靜態(tài)冷凝水試驗(yàn)方法及評(píng)價(jià)指標(biāo)概述

靜態(tài)冷凝水試驗(yàn)方法及評(píng)價(jià)指標(biāo)概述張立娟【摘要】靜態(tài)冷凝水試驗(yàn)是評(píng)定涂層耐濕性能的重要方法，確定涂層在潮濕環(huán)境下的性能及腐蝕防護(hù)的缺陷;介紹了靜態(tài)冷凝水試驗(yàn)方法及測試過程中應(yīng)當(dāng)注意的問題;起泡和生銹是涂層進(jìn)行靜態(tài)冷凝水氣候測試后最常見的缺陷，詳細(xì)描述了常用評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)ISO4628-2、ASTMD714、ASTMD610對(duì)起泡和生銹的評(píng)級(jí)指標(biāo)及差異.【期刊名稱】《廣州化學(xué)》【年(卷)，期】2015(040)001【總頁數(shù)】7頁(P53-59)【關(guān)鍵詞】靜態(tài)冷凝水實(shí)驗(yàn);涂層;起泡;生銹【作者】張立娟【作者單位】金發(fā)科技發(fā)展有限公司，上海201714【正文語種】中文高分子材料在加工、儲(chǔ)存、運(yùn)輸和使用過程中，由于受到光、熱、氧和濕等環(huán)境因素的作用，其理化性能和機(jī)械性能逐漸變化，最終喪失使用價(jià)值，這一過程即為〃老化”［1］。將材料直接暴露在大氣環(huán)境中進(jìn)行老化試驗(yàn)可以得到最直觀、可靠的測試結(jié)果，但是往往需要很長時(shí)間，很難滿足目前新材料開發(fā)的周期［2］，因此，人工加速老化作為自然老化的重要補(bǔ)充在新材料的老化性能測試方面發(fā)揮著越來越重要的作用。人工加速老化實(shí)驗(yàn)可以模擬并強(qiáng)化自然界氣候中的重要因素［3］，例如針對(duì)長期受到戶外暴曬材料進(jìn)行的光老化測試，針對(duì)高溫環(huán)境下材料發(fā)生的氧化而進(jìn)行的熱老化測試［4］,在汽車行業(yè)中廣泛采用的耐候老化測試，如沙漠氣候、亞熱帶氣候等，針對(duì)涂層耐濕性開展的冷凝水測試等，并且人工加速老化試驗(yàn)不受環(huán)境、時(shí)間、地點(diǎn)的限制，實(shí)驗(yàn)條件可控，充分保證了試驗(yàn)的重復(fù)性［5］。冷凝水測試是通過密閉的人工試驗(yàn)箱體模擬潮濕悶熱大氣環(huán)境的一種人工加速老化試驗(yàn)［6］，目前常用的冷凝水測試方法為靜態(tài)模擬實(shí)驗(yàn)，即整個(gè)測試過程在人工試驗(yàn)箱的有效空間內(nèi)保持穩(wěn)定的恒溫高濕的氛圍，固定在測試箱體中的受試材料表面維持連續(xù)的冷凝過程，即不斷有水滴凝聚在材料表面［7-8］。通過對(duì)涂層材料進(jìn)行冷凝水靜態(tài)氣候測試發(fā)現(xiàn)漆膜在潮濕氣候下的特性及缺陷，為確定漆膜的使用壽命提供參考。本文在工作實(shí)踐的基礎(chǔ)上，介紹了靜態(tài)冷凝水試驗(yàn)方法及測試過程中應(yīng)當(dāng)注意的問題，靜態(tài)冷凝水實(shí)驗(yàn)溫度一般設(shè)定為40°C,箱體內(nèi)相對(duì)濕度接近100%。箱體密封性良好，整個(gè)測試過程中除去中間開箱評(píng)價(jià)外，箱體內(nèi)夕卜無氣氛交流。測試過程中樣品要保證足夠的間距，并且需要交叉放置，避免箱體內(nèi)上層樣品表面形成的冷凝水低落至下層樣品表明，影響測試結(jié)果。1.1靜態(tài)冷凝水試驗(yàn)箱冷凝水測試過程中必須維持恒溫高濕的氣氛，對(duì)試驗(yàn)箱的要求較嚴(yán)格，其中箱體材質(zhì)、密封性、溫控能力及箱體容量方面是決定冷凝水試驗(yàn)箱質(zhì)量的關(guān)鍵。目前市場上已有成型的冷凝水實(shí)驗(yàn)箱產(chǎn)品，對(duì)比國內(nèi)夕卜該類產(chǎn)品，進(jìn)口的試驗(yàn)箱的性能更加穩(wěn)定，實(shí)驗(yàn)箱體的耐腐蝕性及溫控能力更優(yōu)，價(jià)格上進(jìn)口試驗(yàn)箱的價(jià)格普遍是國產(chǎn)品牌的4倍左右。下文中對(duì)冷凝水試驗(yàn)箱關(guān)鍵性能進(jìn)行詳細(xì)說明。1.1.1試驗(yàn)箱工作原理試驗(yàn)箱底部設(shè)有水槽，在試驗(yàn)運(yùn)行的過程中通過加熱水槽內(nèi)存水調(diào)節(jié)箱體空氣的溫度和濕度，若水槽存水所傳遞的熱量不足，可以對(duì)試驗(yàn)箱內(nèi)的空氣進(jìn)行補(bǔ)充加熱，以便把試驗(yàn)箱的空氣溫度提高到足夠的水平，最終達(dá)到恒溫高濕的氣氛環(huán)境。試驗(yàn)過程中用水必須為純水，為了避免設(shè)備的鈣化，測試標(biāo)準(zhǔn)中推薦使用經(jīng)過提純或經(jīng)過脫鈣處理的蒸餾水［8］，箱體運(yùn)行時(shí)需保證至少10mm高的水位。要求在1.5h之內(nèi)把有效空間加熱到規(guī)定的溫度，同時(shí)試樣表面必須呈現(xiàn)冷凝水。冷凝水試驗(yàn)箱的整體結(jié)構(gòu)如圖1所示，箱體左側(cè)為溫控系統(tǒng)和主電源開關(guān)，右側(cè)為工作區(qū)域，內(nèi)部設(shè)有兩層樣品架，可將樣品放置于樣品架上部或懸掛于樣品架下。箱體內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2所示，測試前需要加注蒸餾水或純水至箱體內(nèi)達(dá)到要求水位，照片左下側(cè)為溫度傳感器，可實(shí)時(shí)監(jiān)控箱體內(nèi)溫度并及時(shí)反饋至溫控系統(tǒng)，在箱體內(nèi)溫度低于設(shè)定溫度時(shí)自動(dòng)開啟加熱系統(tǒng)進(jìn)而提高箱底水溫，實(shí)現(xiàn)對(duì)箱體內(nèi)環(huán)境溫度進(jìn)行控制。1.1.2試驗(yàn)箱材料要求箱體由性能穩(wěn)定、耐腐蝕的材料構(gòu)成，在長期的恒溫高濕過程中不會(huì)產(chǎn)生其他物質(zhì)對(duì)箱體內(nèi)的測試樣品產(chǎn)生影響。同時(shí)從測試樣品表面滴落的冷凝液是由冷凝水和由測試樣表面溶解出的成分組成，該成分可能具有腐蝕性，箱體需由耐腐蝕的材料構(gòu)成。1.1.3試驗(yàn)箱密封性要求測試過程中維持箱體內(nèi)部穩(wěn)定的溫度和濕度環(huán)境，阻止箱內(nèi)環(huán)境與外界環(huán)境的交換。因此箱體要求嚴(yán)格密閉，并定期檢查箱體的密閉情況，若箱體出現(xiàn)漏水漏氣的現(xiàn)象須馬上停止試驗(yàn)，對(duì)箱體進(jìn)行修復(fù)和維護(hù)。試驗(yàn)過程中盡量避免開啟箱門，避免其他熱負(fù)荷對(duì)試樣的影響［6］。如確實(shí)需要開啟箱門對(duì)樣品進(jìn)行中間評(píng)價(jià)時(shí)，保證在不關(guān)閉箱體加熱電源的條件下取出試樣，評(píng)定后立即送入試驗(yàn)箱，整個(gè)過程需要在30min之內(nèi)完成。試驗(yàn)箱門的開啟及受試樣品的取放會(huì)造成部分冷凝水的損失，所以在再次關(guān)閉箱門前必須檢查箱內(nèi)水位，如有必要及時(shí)補(bǔ)水，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，預(yù)先將純水加熱至試驗(yàn)溫度，可以使箱體內(nèi)溫度在較短的時(shí)間內(nèi)回復(fù)到所要求溫度，減少對(duì)箱體內(nèi)環(huán)境氣氛的影響。1.1.4測試箱周圍環(huán)境要求由于試驗(yàn)箱壁的反射作用或試樣本身的冷卻作用，實(shí)驗(yàn)箱體內(nèi)試樣表面的溫度較低于箱內(nèi)環(huán)境空氣的飽和溫度，使空氣中的水分在試樣表面持續(xù)冷凝。要求試驗(yàn)箱體放置在一個(gè)不含任何腐蝕成分室內(nèi)環(huán)境空間中，不能受到日光及其他熱源輻射的干擾，并且室內(nèi)環(huán)境要滿足（23±5）°C的溫度以及相對(duì)濕度小于等于75%的條件，在進(jìn)行比較性的試驗(yàn)時(shí)，試驗(yàn)箱體安裝的環(huán)境溫度要保持在（23±2）C的標(biāo)準(zhǔn)溫度［8］。1.2靜態(tài)冷凝水測試以“ISO6270-2冷凝水氣候試驗(yàn)操作方法”為例說明冷凝水測試過程中需要注意事項(xiàng)。1.2.1實(shí)驗(yàn)條件凝露人工氣候試驗(yàn)箱壁的輻射作用或試樣本身的冷卻作用，試驗(yàn)箱內(nèi)的試樣表面的溫度較低于試驗(yàn)箱內(nèi)環(huán)境空氣的飽和溫度，由此空氣中的水分會(huì)在試樣表面冷凝下來。凝露人工氣候試驗(yàn)箱內(nèi)發(fā)生冷凝過程中，試驗(yàn)箱內(nèi)空氣溫度一般設(shè)定為40C。1.2.2冷凝水試樣表面冷凝水量起決定作用，受到安裝人工氣候室的環(huán)境溫度或試樣冷卻作用的影響，從試樣上滴落的冷凝物除了包含冷凝水之外，還可能包含試驗(yàn)固態(tài)與液態(tài)成分的溶解物或混合物。只有相同的人工氣候條件和相同的試驗(yàn)過程條件下，試驗(yàn)結(jié)果才具有可比性。1.2.3試樣要求只有相互不發(fā)生影響的試樣才能放置于同一測試箱中進(jìn)行試驗(yàn)，避免材料之間的干擾。試樣的放置要保持與工作空間水平面呈大于或等于60°的夾角，試樣之間、試樣下邊緣與水平面、試樣與箱體內(nèi)壁的距離有嚴(yán)格的要求，如表1所示，使試樣之間不會(huì)相互觸碰并且接受足夠的熱量輻射［8］。同時(shí)，試樣在工作空間的放置要避免測試空間內(nèi)壁和測試空間頂蓋的冷凝水滴落在被測試樣品的上面。起泡和生銹是涂層材料進(jìn)行冷凝水靜態(tài)氣候測試后最常見的缺陷，影響涂層功能持續(xù)發(fā)揮作用的關(guān)鍵指標(biāo)。通過觀察涂層起泡和生銹程度可以真實(shí)快速的反應(yīng)材料的老化程度［9］。不同標(biāo)準(zhǔn)對(duì)起泡、生銹等級(jí)的評(píng)定各不相同，但又存在一定的聯(lián)系，目前對(duì)涂層起泡程度評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)主要有ISO4628-1、ISO4628-2、ISO4628-3、ASTMD714和ASTMD610［10-14］。本文對(duì)兩大標(biāo)準(zhǔn)體系進(jìn)行了系統(tǒng)的總結(jié)，分別對(duì)涂層的起泡和生銹兩大缺陷進(jìn)行說明。ISO4628-2和ISO4628-3評(píng)級(jí)ISO4628-2起泡評(píng)級(jí)ISO4628-2標(biāo)準(zhǔn)中以0~5的數(shù)字等級(jí)來評(píng)定破壞程度和數(shù)量，0表示無破壞，5表示嚴(yán)重破壞，數(shù)字1、2、3、4的四個(gè)等級(jí)使整個(gè)等級(jí)范圍得到最佳分區(qū)，需要注意的是，標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定若材料表面有不同大小的起泡，選則其中典型的起泡評(píng)定等級(jí)［11］。起泡等級(jí)的評(píng)定表示方法：起泡密度等級(jí)（起泡尺寸等級(jí)），如起泡2（S3），表示涂層起泡密度為2級(jí)，起泡大小為S3級(jí)。具體評(píng)級(jí)方法如表2所示。ISO4628-3生銹評(píng)級(jí)ISO4628-3標(biāo)準(zhǔn)對(duì)生銹嚴(yán)重程度的評(píng)級(jí)分為0-5級(jí)，0表示無銹跡，5表示嚴(yán)重生銹，以修點(diǎn)（斑）的面積百分比劃分中間等級(jí)，銹點(diǎn)（斑）的尺寸等級(jí)同ISO4628-2起泡尺寸等級(jí)規(guī)定一致［10］。生銹等級(jí)的評(píng)定表示方法：銹點(diǎn)（斑）數(shù)量的等級(jí)（銹點(diǎn)大小的等級(jí)），如生銹3（S4），表示銹點(diǎn)（斑）的數(shù)量等級(jí)為3級(jí)，大小等級(jí)為S4級(jí)。具體評(píng)級(jí)方法如表3所示。ASTMD714和ASTMD610評(píng)級(jí)2.2.1ASTMD714起泡評(píng)級(jí)ASTMD714對(duì)材料表面涂層的起泡程度進(jìn)行評(píng)價(jià)，主要從起泡的數(shù)量和尺寸兩個(gè)角度進(jìn)行評(píng)級(jí)。起泡數(shù)量分為無、少量、有起泡、中等密集和密集五個(gè)等級(jí)。起泡的尺寸分為0~10級(jí)，其中0級(jí)對(duì)應(yīng)最大尺寸起泡，10級(jí)為無泡，8級(jí)對(duì)應(yīng)裸眼可以較容易觀察到的最小尺寸起泡，6級(jí)、4級(jí)、2級(jí)對(duì)應(yīng)的尺寸依次增大。標(biāo)準(zhǔn)示例如圖3所示，起泡尺寸等級(jí)為2級(jí)，a、b、c、d圖中對(duì)應(yīng)密度等級(jí)依次為很少、少量、中等、密集［13］。起泡等級(jí)評(píng)定的結(jié)果為起泡尺寸編號(hào)和密度等級(jí)。ASTMD610生銹評(píng)級(jí)ASTMD610針對(duì)鋼鐵材料表面涂層的銹蝕程度進(jìn)行評(píng)定，涂層生銹的多少是決定表層系統(tǒng)是否需要修補(bǔ)或更換的重要因素，根據(jù)生銹表面的百分比從0~10級(jí)判斷生銹程度，10級(jí)表示測試樣品表面有極少量的銹跡，0級(jí)表示嚴(yán)重生銹。標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)銹點(diǎn)（斑）的形態(tài)進(jìn)行了詳細(xì)的區(qū)分并給出對(duì)應(yīng)的示意圖，方便測試人員進(jìn)行試驗(yàn)后評(píng)價(jià)，銹點(diǎn)（斑）的形態(tài)分為點(diǎn)狀、針狀，其中大小不一的銹點(diǎn)用一般性生銹描述。若生銹表面由多種類型銹點(diǎn)（斑）混合在一起時(shí)，則根據(jù)總的生銹面積判定等級(jí)9-H至1-H［14］。具體分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)如表4所示。生銹等級(jí)評(píng)定需要報(bào)告生銹等級(jí)和銹跡類型。2.3ISO和ASTM涂層起泡評(píng)價(jià)等級(jí)劃分的比較ISO4628-2和ASTMD714標(biāo)準(zhǔn)關(guān)于涂層起泡評(píng)價(jià)等級(jí)劃分的對(duì)應(yīng)關(guān)系如表5所示，分別比較了起泡數(shù)量（密度）和起泡尺寸，其中ISO評(píng)價(jià)體系中起泡尺寸分為0~5級(jí)，0級(jí)表示無缺陷，隨著級(jí)數(shù)的變大缺陷依次變得嚴(yán)重。ASTM體系中起泡尺寸分為0~10級(jí)，0級(jí)為最嚴(yán)重缺陷，隨著數(shù)字的變大缺陷程度降低°ISO4628-3和ASTMD610標(biāo)準(zhǔn)關(guān)于生銹評(píng)級(jí)的對(duì)應(yīng)關(guān)系同起泡評(píng)級(jí)一致，但ASTM標(biāo)準(zhǔn)對(duì)銹點(diǎn)（斑）的形態(tài)進(jìn)行了更為詳細(xì)的規(guī)定和說明。ISO和ASTM標(biāo)準(zhǔn)除對(duì)各等級(jí)缺陷進(jìn)行了詳細(xì)的文字描述外在標(biāo)準(zhǔn)中列出了對(duì)應(yīng)的參照?qǐng)D片，指導(dǎo)測試人員更好地進(jìn)行試驗(yàn)后的缺陷評(píng)級(jí)，盡量減少主觀認(rèn)識(shí)對(duì)評(píng)級(jí)的影響。靜態(tài)冷凝水實(shí)驗(yàn)室測定涂層耐濕性能的重要方法，通過將材料放置于恒溫高濕的環(huán)境中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室加速測試驗(yàn)確定涂層在潮濕環(huán)境下的特性，找出材料腐蝕防護(hù)的缺陷。但是人工氣候室設(shè)定的負(fù)荷不能直接確定涂層在實(shí)際使用條件下的壽命。靜態(tài)冷凝水測試后樣品缺陷評(píng)價(jià)主要有起泡和生銹兩項(xiàng)，對(duì)常用評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)ISO4628-2、ISO4628-2、ASTMD714和ASTMD610進(jìn)行了系統(tǒng)的說明和簡要的比較，ISO和ASTM兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)體統(tǒng)都通過詳細(xì)的描述和參考圖片作為評(píng)級(jí)依據(jù)，指導(dǎo)測試人員更好地進(jìn)行試驗(yàn)后的缺陷等級(jí)評(píng)定，盡量減少等級(jí)評(píng)定過程中主觀意愿對(duì)缺陷評(píng)級(jí)結(jié)果的影響。Keyword:condensationatmospheretestwithconstanthumidity;coat;blistering;rusting【相關(guān)文獻(xiàn)】王從曾，劉會(huì)亭.材料性能學(xué)[M].第一版.北京:北京工業(yè)大學(xué)出版社,286.江魯.汽車原材料、零部件、整車自然暴露實(shí)驗(yàn)[J].環(huán)境適應(yīng)性與可靠性,2007(4):4-9,16.莊海仁，何文生,林瑪麗.國內(nèi)外實(shí)驗(yàn)室光源加速老化實(shí)驗(yàn)設(shè)備[J].合成材料老化與應(yīng)用,2007,36(4):47-50,59.劉景軍,李效玉.高分子材料的環(huán)境行為與老化機(jī)理研究進(jìn)展[J].高分子通報(bào),2005(3):63-69.陸啟凱馮皓.我國應(yīng)重視工業(yè)產(chǎn)品環(huán)境適應(yīng)性及環(huán)境失效的研究[J].新材料產(chǎn)業(yè),2008(5):10-15.Condensationwatertestatmospheres.DIN50017-1982[S].German:DeutschesInstitutFurNormungEV,1982.錢俊,張翰倫,高述恒，等.色漆和清漆耐濕性能的測定-連續(xù)冷凝法.GB/T13893-2008[S].北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,2008.Paintsandvarnishes-DeterminationofresistancetohumidityPart2:Procedureforexposingtestspecimensincondensation-wateratmospheres.ISO6270-2-2005[S].Switzerland:InternationalStandardsOrganization,2005.王釗桐，趙養(yǎng)利.高分子材料耐候性試驗(yàn)測試方法該是及評(píng)價(jià)指標(biāo)的選擇[J].環(huán)境適應(yīng)性和可靠性，2007(6):28-31.Paintsandvarnishes-Evaluationofdegradationofcoatings-Designationofquantityandsizeofdefects,andofintensityofuniformchangesinappearance,Part1:Generalintroductionanddesignationsystem.ISO4628-1-2003[S].Switzerland:InternationalStandardsOrganization,2003.Paintsandvarnishes-Evaluationofdegradationofcoatings-Designationofquantityandsizeofdefects,andofintensityofuniformchangesin