引 言
玻璃和透明塑料是人們日常生活中不可缺少的材料，使用這些材料，常常會遇到表面霧化問題，給人們的工作和生活帶來了困擾和不便。例如，新冠疫情防治過程中醫護人員配戴的護目鏡起霧，導致醫療護理檢測過程中嚴重干擾診療工作；汽車車燈在晝夜溫差很大或者濕度很大的天氣條件下，容易產生霧氣，如果大燈出現霧氣會嚴重影響汽車大燈的透光率和照明效果，甚至很難看清路面狀況，影響行車安全。在工業領域，各種攝像鏡頭及各類設備儀器儀表盤，在室外溫差條件下，極易表面產生霧氣，影響攝影清晰度及各類儀表盤的讀數記錄。
現階段可采取加熱法或施涂防霧涂料、防霧劑等方法達到防霧效果，但加熱法不僅會消耗更多的能源，而且操作比較困難，目前最為經濟、最成熟還是施涂防霧涂料方法。
近年來，防霧涂料產品市場應用越來越廣泛，市場規模快速增長，其應用領域也從汽車車燈、眼鏡等，拓展到鏡子、監控鏡頭、護目鏡、頭盔罩、后視鏡、農用薄膜、光伏玻璃等。全球已有諸多頭部企業對相關產品進行產品開發，國內也有部分企業投入防霧涂料行業，產品性能得到大幅提升，能夠滿足市場需求。
現階段防霧涂料僅在車燈領域有比較成熟的應用，在其他行業的應用不成熟也不規范，導致現在市場上的防霧涂料魚龍混雜，技術水平差異較大，有些不具備防霧性能的涂料也打著防霧涂料的幌子擾亂市場。行業迫切需要一個科學可靠的性能測試評價方法，為防霧涂料產品標準的制訂提供有效的技術支撐。
1、相關標準研究
在標準方面，目前國內外都沒有專門用于評價防霧涂料防霧效果的通用標準。通過對國內外相關標準資料查閱，國內外有一些有關防霧性的測試評價標準，如GB/T 31726—2015《塑料薄膜防霧性試驗方法》、CH/T 8002—1991《測繪儀器防霉、防霧、防銹》、JIS D4502—1994《客車-擋風玻璃除霜器的防霧性能》、KS G3307—2001《鏡片防霧試驗方法》、T/FSI 019—2019《玻璃防霧用水性硅油分散液》等相關標準。但這些標準有些比較年久，已不適用于現在產品技術發展要求，有些僅是某些細分領域的相關測試標準，并不能通用于整個防霧涂料行業，有些僅是實驗室里進行簡單的試驗，試驗誤差大，重復性低，更為關鍵的是缺乏有效可行的測試儀器設備。
查詢到車燈行業用國際標準ISO/TS 5385:2022 Road vehicles–Anti-fog coating for exterior lighting devices - Specification《道路車輛-外部照明裝置的防霧涂層-技術條件》，但該標準僅適用于車燈行業，無法適用于防霧涂料的其他應用領域，但該方法對新方法的開發有借鑒價值。
2、測試方法
2.1霧化產生的條件
空氣中有相當量的水蒸汽存在，一旦具有一定分壓的水蒸汽冷卻到其露點時，水蒸汽達到飽和，冷凝析出小水珠，小水珠粘附在透明基材表面出現霧化現象。霧化產生的條件可以簡單的分為兩個方面：（1）存在水汽和溫差；（2）基材表面的潤濕性質。
2.2設備的開發
根據霧化產生的條件，只要滿足溫差及水汽條件，就能產生霧氣，在試板表面形成霧氣后通過觀察視力表的清晰程度來評價防霧效果。所以設備開發的關鍵在于穩定控制的蒸汽供應。設備通過精確控制試板兩側溫度和相對濕度條件，經過一定時間的起霧試驗后，觀察試板表面狀態及標準視力表的清晰程度，來評價防霧涂料防止或減輕霧氣生成的能力。設備通過控制試板兩側的溫濕度，能模擬現實中不同工況下試件起霧的情況，能夠較好反應現實狀況及防霧涂料的防霧性能優劣。
圖1 防霧性測試儀示意圖
設備主要由3個工作艙組成，其中高溫艙提供充足預制的濕熱空氣流，低溫艙提供恒定的低溫環境，測試艙置于低溫艙中，試板置于測試艙頂部，并完全覆蓋測試艙，試板一側暴露于高溫艙產生的蒸汽流下，另一側與低溫艙接觸。測試艙底部放有標準視力表，且每個艙內均配置溫濕度傳感器，以實時記錄艙內的溫濕度變化。
2.3測試過程
試驗開始時前，分別設置低溫艙的溫度及高溫艙的溫濕度以及試驗時間，然后將試板置于測試艙頂部，并穩定足夠時間，使試板與環境條件一致。試驗開始后開啟通風閥門后，預制的濕熱空氣通過固定空氣管路被送入測試艙內，試板由于熱蒸汽的影響，與低溫艙形成溫差后，在試板下表面形成霧氣，造成起霧現象，試驗達到規定時間后，閥門自動關閉，此時立即觀察試板起霧情況，也可拍照記錄。
2.4試驗評價
由于試板表面產生的霧氣，不適用常規的透光率、霧度等光學指標來測定評價，且整個試驗過程中霧氣變化迅速，試驗結束后消散較快，所以通過大量試驗得知，用防霧等級對防霧性能的優劣進行評價較為合適，如表1所示。
表1 防霧等級對照表
3、測試條件
3.1試驗參數
該防霧設備，可根據實際測試需求，設定不同的試驗參數，來模擬不同試驗條件下，防霧涂層的防霧效果。可廣泛用于防霧涂料產品設計開發及不同工況條件下的測試需求。
對該設備尋求較為合適的試驗條件，進行驗證試驗。將高溫區的溫度分別設定為40 ℃和55 ℃，相對濕度為90%，經過一定時間的試驗，將試驗艙的溫濕度隨時間變化的數據繪制成曲線，如圖2、圖3所示。圖中，橫坐標為試驗時間，縱坐標為溫度和濕度，紅色曲線為濕度變化曲線，藍色曲線為溫度變化曲線。
圖2 高溫區（40±2）℃/（90±5）%時的溫濕度曲線變化圖
圖3 高溫區（55±2）℃/（90±5）%時的溫濕度曲線變化圖
通過圖2、圖3可以發現，試驗前期，濕熱蒸汽通過管道進入試驗艙，試驗艙內溫濕度快速上升，當試驗達到35s后，試驗艙的溫濕度趨于穩定，同時觀察試板狀態，試板表面起霧效果也趨于穩定。當高溫區溫度為40℃時，測試艙溫度達到33℃左右，當高溫區溫度為55℃時，測試艙溫度達到41℃左右。當溫度較高時，試板起霧也更加迅速，整體霧氣量也更大。通過試驗發現，整體起霧效果跟測試艙的大小以及通風管道處濕空氣閥的功率相關，對這些參數進行確定后，試驗的結果才有可比性。根據不同的防霧需求，設定不同的高溫區參數，進行驗證試驗。
3.2與IOS/TS 5385:2022的試驗對比
ISO/TS 5385:2022是車燈領域使用較為廣泛的防霧測試標準，該標準中通過加熱蒸餾水至規定溫度，然后將試板置于蒸汽流中一定時間后觀察試板表面的起霧狀態，并按標準進行評級。
新開發設備為了匹配車燈的測試方法，探究適用于車燈的測試條件。通過將同一樣品在兩種測試方法下漆膜的吸水量這一衡量指標及同一樣品的評級評價結果進行一系列試驗，得出ISO方法中80℃/20s的試驗條件，對應了該設備中高溫區環境溫度為（55±2）℃，相對濕度為（90±5）%條件下試驗40s，ISO方法中40℃/20s的試驗條件，對應了該設備中高溫區環境溫度為（35±2）℃，相對濕度為（80±5）%條件下試驗40s。
3.3參數設置
對于不同涂料的使用工況，設置與實際工況相適應的參數，對于一些護目鏡、眼鏡等眼面部防護產品用防霧涂料，將試驗條件設置為：高溫區環境溫度為（40±2）℃，相對濕度為（90±5）%，低溫區環境溫度為（23±2）℃，試驗時間為40s；對于車輛用或安防用監控設備內表面用防霧涂料，將試驗條件設置為：高溫區環境溫度為（55±2）℃，相對濕度為（90±5）%，低溫區環境溫度為（23±2）℃，試驗時間為40s；對于經過某些環境試驗后防霧效果明顯下降的，試驗要求為哈氣不起霧的，將試驗條件設置為：高溫區環境溫度為（35±2）℃，相對濕度為（80±5）%，低溫區環境溫度為（23±2）℃。基于以上參數對一系列不同類型的防霧涂料品種進行試驗。
4、驗證試驗結果
在防霧測試方法開發及防霧涂料行業標準制定過程中，共收集了14個代表性的樣品，樣品類型包括Ⅰ型（護目鏡、眼鏡等眼面部防護產品用防霧涂料）和Ⅱ型（車輛用或安防用監控設備內表面用防霧涂料），覆蓋目前市場上主流的防霧涂料應用領域，對這14個樣品進行防霧性能及長效防霧性能（10次循環防霧）的測定，具體測試結果見表2、表3。
表2 Ⅰ型產品測試結果
表3 Ⅱ型產品測試結果
從表2、表3可以看出，該測試方法能很好區別涂料防霧性能的優劣，經過多次循環測試，部分樣品的防霧性能下降明顯。根據驗證試驗可以看出，車用領域的防霧涂料技術更為成熟，產品均具有較好的初始防霧性能，且該方法與ISO方法對同一樣品的評價結果一致。該方法對于防霧涂料不同的應用領域，具有普適性。
同時通過接觸角的測量發現，14個樣品中只有一個樣品為疏水型，但該樣品基本無防霧效果，接觸角的數值大小跟防霧效果的優劣無明顯的相關性，但接觸角與防霧機理直接相關，所以接觸角的測試對于產品配方的設計及產品批次的穩定性有一定的參考價值。
5、結 語
本方法相較于實驗室常用的水浴蒸汽法，具有更高的精確性和試驗復現性，本方法能準確控制試板兩側的溫濕度并進行記錄分析，排除環境的溫濕度影響，提高試驗的穩定性和準確性。并且該設備能根據實際環境條件，設定試驗參數，滿足各類測試需求。
該設備及測試方法的開發解決了國內外缺乏防霧涂料防霧性能有效測試設備和評價方法的問題，建立一種更加準確有效且可行性高的防霧性能測試評價方法，為行業標準的制定及相關產品的測試評價提供技術支撐。
由于現階段主要是親水型防霧的技術路線，缺少疏水型防霧涂料的相關試驗結果，該設備、方法現僅限于親水型防霧的測試。
