1 彩涂板老化測(cè)試的現(xiàn)狀

彩涂板因其具有優(yōu)良的成型性能，耐久性能和裝飾性能，廣泛應(yīng)用于建筑、家電和家具等行業(yè)。國(guó)外生產(chǎn)和研究彩涂板已超過 50 年的歷史， 而國(guó)內(nèi)生產(chǎn)彩涂板的歷史不到 20 年，對(duì)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(shí)驗(yàn)室加速耐候試驗(yàn)及它們之間的相關(guān)性。

2 戶外曝曬和實(shí)驗(yàn)室加速耐候試驗(yàn)方法

為了研究不同地區(qū)的戶外曝曬情況，我們分別在寶鋼廠內(nèi)、北京、廣州、海南、重慶 5 個(gè)地區(qū)對(duì) 12 種目前國(guó)內(nèi)外普遍使用的不同樹脂體系彩涂板進(jìn)行戶外曝曬試驗(yàn)。 戶外曝曬時(shí)間一共是 3 年，每隔 1 年測(cè)試樣品的顏色變化、失光、粉化等性能。在進(jìn)行戶外曝曬的同時(shí)，我們也進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)室加速耐候試驗(yàn)。在 Q-Sun 氙燈試驗(yàn)箱中曝曬 1000 小時(shí) ， 實(shí)驗(yàn)室加速耐候試驗(yàn)根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) GB/T 13448-2006 中的方法設(shè)定測(cè)試條件，具體參數(shù)如表 1 所示。

表 1 Q-Sun 測(cè)試程序

3. 戶外曝曬和實(shí)驗(yàn)室加速耐候試驗(yàn)的結(jié)果分析

3.1 試驗(yàn)結(jié)果的初步分析

戶外曝曬和實(shí)驗(yàn)室加速耐候試驗(yàn)結(jié)束后，我們選取測(cè)量了 6 個(gè)樣品的顏色變化、失光、粉化等數(shù)值。 在測(cè)量這些參數(shù)的過程中，我們發(fā)現(xiàn)了以下一些問題。

戶外曝曬受環(huán)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(yè)沉降物等戶外因素也同時(shí)對(duì)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(huì)受到鹽霧、霉菌等條件的影響;重慶地區(qū)受酸雨的影響較大;而寶鋼試驗(yàn)點(diǎn)位于工業(yè)環(huán)境中，各種工業(yè)污染物的沉降量很大，對(duì)樣品的影響也很大。 所以只有北京地區(qū)的樣品受污染的程度較小，實(shí)驗(yàn)室加速耐候試驗(yàn)結(jié)果與北京戶外曝曬結(jié)果之間的相關(guān)性較好。

由于在測(cè)試樣品的顏色變化、失光、粉化等性能之前，我們對(duì)樣品進(jìn)行了清洗，所以有些測(cè)試結(jié)果并不能反映樣品的真實(shí)老化結(jié)果。 如，在北京地區(qū)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?yàn)楫?dāng)我們對(duì)樣品進(jìn)行清洗后，樣品露出了沒有發(fā)生老化的新的表層，所以才出現(xiàn)以上描述的測(cè)試結(jié)果。 因此，我們只考慮戶外曝曬第一年和第二年的測(cè)試結(jié)果。

由于酸雨、鹽霧、霉菌、工業(yè)沉降物等戶外因素的影響， 即使戶外曝曬之間的相關(guān)性也不是很好。相比之下，實(shí)驗(yàn)室加速測(cè)試與戶外曝曬之間的相關(guān)性反而更好一些。我們將在下面的章節(jié)中重點(diǎn)研究 Q-Sun 氙燈試驗(yàn)箱與戶外曝曬之間的關(guān)系。

3.2 戶外曝曬之間及與 Q-Sun 氙燈試驗(yàn)箱試驗(yàn)中樣品顏色變化之間的相關(guān)性

3.2.1 各地區(qū)戶外曝曬試驗(yàn)中樣品顏色變化之間的相關(guān)性

對(duì)于樣品的顏色變化，我們首先研究戶外曝曬試驗(yàn)結(jié)果各地區(qū)之間的相關(guān)性如何。下面的表 2 是幾個(gè)不同地區(qū)戶外曝曬試驗(yàn)中樣品顏色變化之間的相關(guān)系數(shù)， rs [4] (spearman 相關(guān)系數(shù) ) 。 該相關(guān)系數(shù)指的是利用兩種不同的測(cè)試方法對(duì)一組樣品進(jìn)行測(cè)試，所得實(shí)驗(yàn)結(jié)果之間的相關(guān)性。 相關(guān)系數(shù) rs 的計(jì)算公式為： rs=1-6∑di2/[n(n2-1)] ，其中 n 指的是樣品的個(gè)數(shù)， di 指的是兩列排序中每一組排位數(shù)之間的差值。 rs 越接近于 1 ，相關(guān)性越好。

表2 幾個(gè)不同地區(qū)戶外曝曬試驗(yàn)中樣品顏色變化之間的 Spearman 相關(guān)系數(shù)

通過觀察表 2 中的數(shù)據(jù)，我們發(fā)現(xiàn)，戶外曝曬之間的 Spearman 相關(guān)系數(shù)不是很好。 即使是同一地區(qū)，曝曬 1 年和曝曬 2 年的試驗(yàn)結(jié)果之間的相關(guān)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(guān)系數(shù)為 1 ，其它的相關(guān)系數(shù)都小于 1 ，如海南 1 年與海南 2 年之間的相關(guān)系數(shù)只有 0.66 。 不同地區(qū)之間的相關(guān)系數(shù)更是不理想，有的甚至是負(fù)數(shù)，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(guān)系數(shù)都是負(fù)數(shù)。

以上已經(jīng)提到，戶外曝曬之間的相關(guān)系數(shù)不是很好，主要是因?yàn)閼敉馄貢袷艿剿嵊?、鹽霧、霉菌、工業(yè)沉降物等戶外因素的影響較大，我們甚至發(fā)現(xiàn)在寶鋼試驗(yàn)點(diǎn)的樣品表面出現(xiàn)黃斑或黑斑。

3.2.2 Q-Sun 氙燈試驗(yàn)箱與戶外曝曬試驗(yàn)中樣品顏色變化之間的相關(guān)性

在研究戶外曝曬不同地區(qū)之間的相關(guān)性的同時(shí)， 我們也研究了 Q-Sun 氙燈試驗(yàn)箱與戶外曝曬試驗(yàn)中樣品顏色變化之間的相關(guān)性，具體相關(guān)系數(shù)如表 3 所示。

與表 2 相比較，表 3 中 Q-Sun 氙燈試驗(yàn)箱與戶外曝曬試驗(yàn)中樣品顏色變化之間的相關(guān)系數(shù)反而不是很差，一般都大于 0.60 。 Q-Sun 氙燈試驗(yàn)箱與北京試驗(yàn)點(diǎn)的相關(guān)系數(shù)都大于 0.80 ， 與北京 2 年的相關(guān)系數(shù)高達(dá) 0.94 。

在戶外復(fù)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(yàn)箱與戶外曝曬試驗(yàn)中樣品顏色變化之間的相關(guān)系數(shù)，已經(jīng)說明它們之間的相關(guān)性較好了。 下面我們接著分析在 Q-Sun 氙燈試驗(yàn)箱中測(cè)試多長(zhǎng)時(shí)間相當(dāng)于戶外曝曬多久的效果。

3.2.3 Q-Sun 氙燈試驗(yàn)箱與戶外曝曬試驗(yàn)時(shí)間之間的對(duì)比

為了得到實(shí)驗(yàn)室加速耐候測(cè)試與戶外曝曬試驗(yàn)結(jié)果之間的關(guān)系，也就是通常大家比較關(guān)心的一個(gè)問題—— — 對(duì)于材料的某種變化，如果加速測(cè)試與戶外結(jié)果的相關(guān)性足夠好， 那么在 Q-Sun 氙燈試驗(yàn)箱中測(cè)試多長(zhǎng)時(shí)間相當(dāng)于戶外曝曬多久的效果。本文研究了在 Q-Sun 氙燈試驗(yàn)箱中測(cè)試 1000 小時(shí)分別相當(dāng)于在北京、寶鋼、廣州、海南、重慶曝曬多少時(shí)間。

下面舉例說明我們的分析方法，如當(dāng)我們研究在 Q-Sun 氙燈試驗(yàn)箱中測(cè)試 1000 小時(shí)相當(dāng)于在北京曝曬多少時(shí)間時(shí)，我們首先分別測(cè)量了樣品在 Q-Sun 氙燈試驗(yàn)箱中測(cè)試 1000 小時(shí)、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。

表 4 樣品在 Q-Sun 氙燈試驗(yàn)箱及北京曝曬后的顏色變化

本次試驗(yàn)由于我們的測(cè)量數(shù)值較少，只能大體知道在 Q-Sun 氙燈試驗(yàn)箱中測(cè)試 1000 小時(shí)，樣品的顏色變化沒有在北京曝曬 1 年的厲害，不過無法準(zhǔn)確計(jì)算出到底相當(dāng)于在北京曝曬幾個(gè)月的結(jié)果。

所以我們建議，以后進(jìn)行耐候試驗(yàn)時(shí)，應(yīng)該多取幾個(gè)時(shí)間段對(duì)樣品進(jìn)行測(cè)量。 在一個(gè)試驗(yàn)中，包括初始值在內(nèi)至少要測(cè)量 5 次。 例如以上這個(gè)試驗(yàn)，對(duì)于 Q-Sun 氙燈試驗(yàn)箱測(cè)試，我們至少要測(cè)量初始值即 0 小時(shí)、 200 小時(shí)、 400 小時(shí)、 600 小時(shí)、 800 小時(shí)及 1000 小時(shí)的結(jié)果， 而在北京曝曬 2 年的試驗(yàn)，至少要測(cè)量初始值即 0 個(gè)月、 6 個(gè)月、 1 年、 18 個(gè)月及 2 年的結(jié)果。

通過觀察表 4 ，我們同時(shí)發(fā)現(xiàn)， Q-Sun 氙燈試驗(yàn)箱測(cè)試時(shí)間不夠長(zhǎng)， 應(yīng)該再多測(cè)試一些時(shí)間，如 2000h 或 3000h 。

3.3 戶外曝曬之間及與 Q-Sun 氙燈試驗(yàn)箱試驗(yàn)中樣品失光率之間的相關(guān)性

3.3.1 各地區(qū)戶外曝曬試驗(yàn)中樣品失光率之間的相關(guān)性

對(duì)于樣品的失光率，我們同樣首先研究戶外曝曬試驗(yàn)結(jié)果各地區(qū)之間的相關(guān)性如何。 下面的表 5 是幾個(gè)不同地區(qū)戶外曝曬試驗(yàn)中樣品失光率之間的相關(guān)系數(shù)。

表 5 幾個(gè)不同地區(qū)戶外曝曬試驗(yàn)中樣品失光率之間的相關(guān)系數(shù)

通過觀察表 5 中的數(shù)據(jù)，我們發(fā)現(xiàn)，戶外曝曬之間的相關(guān)系數(shù)不是很好。 即使是同一地區(qū)，曝曬 1 年和曝曬 2 年的試驗(yàn)結(jié)果之間的相關(guān)性也不全是好的，其中廣州 1 年與廣州 2 年之間的相關(guān)系數(shù)只有 0.17 。 不同地區(qū)之間的相關(guān)系數(shù)更是不理想，尤其是海南 1 年、海南 2 年與其它地區(qū)之間的相關(guān)系數(shù)。

3.3.2 Q-Sun 氙燈試驗(yàn)箱與戶外曝曬試驗(yàn)中樣品失光率之間的相關(guān)性

在研究戶外曝曬不同地區(qū)之間的相關(guān)性的同時(shí)， 我們也研究了 Q-Sun 氙燈試驗(yàn)箱與戶外曝曬試驗(yàn)中樣品失光率之間的相關(guān)性，具體相關(guān)系數(shù)如表 6 所示。

表 6 Q-Sun 氙燈試驗(yàn)箱與戶外曝曬試驗(yàn)中樣品失光率之間的 Spearman 相關(guān)系數(shù)

與表 5 相比較，表 6 中 Q-Sun 氙燈試驗(yàn)箱與戶外曝曬試驗(yàn)中樣品失光率之間的相關(guān)系數(shù)反而不是很差，一般都大于 0.60 。 Q-Sun 氙燈試驗(yàn)箱與寶鋼 1 年的相關(guān)系數(shù)高達(dá) 0.94 。

在戶外復(fù)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(yàn)箱與戶外曝曬試驗(yàn)中樣品失光率之間的相關(guān)系數(shù)，已經(jīng)說明它們之間的相關(guān)性較好了。不過同樣因?yàn)楸敬卧囼?yàn)我們的測(cè)量數(shù)值較少， 只能大體知道在 Q-Sun 氙燈試驗(yàn)箱中測(cè)試 1000 小時(shí)，樣品的失光率相當(dāng)于寶鋼 2 年的結(jié)果，而無法計(jì)算出一個(gè)準(zhǔn)確的數(shù)值。

4. 結(jié)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(shí)驗(yàn)室加速耐候試驗(yàn)。 通過本次試驗(yàn)，我們認(rèn)識(shí)到戶外曝曬是實(shí)驗(yàn)室加速耐候試驗(yàn)的基礎(chǔ)，積極開展戶外老化測(cè)試是非常重要的，要利用戶外曝曬試驗(yàn)指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)室加速測(cè)試。由于戶外曝曬因素的復(fù)雜性，如曝曬樣品受到酸雨、鹽霧、霉菌、工業(yè)沉降物的影響，實(shí)驗(yàn)室加速試驗(yàn)無法完全模擬戶外試驗(yàn)中出現(xiàn)的所有老化現(xiàn)象。

通過合理評(píng)估和統(tǒng)計(jì)分析，對(duì)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(yàn)箱與戶外曝曬之間的相關(guān)系數(shù)。

通過本次試驗(yàn)，我們還注意到試驗(yàn)過程中一些需要改進(jìn)的地方：

對(duì)戶外曝曬樣品進(jìn)行評(píng)估前，應(yīng)清洗一半樣品而不是全部清洗，以免以后再次評(píng)估時(shí)無據(jù)可查。

在試驗(yàn)過程中，包括初始值在內(nèi)至少對(duì)樣品評(píng)估 5 次，以免數(shù)據(jù)過少不便于統(tǒng)計(jì)分析試驗(yàn)結(jié)果。

試驗(yàn)終點(diǎn)的確定也很重要， 比如本次試驗(yàn)中，樣品的某些性能在實(shí)驗(yàn)室加速試驗(yàn)中沒有達(dá)到戶外曝曬的老化程度。

還有很重要的一點(diǎn)，就是現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)室加速試驗(yàn)方法的局限性。如，我們可以加入酸雨模擬試驗(yàn)(可在 Q-Sun Xe-3HD 型號(hào)中實(shí)現(xiàn))來模擬重慶地區(qū)的曝曬環(huán)境，加入紫外鹽霧復(fù)合試驗(yàn)  (可在 QUV+ Q-Fog 中實(shí)現(xiàn))來模擬海南、廣州沿海地區(qū)的曝曬環(huán)境。