进行了50多年的运输涂层测试。愿望和目的总是是在实验室中使用短期测试实现涂料系统的长期使用寿命预测。尽管所有以前的测试都为行业和努力开发涂层技术的人提供了一定的价值，但这些测试实际上都没有提供高信心水平，以预测当今高级涂料系统的使用寿命。涂料分析工具，改进的涂料技术和涂料施用过程的复杂性的进步需要比当今行业中存在的测试方法更准确。
已经开发了一种新的测试协议，该协议大大增加了实验室运输涂料的使用寿命预测与实际室外性能的相关性。在10到15年前的某些环境中，通过实验室不一致和汽车涂料系统的实际服务故障发现了导致这种新方法的特定技术问题。这些失败的细节已在以前的文章中讨论1其中一个故障的示例如图1所示。
图1中所示的汽车涂料系统实际上在底漆层中具有一些水分灵敏度，从而导致这种特殊类型的破裂现象。虽然使用涂料公式更改来纠正此问题，但用于汽车涂层的当前加速风化协议（SAE J1960，SAE J2527）无法产生此缺陷。这样做的原因是，SAE J1960和J2527标准的发展集中在产生仅由紫外线暴露引起的缺陷。
新的测试方法基于与许多公司进行的10年以上的合作研究和测试。在整个工作中，生成了许多出版物，详细介绍了当前周期中的缺陷以及新周期开发中的注意事项，2努力定义和优化尤其是水分需求，3以及使用加速风化设备运行和维持测试完整性的需求。4新测试现在是ASTM D7869的官方测试标准。实际周期显示在表1中。
在本文中，详细讨论了风化循环测试方法中的每个步骤，以及涉及周期中每个步骤的推理和数据。
步骤1
240分钟黑色/40°C黑色面板的喷雾，
40°C室空气，95％RH
在以前的出版物中5结果表明，J1960周期中最大的缺陷之一是缺乏足够的用水来提供基础涂层层的机械和化学变化。在以前的出版物中，还详细讨论了水在加速风化过程中的总体重要性。6在查看各种运输涂料系统时，在整个涂层层中与水的渗透存在时间/温度关系。尽管渗透率和水量因涂料系统而异，但必须加速测试的方法与最差的室外暴露情况相同的总体渗透程度。图2是实验室研究的一个示例，以优化适当的水暴露所需的时间。
基于实际室外测试，天气数据和水浸水实验的数据，众所周知，该特定的涂料分层系统的吸收百分比很高（约为5％/卷）。根据涂料分层系统和每个涂层层的化学性质，水吸收值的范围从略低于1％/体积到5％/体积的不等范围。表2中显示了计算水分吸收百分比的典型方法。表中的数据表示普通汽车溶剂涂层系统的水百分比。
总而言之，与南佛罗里达州室外风险最差的情况相比，图3描绘了特定涂料系统的预期水吸收。如图所示，先前且仍使用的标准SAE J1960/J2527缺乏水暴露。
第2步
30分钟的光线为0.40 W/m2/nm在50°C室空气中，
42°C黑色面板温度
此步骤旨在在黑暗/喷雾周期后从涂料层中去除所有水。如拜耳物质科学提供的详细的天气数据收集所示，188金宝搏bet官网3在佛罗里达州的夏日，当光辐照度达到最大值时，很少有佛罗里达州2004 - 07年的数据的机会（<1％的机会）在涂层膜中仍然存在任何水平（表3）。黑色面板和腔室气温不同的原因是，加速过程能够在低辐照度处的40-50°C范围内正确控制可接受的公差。测试中的较低辐照度（0.40 W/m2/nm）代表早晨至中期的光线暴露，这对于从涂层层去除水的户外时间是典型的。此步骤的时间长度保持在最低限度，因为它会损害测试的加速度，但对于预防加速测试过程中的假阴性结果至关重要。表4显示了该周期验证的重量确定。
步骤3
270分钟的光线为0.80 W/m2/nm在50°C室空气中，
70°C黑色面板温度
此步骤是周期中的主要长光曝光步骤。从标准0.55 W/m增加辐照度的能力2SAE J1960/2527中使用的/NM有助于将加速度提高到预防测试的近50％，实际上仍然显着提高了测试的整体准确性。能够增加辐照度的关键是实施新的，更准确的日光过滤器。7这种新滤波器组合的SPD与自然阳光的SPD更好地匹配（图4）。
与实际的室外暴露相比，使用改进的过滤器还可以使加速测试中的失败的化学反应更好。红外光谱的指纹区域可用于比较涂料系统中化学键的特定变化（图5）。查看红外光谱的特定峰值比可以帮助确定是否以相同的速率发生相同的反应。在比较各种滤波器组合的峰值比（图6）时，数据表明，改进的日光过滤器提供了与相同涂层在室外看到的化学降解反应的类型和速率更紧密的匹配。虽然可以使用比0.80 W/m更高的辐照度2/nm在加速测试中（已经表明，在四个太阳暴露的浓缩器可能在户外暴露7），需要维持适当的周期关系，并且在较高的辐照度设置下加速测试设备维持环境参数的能力存在局限性。同样，与当前的SAE J1960/2527协议相比，使用新的滤波器组合有助于提供更准确的色彩更改和淡入淡出结果。
第4步
30分钟的光线为0.40 W/m2/nm在50°C室空气中，
42°C黑色面板温度
在周期中，此步骤与步骤2完全相同，但出于不同的原因。此时，任何涂层层都没有水吸收或水分。此步骤旨在提供一些缓解压力，这类似于一天结束时太阳在夜幕降临之前降落的涂层系统。此步骤还防止了从高温步骤到周期中另一个黑暗/喷雾步骤时可能发生的任何异常机械故障。拜耳气象站的数据在表5中证明了这一点。
步骤5
150分钟黑色/40°C黑色面板的喷雾，
40°C室空气，95％RH
此步骤是为了额外的水吸收和暴露，在使用步骤1考虑时，这是必要的，以产生与南佛罗里达州暴露的水相关故障的大小。如图7所示，有一条有水的细线，即使能够检测到丝毫粘附故障，并且如果没有两个水吸收步骤1和5，则测试的灵敏度将受到损害。
随着这一步骤的较短时间，我们从表1中知道，整体水吸收较低，但这将代表光到中等降雨或凝结的条件，这将是南佛罗里达州夏季环境中相当正常的情况。通过步骤6添加到此步骤中的30分钟确实有助于稍微增加涂料的吸收（见下文）。
步骤6-9
机械循环测试段
正如SAE J1960/2527的开发人员原则上正确设计的那样，病情快速变化的短测试周期对于检测涂层机械故障，即缺乏用于室外测试环境的适当粘弹性特性。一个明显的事实是，随着温度，湿度和水分水平的变化，室外涂料系统每天至少发生一个机械（昼夜）周期。在典型的两年暴露室外，这将意味着至少需要730个机械周期，而实际的事实是，在该时间段内，涂料系统可能会看到超过1000个机械变化。尽管无法加速实验室的测试以产生相同数量的周期，但它是在涂层系统中产生足够的机械（粘弹性）变化以复制在户外测试环境中看到的缺陷的重要关键。这些步骤在测试方案中重复三次，该步骤产生了足够数量的机械循环，以重现实际服务中看到的典型涂层故障。
请注意，与SAE J1960/J2527中包含的这种类型的步骤相比，新的测试标准中没有光/喷雾步骤。这种类型的步骤有许多虚假失败的例子，尤其是假裂纹缺陷的存在，如本示例所示（图8）。
步骤6
30分钟黑暗/在40°C黑色面板上喷雾，
40°C室空气，95％RH
如上所述，在每个24小时周期中，第一次实现步骤6与步骤5结合使用，以提供更长的水暴露步骤。当此步骤在24小时的周期中重复两次时，该步骤代表了一个降雨或凝结，在此步骤中的30分钟时间内，除了顶部涂层层外，没有明显的水暴露在此步骤中发生的是微小的机械变化。因此，在此步骤中造成的任何与水有关的化学和分层故障的迁移以及任何与水相关的化学和分层失败只有最小的贡献。188金宝搏bet官网
步骤7
20分钟的光线为0.40 W/m2/nm在50°C室空气中，
42°C黑色面板温度
同样，此步骤旨在在光周期开始之前从涂料层中去除所有水。由于步骤6与步骤5结合的水暴露为180分钟而不是步骤1中的240分钟，因此去除水所需的时间略低。
步骤8
120分钟的光线为0.80 W/m2/nm在50°C室空气中，
70°C黑色面板温度
尽管此步骤增加了测试周期的总紫外线暴露和加速度，但这里的主要目的是将机械应力诱导到涂料系统中。虽然黑暗/喷雾步骤导致由于吸水而引起的涂层的机械膨胀，但在此步骤中，与步骤3相比，该步骤过渡到热膨胀仅持续很短的时间，这在时间持续时间的长度超过两倍。步骤6-9的短时间持续时间是确定涂料系统的粘弹性特性是否旨在承受由快速环境变化引起的应力。
步骤9
40°C黑色面板的10分钟黑暗，
40°C室空气，50％RH
最后一步旨在成为一个总浮雕，在该点基本上没有在涂料系统上施加应力。这是户外活动相当正常的日常发生。尽管希望在较低的温度（例如25°C）下进行此步骤，但在此步骤中分配的短时间内达到低温很难。虽然这一步肯定可以在更长的时间内提出争论，但似乎只有短暂的压力缓解就足以防止通过这部分机械循环来防止任何异常的失败。
结论
该新周期中的方法（现称为ASTM D7869）不仅适用于具有钢和塑料基材的汽车涂料系统，而且还可以适用于需要室外风化和耐用性的其他行业的飞机涂料以及涂料。一些汽车OEM正在将标准采用到其规范测试要求中。
参考
1 Boisseau，J。；Pattison，L。；亨德森（K. Henderson）；和Hunt，R。PCI，2006年6月。
2 Nichols，M。设计加速风化测试的考虑。SAE世界大会，2009年4月。
3 Boisseau，J。；Pattison，L。；亨德森（K. Henderson）；Hunt，R。CoatingsTech。，2008年9月。
4 Boisseau，J。；Pattison，L。；尼科尔斯（M。）；Misovski，t。;亨德森（K. Henderson）；Quill，J。理解，测量和优化在XENON-ARC加速汽车OEM涂层风化中的用水。Futurecoat，2008年10月。
5 Fitz，T。;Boisseau，J。通过变量分离来了解水在自然风化中的影响。涂料技术会议，2011年3月。
6 Boisseau J。;Pattison，L。水在风化中的重要性。PCI，2010年11月。
7 Nichols，M。精炼加速风化测试，以预测室外暴露性能。2010年国际自然和加速风化的日本东京风化研讨会。
风化团队
作者想认识到整个团队在该标准的测试和采用方面共同努力多达10年。该团队包括巴斯夫的Lynn Pattison，Don Campbell和Don Barber；来自Atlas的Jacob Zhang和Matt McGreer；来自拜耳的凯伦·亨德森（Karen Henderson）和唐·史密斯（Don Smith）；波音公司的吉尔·塞伯格（Jill Seebergh）和道格·贝里（Doug Berry）；Q-LAB的Jeff Quill；来自本田的Todd Fitz和Nicole Verweys；还有托尼·米索夫斯基（Tony Misovski），辛迪·彼得斯（Cindy Peters）和福特（Ford）的马克·尼科尔斯（Mark Nichols）。
