关于金属装饰材料耐久性试验的几点思考

2012-09-01 02:10刘婷婷中国建材检验认证集团股份有限公司

中国建材科技 2012年8期

文/刘婷婷（中国建材检验认证集团股份有限公司）

金属装饰材料耐久性试验至关重要，主要包括人工加速老化和自然环境暴露，其中人工加速老化试验方法的选择对测试结果影响较大，在进行建材产品尤其是新型建材产品耐久性试验时，应正确理解不同试验方法的结果及其影响因素，并选择合适的标准，严格按照标准规定的试验条件进行，使不同场所和设备做出来的检验结果具有可比性。通过积累的自然环境暴露试验数据显示，现有产品质量令人堪忧，应该重视耐久性试验。

前言

伴随着社会的进步，经济和科学的发展，新型金属装饰材料制品不断的涌现出来，并立即以其优越的使用性和高科技含量的功能性促进了建筑业的发展。与此同时，环境对新型金属装饰材料制品的腐蚀性以及其耐久性（即使用寿命）是建筑师和社会极为关注的问题，因为它直接关系到建筑物的使用寿命和人生安全。

对于国内建筑材料生产企业的新材料、新工艺，通过自然环境腐蚀数据积累，对其老化性能进行评价，将为发展各种耐蚀材料、延长建筑使用寿命，为制定材料防护的规范和标准提供科学依据工程提供可靠依据，也将大幅度节约材料消耗、促进扩大生产、进入新市场并且降低因环境老化带来的经济损失。评价建筑材料耐久性的试验主要包括人工加速老化试验和自然环境暴露试验，笔者针对耐久性试验的重要性，结合平时试验中遇到的问题，做了几点说明，希望能够对大家有所帮助和启迪。

1 金属装饰材料人工加速老化试验方法的选择

人工加速老化试验是用来快速评定产品耐久性的试验方法，目前涉及到建材尤其是金属装饰材料涂层部分人工加速老化试验方法主要有以下标准：

GB/T 1771-2007色漆和清漆耐中性盐雾性能的测定

GB/T 1740-2007 漆膜耐湿热测定法

GB/T 1865-2009 色漆和清漆人工气候老化和人工辐射曝露滤过的氙弧辐射

GB/T 3681-2000 塑料大气暴露试验方法

GB/T 10125-1997 人造气氛腐蚀试验盐雾试验

GB/T 16259-2008 建筑材料人工气候加速老化试验方法

GB/T 16422.2-1999塑料实验室光源暴露试验方法第2部分：氙弧灯

GB/T 23987-2009 色漆和清漆涂层的人工气候老化曝露曝露于荧光紫外线和水

以上试验方法标准可能会规定不同条件，例如GB/T 16259-2008标准中规定试验黑板温度有45℃±3℃，55℃±3℃和65℃±3℃三种，相对湿度可以为50%±5%和65%±5%，不同的产品标准应根据产品特点来引用试验方法中的条件。例如GB/T 17748-2009《建筑幕墙用铝塑复合板》中老化试验规定采用GB/T 16259-2008的试验方法，黑板温度为55℃±3℃，相对湿度为65%±5%。

不同的耐久性试验适用于不同的产品性能检验，例如GBT 10125-1997 标准中规定了中性盐雾试验（NSS）、乙酸盐雾试验（AASS）和铜加速乙酸盐雾试验（CASS）等，这些均被称为盐雾试验，但是试验方法和效果却完全不一样，对于油漆涂层来讲，一般会选用中性盐雾试验方法，而对于阳极氧化膜层来讲，一般规定采用后两种酸性盐雾试验方法（例如GB/T 23443-2009和GB 5237.2-2008）。

因此，在进行建材产品尤其是新型建材产品耐久性试验时，应选择合适的标准，并且一定要严格按照标准规定的试验条件进行，这样才可能使不同场所和设备做出来的检验结果具有可比性。

2 正确理解不同试验方法的结果及其影响因素

在日常检验工作中发现，客户提供的样板未能通过4000h人工氙灯加速老化试验，仅仅2000h即已经不能满足标准要求，而客户宣称其产品在内部测试中已经通过了4000h人工紫外加速试验。

笔者对此进行了分析：

建筑材料人工气候加速老化试验是采用特定光源，连续光照，控制一定的温度、湿度、辐射能、降雨周期和时间，模拟和强化自然气候条件中的光、热、氧、湿气、降雨等主要环境因素，以加速试样的老化。目前主要采用的光源为氙灯和荧光紫外灯。

氙灯的射线波长主要集中在340～800nm之间，与自然光的光谱图在紫外和可见光部分很相似，因此氙灯可以很好地模拟自然光，见图1。

图1 氙灯光谱谱图与自然光光谱图比较

荧光紫外灯分为UVA-340和 UVB-313，如图2所示，其中UVA-340的短波辐射与 325 nm 以下的日光直射很相似； UVB-340的峰值波长在 313 nm左右，其能量几乎全部集中在 280～360 nm 之间，波长范围比日光的要短，在360nm以上几乎没有什么能量，即这种光源的短波紫外线能量比例很大，而缺少长波紫外线和可见光部分的能量，故在使用这种UVB灯进行加速老化实验时，所得到的被测材料稳定性经常与户外自然测试中的数据差异较大。

图2 荧光灯与自然光光谱图比较

一般认为荧光紫外灯对材料尤其是高分子材料的破坏性更高一些，长期以来认为紫外线是造成高分子链断裂从而失效的罪魁祸首，故涂料企业开发新产品一般都采用人工紫外加速试验进行评价，但是，笔者认为：应正确理解不同试验方法所带来的不同结果，通过上述试验结果不一致的情况来看，单纯采用人工紫外加速老化试验不能完全体现产品的耐自然暴露性能，不同产品失效机理都不尽相同，有的产品对紫外光耐受性较差，而有的产品却对可见光耐受性较差，故在开发一种新产品而且不明确其耐久性时，建议应同时进行氙灯和紫外加速老化试验。

此外，仪器的准确性也是影响试验结果的重要因素。氙灯和紫外人工加速老化实验设备精密且昂贵，其精度直接影响测试结果的准确性和可信度，因此，设备的选择非常重要。

3 应进行自然环境暴露试验

自然环境暴露试验贴近实际使用条件，更能反映其耐久性能，但缺点是时间较长，不利于新产品的推广应用，于是，人们更愿意采用人工加速老化试验。但是，经常有人会问起人工加速老化试验2000h相当于自然环境多少年的问题，对于金属基涂层板，其人工加速老化试验与自然环境暴露试验在时间上是没有绝对对应关系。曾经有人试图在某一个固定的自然环境试验场所，通过数年、十年甚至二十年的长期投样试验以及与人工加速老化试验比对，总结出产品老化的规律，得出所谓的加速比，即在某种条件下的人工加速试验时间，乘以某地区的老化加速比，从而得出对应该地区自然环境试验的耐久性时间，目前，在海水、土壤对钢材的腐蚀领域已经取得了这方面的成绩[1,2,3]，但是其他领域还需要继努力。

国家建筑材料测试中心在海南琼海和吐鲁番分别建立了国内首个建材行业自然环境试验场，并为了配合GB/T 23443《建筑装饰用铝单板》等标准制定，通过各种渠道收集了业内的铝塑复合板、铝单板、密封胶、管材、防水卷材等建材产品进行长达5年的自然环境暴露验证试验，有些产品试验结果不甚理想，除了严重变色外，失光粉化也较严重，有的完全失光，完全达不到AAMA 2604-05标准要求的!E≤5，光泽保持率≥30%，粉化不次于8级。如图3、4所示。

图3 岗纹铝塑板自然暴露试验结果

图4 铝塑板五年自然暴露试验结果（四种试样）

笔者初步分析，造成有些产品不合格的原因可能是收集到的产品使用了质量不好的假冒油漆、涂层工艺没有控制好或者是涂层没有达到三涂，仅仅做了两涂，更深层的原因，还有待进一步系统分析。

总结

中国是一个地大物博，环境多样的国家，不同地区腐蚀老化的因素不尽相同，因此，积极研究并开展自然环境试验应该是我们，从质检机构到生产企业非常重视的一项工作。一个金属装饰材料，要想永远蓬勃发展，首先应该从质量上信服于民，重视并进行耐久性试验是提高产品质量，稳固产品发展应用的必由之路。

[1] 土壤腐蚀加速试验的加速比与动力学相关性研究。聂向晖，李晓刚等。中国腐蚀与防护学报 2011-06-15

[2] Q235钢在大港土中3种土壤模拟加速腐蚀试验方法比较。杜翠薇，李晓刚等【中国会议】中国力学学会学术大会'2009论文摘要集 2009-08-24

[3] 船体钢海水全浸区腐蚀的室内模拟加速试验方法的研究。曾华波湖南大学【硕士】湖南大学 2010-05-30 1

附：本文参考标准

GB 5237.2-2008铝合金建筑型材第2部分阳极氧化型材