您當前的位置：檢測資訊 > 科研開發
嘉峪檢測網 2020-02-21 16:53
內容提要
有機材料主要經受光老化、鹽霧、溫濕度變化等環境影響，本文設計了一種光老化-鹽霧復合試驗方法，該方法將光老化和鹽霧環境綜合/組合在一起，體現了自然界中太陽光的光照和暗周期交替、鹽霧的干濕交替、溫度變化和濕度變化，更接近自然環境的真實情況。
本文對八種有機涂層樣品，分別進行了光老化-鹽霧復合試驗、GJB 150.7A試驗、GB/T 16422.2試驗和西沙永興島自然大氣暴露試驗，定量分析比較了這些方法的相關性與加速性，試驗結果表明本文設計的光老化-鹽霧復合試驗優于GB/T 16422.2試驗和GIB 150.7A試驗，更適用于南海熱帶海洋環境。
1、引言
實驗室人工加速試驗項目繁多，幾乎可以模擬材料可能經受的任何一種環境，具有可重復再現、可控制，特別是快速獲得試驗結果的優點。但是實驗室環境試驗以單因素為主，綜合因素較少。
影響材料老化的環境因素有很多，主要有光老化、氧氣、溫度、濕度、鹽霧、霉菌等，實驗室單因素模擬的環境試驗，對材料的影響結果與實際真實結果還存在一定程度的偏離，試驗結果的相關性不夠理想[1]。
自然環境試驗獲得的結果具有較高的真實性，因此世界上很多國家都在開展自然環境試驗，在材料試驗中得到普遍應用。但自然環境試驗具有明顯的缺點，一般需要較長時間才能獲得試驗結果，加速性較差。國際上都在致力于研究新的試驗方法，以求既能更快速地獲得結果，同時又能確保結果與實際的一致性。本文研究的光老化-鹽霧復合試驗新方法，正是基于這種目的。
2、光老化-鹽霧復合試驗設計
2.1 光老化光源的選擇
目前人工光源有很多種，圖1是最常用的氙弧燈和紫外燈與自然太陽光的光譜比較。從輸出光譜與自然太陽光的匹配性、光源的穩定性以及壽命來看，氙弧燈無疑是目前相對最適宜的人工光源，因此本文選擇氙弧燈作為復合試驗方法的光源[2]。
圖1 氙弧燈與自然太陽光紫外、可見、紅外光譜比較
2.2 鹽霧的選擇
鹽霧試驗主要分為中性鹽霧試驗和酸性鹽霧試驗，在自然界中中性鹽霧環境更常見，因此本文選擇中性鹽霧環境作為復合試驗方法的研究對象。
2.3 鹽環境因素綜合/組合方式
有機材料主要經受光老化、鹽霧、溫濕度變化等影響，其中起主要作用的是光老化、溫度和濕度。本文將光老化和鹽霧環境組合在一起，在光老化階段，既有太陽光照射，同時又施加了高溫；在鹽霧階段，不僅存在鹽霧的作用，同時還包含了濕熱、凝露、溫度變化的影響。這種綜合/組合方式將自然界中太陽光照射的干濕[3]和暗周期交替[4]，鹽霧的干濕交替[5]、溫濕度變化綜合/組合在一起，更接近自然環境的真實情況。
2.4 光老化-鹽霧復合試驗剖面
根據國內外的有關文獻資料和本文作者前期的試驗和技術成果積累，本文設計了光老化-鹽霧復合試驗剖面（1個循環為24 h），見圖2。
圖2 光老化-鹽霧復合加速試驗剖面（1個循環為24h）
3、復合試驗新方法與標準方法的試驗對比分析
為了驗證本文設計的光老化-鹽霧復合試驗方法的效果，在西沙永興島開展了1年的戶外自然大氣暴露試驗，并選擇有代表性的標準方法GJB 150.7A試驗[6]、GB/T 16422.2試驗[7]和本文設計的光老化-鹽霧復合試驗方法分別進行了60 d試驗，比較這些試驗方法與戶外自然大氣暴露試驗的相關性與加速性。
3.1 試驗樣品
本文選擇了戶外常用的8種有機涂層樣品：樣品1#：LF21-Y2 H.DY/T.A04-81 中灰，樣品2#：LF5-Y2 H.DY/T.B96 軍綠，樣品3#：LF21-Y2 H.DY/T.T90黑色，樣品4#：ST12-氟涂料B，樣品5#：ST12 DZ7.DC/T.B9625 軍綠，樣品6#：10＃-DZN7.DC/T.T90黑色，樣品7#：環氧玻纖板－T.B9625 軍綠，樣品8#：10#- DZn7.DC/T.A04-81中灰。
3.2 試驗結果
西沙戶外自然大氣暴露試驗、光老化-鹽霧復合試驗、GJB 150.7A試驗和GB/T 16422.2試驗的結果分別見下表1、表2、表3和表4。
3.2.1 相關性分析
西沙戶外自然大氣暴露試驗、光老化-鹽霧復合試驗、GJB 150.7A試驗和GB/T 16422.2試驗的光澤度保留率變化趨勢分別見下圖3。
圖3：西沙戶外自然大氣暴露試驗-光澤度保留率變化（左上）；光老化-鹽霧復合試驗-光澤度保留率變化（右上）；GJB150.7A試驗-光澤度保留率變化（左下）；GB/T 16422.2試驗-光澤度保留率變化（右下）
直觀比較西沙戶外自然大氣暴露試驗、光老化-鹽霧復合試驗、GJB 150.7A試驗和GB/T 16422.2試驗的光澤度保留率變化曲線，其變化趨勢都趨于一致，即相關性都比較高。
本文再采用Spearman秩相關系數R進行相關性定量分析。Spearman的秩相關系數R屬于非參數線性相關分析，R的計算公式如下：
n：為樣品數量；di：秩差平方。R越接近1，說明其相關性越高。
3.2.2 加速性分析
本文采用加速轉換因子ASF進行加速性的定量分析，ASF越大，加速性就越高。
4、結論
綜合分析上述試驗結果，可以得到以下結論：
1.光老化-鹽霧復合試驗方法、GJB150.7A和GB/T16422.2與西沙戶外自然大氣暴露試驗的相關系數R都大于0.9，均具有較高的相關性。
2.按相關系數R大小排序，光老化-鹽霧復合試驗的相關系數R最大，GB/T16422.2次之，為0.939，GJB150.7A最小。
3.從相關性的角度來看，光老化-鹽霧復合試驗方法優于GB/T16422.2和GJB150.7A。
4.光老化-鹽霧復合試驗方法、GJB150.7A和GB/T16422.2的ASF都大于5，說明三種方法的加速性都比較大。
5.按加速轉換因子ASF大小排序，光老化-鹽霧復合試驗方法最大， GB/T 16422.2次之，為5.84，GJB 150.7A最小。
6.在同一種試驗方法中，不同材料呈現不同的加速性。
7.本文設計的光老化-鹽霧復合試驗方法，體現了自然光的光照和暗周期交替、鹽霧的干濕交替、溫度變化、濕度變化等組合和綜合效應，綜合相關性與加速性結果，本文設計的光老化-鹽霧復合試驗優于GB/T 16422.2和GB 150.7A，比目前傳統的試驗標準更適用于南海熱帶海洋環境。
參考文獻
[1]王忠，陳暉，張錚.環境試驗[M].北京:電子工業出版社,2015.
[2]王忠.太陽輻射試驗技術[J].電子產品可靠性與環境試驗,2005.
[3]GB/T 1865-1997 色漆和清漆 人工氣候老化和人工輻射暴露（濾過的氙弧輻射）[S].
[4]ISO 4892-2 Plastics-Methods of exposure to laboratory light sources - Part 2: Xenon-arc lamps[S].
[5]GJB 150.11A-2009 軍用裝備實驗室環境試驗方法 鹽霧試驗[S].
[6]GJB 150.7A-2009 軍用裝備實驗室環境試驗方法 太陽輻射試驗[S].
[7]GB/T 16422.2-1999 塑料實驗室光源暴露試驗方法 第2部分：氙弧燈[S].
作者：王忠，男，正高級工程師，就職于工業和信息化部電子第五研究所，主要從事工業產品可靠性與環境適應性整體解決方案研究工作；
張錚（通訊作者）：女，高級工程師，工信部電子五所裝備整機部副主任，廣東省電子信息產品可靠性技術重點實驗室主任，主要從事電子信息產品質量可靠性整體解決方案研究工作。
來源：環境技術
