-0.14	0.94	0.94
廣州 2年	――	――	――	――	――	――	0.60	-0.09	0.89	0.89
海南 1年	――	――	――	――	――	――	――	0.66	0.60	0.60
海南 2年	――	――	――	――	――	――	――	――	-0.09	-0.09
重慶 1年	――	――	――	――	――	――	――	――	――	0.83
重慶 2年	――	――	――	――	――	――	――	――	――	――

表2 幾個不同地區戶外曝曬試驗中樣品顏色變化之間的Spearman相關系數

通過觀察表2中的數據，我們發現，戶外曝曬之間的Spearman相關系數不是很好。即使是同一地區，曝曬1年和曝曬2年的試驗結果之間的相關性也不全是好的，其中只有寶鋼1年與寶鋼2年之間的相關系數為1，其它的相關系數都小于1，如海南1年與海南2年之間的相關系數只有0.66。不同地區之間的相關系數更是不理想，有的甚至是負數，如廣州1年、廣州2年、重慶1年、重慶2年與海南2年之間的相關系數都是負數。

以上已經提到，戶外曝曬之間的相關系數不是很好，主要是因為戶外曝曬受到酸雨、鹽霧、霉菌、工業沉降物等戶外因素的影響較大，我們甚至發現在寶鋼試驗點的樣品表面出現黃斑或黑斑。

3.2.2Q-SUN氙燈試驗箱與戶外曝曬試驗中樣品顏色變化之間的相關性

    在研究戶外曝曬不同地區之間的相關性的同時，我們也研究了Q-SUN氙燈試驗箱與戶外曝曬試驗中樣品顏色變化之間的相關性，具體相關系數如表3所示。

曝曬地區及時間	與Q-SUN 1000小時之間的相關系數
北京1年	0.83
北京2年	0.94
寶鋼1年	0.71
寶鋼2年	0.71
廣州1年	0.60
廣州2年	0.66
海南1年	0.94
海南2年	0.60
重慶1年	0.71
重慶2年	0.54

表3 Q-SUN氙燈試驗箱與戶外曝曬試驗中樣品顏色變化之間的相關系數

與表2相比較，表3中Q-SUN氙燈試驗箱與戶外曝曬試驗中樣品顏色變化之間的相關系數反而不是很差，一般都大于0.60。Q-SUN氙燈試驗箱與北京試驗點的相關系數都大于0.80，與北京2年的相關系數高達0.94。

在戶外復雜曝曬因素的影響下，我們能得到表3所示的Q-SUN氙燈試驗箱與戶外曝曬試驗中樣品顏色變化之間的相關系數，已經說明它們之間的相關性較好了。下面我們接著分析在Q-SUN氙燈試驗箱中測試多長時間相當于戶外曝曬多久的效果。

3.2.3 Q-SUN氙燈試驗箱與戶外曝曬試驗時間之間的對比

    為了得到實驗室加速耐候測試與戶外曝曬試驗結果之間的關系，也就是通常大家比較關心的一個問題——對于材料的某種變化，如果加速測試與戶外結果的相關性足夠好，那么在Q-SUN氙燈試驗箱中測試多長時間相當于戶外曝曬多久的效果。本文研究了在Q-SUN氙燈試驗箱中測試1000小時分別相當于在北京、寶鋼、廣州、海南、重慶曝曬多少時間。

下面舉例說明我們的分析方法，如當我們研究在Q-SUN氙燈試驗箱中測試1000小時相當于在北京曝曬多少時間時，我們首先分別測量了樣品在Q-SUN氙燈試驗箱中測試1000小時、在北京曝曬1年和在北京曝曬2年后樣品的顏色變化，用△E來表示，如表4所示。

樣品編號	△E (Q-SUN1000h)	△E (北京1年)	△E (北京2年)
1	1.31	1.86	4.61
2	6.87	1.82	5.00
3	1.50	2.21	5.11
4	0.33	1.15	3.39
5	0.21	0.86	3.37
6	1.28	1.20	4.56

表4 樣品在Q-SUN氙燈試驗箱及北京曝曬后的顏色變化

本次試驗由于我們的測量數值較少，只能大體知道在Q-SUN氙燈試驗箱中測試1000小時，樣品的顏色變化沒有在北京曝曬1年的厲害，不過無法準確計算出到底相當于在北京曝曬幾個月的結果。

所以我們建議，以后進行耐候試驗時，應該多取幾個時間段對樣品進行測量。在一個試驗中，包括初始值在內至少要測量5次。例如以上這個試驗，對于Q-SUN氙燈試驗箱測試，我們至少要測量初始值即0小時、200小時、400小時、600小時、800小時及1000小時的結果，而在北京曝曬2年的試驗，至少要測量初始值即0個月、6個月、1年、18個月及2年的結果。

通過觀察表4，我們同時發現，Q-SUN氙燈試驗箱測試時間不夠長，應該再多測試一些時間，如2000h或3000h。

3.3戶外曝曬之間及與Q-SUN氙燈試驗箱試驗中樣品失光率之間的相關性

3.3.1各地區戶外曝曬試驗中樣品失光率之間的相關性

對于樣品的失光率，我們同樣首先研究戶外曝曬試驗結果各地區之間的相關性如何。下面的表5是幾個不同地區戶外曝曬試驗中樣品失光率之間的相關系數。

rs	北京 1年	北京 2年	寶鋼 1年	寶鋼 2年	廣州 1年	廣州 2年	海南 1年	海南 2年	重慶 1年	重慶 2年
北京 1年	――	0.69	0.84	0.50	0.99	0.16	0.17	0.26	0.79	0.73
北京 2年	――	――	0.84	0.84	0.73	0.36	0.41	0.50	0.73	0.36
寶鋼 1年	――	――	――	0.83	0.86	0.49	0.53	0.59	0.71	0.71
寶鋼 2年	――	――	――	――	0.51	0.77	0.81	0.84	0.54	0.37
廣州 1年	――	――	――	――	――	0.17	0.19	0.29	0.86	0.77
廣州 2年	――	――	――	――	――	――	0.99	0.99	0.37	0.37
海南 1年	――	――	――	――	――	――	――	0.97	0.39	0.39
海南 2年	――	――	――	――	――	――	――	――	0.47	0.41
重慶 1年	――	――	――	――	――	――	――	――	――	0.77
重慶 2年	――	――	――	――	――	――	――	――	――	――

表5 幾個不同地區戶外曝曬試驗中樣品失光率之間的相關系數

通過觀察表5中的數據，我們發現，戶外曝曬之間的相關系數不是很好。即使是同一地區，曝曬1年和曝曬2年的試驗結果之間的相關性也不全是好的，其中廣州1年與廣州2年之間的相關系數只有0.17。不同地區之間的相關系數更是不理想，尤其是海南1年、海南2年與其它地區之間的相關系數。

3.3.2 Q-SUN氙燈試驗箱與戶外曝曬試驗中樣品失光率之間的相關性

在研究戶外曝曬不同地區之間的相關性的同時，我們也研究了Q-SUN氙燈試驗箱與戶外曝曬試驗中樣品失光率之間的相關性，具體相關系數如表6所示。

曝曬地區及時間	與Q-SUN  1000小時之間的相關系數
北京1年	0.84
北京2年	0.76
寶鋼1年	0.94
寶鋼2年	0.77
廣州1年	0.86
廣州2年	0.54
海南1年	0.53
海南2年	0.64
重慶1年	0.71
重慶2年	0.71

表6 Q-SUN氙燈試驗箱與戶外曝曬試驗中樣品失光率之間的Spearman相關系數

與表5相比較，表6中Q-SUN氙燈試驗箱與戶外曝曬試驗中樣品失光率之間的相關系數反而不是很差，一般都大于0.60。Q-SUN氙燈試驗箱與寶鋼1年的相關系數高達0.94。

在戶外復雜曝曬因素的影響下，我們能得到表6所示的Q-SUN氙燈試驗箱與戶外曝曬試驗中樣品失光率之間的相關系數，已經說明它們之間的相關性較好了。不過同樣因為本次試驗我們的測量數值較少，只能大體知道在Q-SUN氙燈試驗箱中測試1000小時，樣品的失光率相當于寶鋼2年的結果，而無法計算出一個準確的數值。

4. 結論和建議

本文研究了幾種不同樹脂體系彩涂板的戶外曝曬和實驗室加速耐候試驗。通過本次試驗，我們認識到戶外曝曬是實驗室加速耐候試驗的基礎，積極開展戶外老化測試是非常重要的，要利用戶外曝曬試驗指導實驗室加速測試。由于戶外曝曬因素的復雜性，如曝曬樣品受到酸雨、鹽霧、霉菌、工業沉降物的影響，實驗室加速試驗無法完全模擬戶外試驗中出現的所有老化現象。

通過合理評估和統計分析，對于樣品的顏色變化和失光率，我們得到了較好的Q-SUN氙燈試驗箱與戶外曝曬之間的相關系數。

通過本次試驗，我們還注意到試驗過程中一些需要改進的地方：

對戶外曝曬樣品進行評估前，應清洗一半樣品而不是全部清洗，以免以后再次評估時無據可查。

在試驗過程中，包括初始值在內至少對樣品評估5次，以免數據過少不便于統計分析試驗結果。

試驗終點的確定也很重要，比如本次試驗中，樣品的某些性能在實驗室加速試驗中沒有達到戶外曝曬的老化程度。

還有很重要的一點，就是現有實驗室加速試驗方法的局限性。如，我們可以加入酸雨模擬試驗（可在Q-SUN Xe-3HD型號中實現）來模擬重慶地區的曝曬環境，加入紫外鹽霧復合試驗（可在QUV＋Q-Fog中實現）來模擬海南、廣州沿海地區的曝曬環境。