為了制定汽車行業(yè)老化試驗(yàn)國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 32088-2015《汽車非金屬部件及材料氙燈加速老化試驗(yàn)方法》和GB/T 31881-2015《汽車非金屬部件及材料紫外加速老化試驗(yàn)方法》，美國Q-Lab公司與20幾家汽車主機(jī)廠、材料廠商和測試機(jī)構(gòu)組織進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)室加速老化試驗(yàn)與戶外曝曬試驗(yàn)的對(duì)比研究。本文是此次對(duì)比研究系列文章的第2部分。主要介紹針對(duì)汽車外飾油漆的氙燈耐候老化試驗(yàn)方法及試驗(yàn)結(jié)果。汽車行業(yè)老化試驗(yàn)國家標(biāo)準(zhǔn)制定工作背景請(qǐng)參照本系列文章的第1部分[1]。

制定《汽車非金屬部件及材料氙燈加速老化試驗(yàn)方法》和《汽車非金屬部件及材料紫外加速老化試驗(yàn)方法》標(biāo)準(zhǔn)需要相關(guān)對(duì)比試驗(yàn)的支持，不僅要開展實(shí)驗(yàn)室加速老化試驗(yàn)，也應(yīng)開展戶外老化曝曬，因?yàn)閼敉庾匀黄貢袷菍?shí)驗(yàn)室加速老化試驗(yàn)的基礎(chǔ)，可用于指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)室加速老化試驗(yàn)。

選擇了兩個(gè)典型曝曬場。一個(gè)是中國兵器工業(yè)第五九研究所的敦煌曝曬場，屬典型的沙漠氣候條件。該曝曬場位于東經(jīng)94°41′、北緯40°09′，海拔高度1139.0 m；年輻射總量為6 425 MJ/m2、年均降雨量為39 mm，年均相對(duì)濕度38%、年平均氣溫為10.8 ℃，月平均最高氣溫為24.9 ℃（7月）。

另一個(gè)是海南熱帶汽車試驗(yàn)有限公司的瓊海曝曬場，屬典型的亞熱帶氣候條件。該曝曬場位于東經(jīng)110°28′、北緯19°15′，海拔高度20.0 m；年輻射總量為5 400 MJ/m2、年均降雨量為2 000 mm，年均相對(duì)濕度85%、年平均氣溫24.0℃ ，月平均最高氣溫為28.4 ℃（7月）。

不管是敦煌曝曬場還是瓊海曝曬場，試驗(yàn)樣品都是放在汽車外飾件戶外曝曬箱（Black Box）中進(jìn)行曝曬。敦煌曝曬場的Black Box曝曬角度為45°朝南，瓊海曝曬場的Black Box曝曬角度為20°朝南。

針對(duì)汽車外飾油漆制定了多種氙燈老化試驗(yàn)方法，如表1所示。其中試驗(yàn)方法1和試驗(yàn)方法3是參考SAE J2527標(biāo)準(zhǔn)《使用可控輻照度的氙燈設(shè)備對(duì)汽車外飾件進(jìn)行加速暴露測試的以性能為基礎(chǔ)的標(biāo)準(zhǔn)》中的方法，試驗(yàn)方法2、試驗(yàn)方法4和試驗(yàn)方法5是參考一些主要汽車主機(jī)廠的試驗(yàn)方法。

表1  氙燈老化試驗(yàn)方法

參與本次標(biāo)準(zhǔn)制定的單位一共提供了40種油漆樣板，樣品顏色有黑、白、紅3種。其中黑色樣板14種，白色和紅色樣板各13種。

對(duì)測試樣品進(jìn)行評(píng)估時(shí)，會(huì)測量樣品的光澤變化、顏色變化，觀察樣品是否粉化、起泡、開裂、氧化、脆化等。本文主要分析樣品的光澤和顏色變化。

a.樣品光澤變化的評(píng)定參照ASTM D523《鏡面光澤試驗(yàn)方法》，用反射計(jì)以85°幾何條件進(jìn)行測定。

b.樣品顏色變化的評(píng)定參照ASTM D2244《用儀器測定顏色坐標(biāo)法計(jì)算顏色容差和色差的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范》，選用CIEL*a*b*色空間、D65光源、10°觀察者、鏡面反射包含條件進(jìn)行測定。

在敦煌曝曬場和瓊海曝曬場分別曝曬18個(gè)月，樣板的失光率分布和顏色變化分布情況見圖1和圖2。

圖1  樣板戶外曝曬18個(gè)月的失光率分布

由圖1可見，參照GB/T 1766《色漆和清漆涂層老化的評(píng)級(jí)方法》，無論在哪個(gè)曝曬場，大部分樣板屬于輕微失光、很輕微失光，只有小部分樣板屬于明顯失光和嚴(yán)重失光。

圖2  樣板戶外曝曬18個(gè)月的顏色變化分布

由圖2發(fā)現(xiàn)，參照GB/T 1766《色漆和清漆涂層老化的評(píng)級(jí)方法》，無論在哪個(gè)曝曬場，大部分樣板屬于輕微變色、很輕微變色，只有小部分樣板屬于明顯變色和較大變色。

按表1的試驗(yàn)方法使用氙燈加速老化試驗(yàn)箱[2]對(duì)樣板進(jìn)行加速測試，測試時(shí)間為1 200 h，樣板的失光率分布和顏色變化分布見圖3和圖4。

圖3  樣板經(jīng)1 200 h氙燈試驗(yàn)的失光率分布

圖4  樣板經(jīng)1 200 h氙燈試驗(yàn)的顏色變化分布

由圖3和圖4發(fā)現(xiàn)，樣板經(jīng)不同試驗(yàn)方法的失光快慢和顏色變化快慢不同。如試驗(yàn)方法1比試驗(yàn)方法3變化慢，因?yàn)樵囼?yàn)方法1使用日光濾光器，試驗(yàn)方法3使用紫外延展濾光器。

實(shí)驗(yàn)室加速老化試驗(yàn)與戶外曝曬試驗(yàn)之間的相關(guān)性以及兩個(gè)戶外曝曬場之間的相關(guān)性研究參考了ASTM G169《環(huán)境試驗(yàn)基本統(tǒng)計(jì)方法應(yīng)用指南》中的spearman排序方法。相關(guān)系數(shù)rs指的是利用兩種不同的測試方法對(duì)一組樣品進(jìn)行測試，所得試驗(yàn)結(jié)果之間的相關(guān)性。rs的計(jì)算公式如下。

rs=1-6∑di2/[n(n2-1)]

式中，di為兩列成對(duì)變量的等級(jí)差數(shù)，n為樣品的個(gè)數(shù)。

將18個(gè)月戶外曝曬試驗(yàn)數(shù)據(jù)按照樣板的失光率和顏色變化△E*大小分別進(jìn)行排序；將氙燈試驗(yàn)數(shù)據(jù)按照樣板失光率達(dá)到50%和顏色變化△E*達(dá)到3.0的時(shí)間分別進(jìn)行排序。表2是樣板的光澤變化的相關(guān)系數(shù)，表3是樣板的顏色變化的相關(guān)系數(shù)。

表2  氙燈試驗(yàn)與戶外曝曬試驗(yàn)之間樣板光澤變化的相關(guān)系數(shù)

從表2看出，對(duì)于樣板的光澤變化而言，氙燈試驗(yàn)與瓊海之間的相關(guān)性好于氙燈試驗(yàn)與敦煌之間的相關(guān)性。試驗(yàn)方法1與戶外曝曬之間的相關(guān)性較好，與敦煌之間的相關(guān)系數(shù)為0.76，與瓊海之間的相關(guān)系數(shù)為0.88。

表3  氙燈試驗(yàn)與戶外曝曬試驗(yàn)之間樣品顏色變化的相關(guān)系數(shù)

從表3看出，對(duì)于樣品的顏色變化，氙燈試驗(yàn)與兩個(gè)戶外曝曬場之間的相關(guān)系數(shù)都比較好，試驗(yàn)方法1與敦煌之間的相關(guān)系數(shù)為0.66，與瓊海之間的相關(guān)系數(shù)為0.95。

a.對(duì)于樣品的光澤變化，氙燈試驗(yàn)與瓊海之間的相關(guān)性好于氙燈試驗(yàn)與敦煌之間的相關(guān)性。

b.對(duì)于樣品的顏色變化，氙燈試驗(yàn)與敦煌和瓊海之間的相關(guān)性都比較好。

c.對(duì)于氙燈老化加速試驗(yàn)，綜合考慮樣品的失光、顏色變化，及與戶外曝曬之間的相關(guān)性，將試驗(yàn)方法1、試驗(yàn)方法2和試驗(yàn)方法3 （首推試驗(yàn)方法1）推薦并寫入GB/T 32088-2015《汽車非金屬部件及材料氙燈加速老化試驗(yàn)方法》中。

參考文獻(xiàn)：

[1]實(shí)驗(yàn)室加速老化試驗(yàn)與戶外曝曬試驗(yàn)的對(duì)比研究――內(nèi)飾塑料氙燈試驗(yàn)與戶外曝曬試驗(yàn)的相關(guān)性研究[J].汽車工藝與材料, 2016, (7): 49-52.

[2]張恒.QUV和Q-Sun兩種有效測試耐候性和光穩(wěn)定性方法的比較[J].汽車工藝與材料, 2006, (8): 36-39, 41.