在軌道車外部涂層的一般類別中，性能差異很大。因此，需要通過測試來選擇性能較佳的涂層。戶外暴露測試產(chǎn)生有意義的結(jié)果，但需要幾個(gè)月到幾年才能獲得結(jié)果。因此，對四種常見的加速試驗(yàn)方法進(jìn)行了評估，以確定它們的結(jié)果如何與光澤度保留方面的戶外暴露結(jié)果相關(guān)聯(lián)。
在選擇合適的軌道車外部涂層時(shí)，必須首先選擇最合適的通用涂層類別，如醇酸樹脂、環(huán)氧樹脂或環(huán)氧樹脂/聚氨酯。一般來說，這種選擇將基于諸如光澤度、保光性和耐化學(xué)溢出性的性能要求。其他考慮因素包括成本、溶劑的環(huán)境排放、施涂的容易性和雙組分涂層的適用期。
如果同一類中的所有涂層材料表現(xiàn)相似，人們可以簡單地根據(jù)成本選擇涂層。然而，事實(shí)并非如此。同樣，最昂貴的涂層也不一定表現(xiàn)較佳。因此，為了做出較佳選擇，需要進(jìn)行測試。
為了確定戶外暴露對涂層外觀的影響，將涂層板安裝在戶外rilck上。這種測試的缺點(diǎn)是獲得結(jié)果需要很長的時(shí)間——六個(gè)月到幾年。隨著當(dāng)今新涂層的快速發(fā)展和現(xiàn)有涂層的改進(jìn)，在對一套涂層進(jìn)行評估時(shí)，新的和可能更好的材料已經(jīng)出現(xiàn)。
為了緩解這個(gè)問題，大量的加速測試可以在更短的時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生結(jié)果。問題是這些技術(shù)產(chǎn)生的結(jié)果是否會(huì)與戶外暴露測試中獲得的結(jié)果相匹配，或者這些結(jié)果會(huì)偏離多遠(yuǎn)。
本文比較了四種常用加速試驗(yàn)方法與室外暴露試驗(yàn)的結(jié)果。比較的方法包括:
1. 符合ASTM B 117的鹽霧試驗(yàn)
2. 符合ASTM G23的碳弧光
3. 符合ASTM G153要求的熒光紫外老化試驗(yàn)箱，使用使用“A”型燈泡
4. 符合ASTM G153要求的熒光紫外老化試驗(yàn)箱，使用使用“B”型燈泡
涂層板受到多種因素的影響，例如來自太陽的紫外線、熱、冷、雨、雪、雨夾雪、濕度、灰塵、空氣中的化學(xué)物質(zhì)。其中，紫外線輻射的影響最大。
在這項(xiàng)研究中，戶外暴露架位于印第安納州東芝加哥。這些面板暴露在-23°C(-10°F)至38°C(100°F)的溫度、自然環(huán)境、空氣中的顆粒物和污染物中。將一套復(fù)制的涂層板安裝在加利福尼亞Colton的曝光架上。這個(gè)地方的特點(diǎn)是夏季溫度比東芝加哥高，陽光更強(qiáng)烈，風(fēng)沙大。
比較包括溶劑型醇酸樹脂、水性醇酸樹脂、環(huán)氧樹脂和聚氨酯。每種類型的涂層都是在同一時(shí)間從同一批涂層中噴涂到面板上的。測試結(jié)果如表1所示。
表1顯示了位置對外觀的影響有多復(fù)雜。在某些情況下，涂層在東芝加哥工廠表現(xiàn)更好，而在科爾頓工廠表現(xiàn)更好。面板是否經(jīng)過清洗也會(huì)因位置和涂層類型而影響光澤。
為了消除本研究中的污垢積聚因素，使用海綿用水和洗滌劑清洗面板，并用清水漂洗。否則，光澤度的測量可能會(huì)受到一些因素的影響，如最近一次暴雨后的時(shí)間或風(fēng)攜帶的空氣中灰塵的數(shù)量。然而，為了觀察積累的污垢對外觀的影響，在清洗前后對面板進(jìn)行光澤度測量。
圖1描述了三種油漆類型(醇酸、環(huán)氧和帶聚氨酯面漆的環(huán)氧底漆)的面板臟區(qū)和水洗區(qū)的光澤度與戶外暴露時(shí)間的函數(shù)關(guān)系。最大的差異出現(xiàn)在醇酸涂層中，這表明清洗涂有醇酸涂層的軌道車將顯著改善其外觀。環(huán)氧樹脂的改善很少，無論洗滌與否都會(huì)因粉化而變暗。清洗聚氨酯可以改善外觀，但是，由于其硬度，它們比其他涂層積累的污垢更少，并且通過污垢仍然可以看到它們的光澤。
注:圖1中繪制的值是同一類型的幾種涂層的合成值，與表1中使用的值不同。
根據(jù)ASTM Bl17標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行的鹽霧測試對于評估暴露在海洋環(huán)境中的材料是很有用的，但對于評估涂層因褪色或失去光澤的情況卻沒有用。但對于評估涂層因風(fēng)化而褪色或失去光澤的情況卻沒有用處。褪色或失去光澤。
圖2至圖5顯示了四種涂層的光澤度變化與戶外暴露時(shí)間的函數(shù)關(guān)系。圖2顯示了溶劑型醇酸涂層的結(jié)果；圖3是水基涂層；圖4，環(huán)氧涂層；圖5，環(huán)氧底漆/聚氨酯面漆涂層。
在ASTM G 23測試裝置中暴露相同涂層的相應(yīng)結(jié)果如圖6-9所示。
東芝加哥暴露面板的數(shù)據(jù)延長至30個(gè)月，每四到六個(gè)月或更短時(shí)間記錄一次光澤測量和觀察。在250、520和830小時(shí)后評估在ASTM G 23測試裝置中測試的面板。
ASTM G 23測試裝置準(zhǔn)確預(yù)測了在戶外暴露中具有較佳光澤保持性的涂層(圖2和6，涂層AL-I)。此外，ASTM測試正確預(yù)測了四種候選涂層在室外暴露初始階段的順序或等級。然而，在室外測試中，涂層AL-4的光澤度值低于涂層AL-3的光澤度值，并且涂層AL-1和AL-2顯示出幾次反轉(zhuǎn)。在830小時(shí)的暴露期間，ASTM測試裝置中沒有出現(xiàn)這些現(xiàn)象。
當(dāng)將水基涂層在室外暴露的結(jié)果(圖3)與ASTM G 23測試裝置暴露的結(jié)果(圖7)進(jìn)行比較時(shí)，再次注意到一些差異。例如，涂層WB-1的光澤度在ASTM測試中緩慢下降，然后趨于平穩(wěn)。在戶外暴露時(shí)，同樣的涂層比其他水基涂層失去光澤的速度更快。同樣，對于涂層WB-5，在最初失去光澤一段時(shí)間后，光澤實(shí)際上增加了。在ASTM G 23測試裝置中沒有觀察到這種現(xiàn)象，而是光澤度持續(xù)下降。
對于環(huán)氧涂層，戶外暴露的結(jié)果如圖4所示；ASTM G 23測試裝置暴露的結(jié)果如圖8所示。ASTM測試裝置準(zhǔn)確地預(yù)測涂層E-4將保持較好的光澤保持性，而涂層E-2將具有最差的光澤保持性。ASTM測試還顯示了涂層E-1和E-3的接近性能，直到暴露500小時(shí)后，此時(shí)環(huán)氧樹脂E-3和E-1開始分離。這在戶外暴露測試中沒有發(fā)現(xiàn)。
暴露在碳弧ASTM G 23測試裝置中的環(huán)氧涂層變得堅(jiān)硬、易碎，并且在某些情況下起皺。暴露在戶外或用其他方法測試的涂層不會(huì)出現(xiàn)這種情況。
室外暴露架上的一些環(huán)氧樹脂涂層從黑色變?yōu)槿榛疑?，這在ASTMG 23測試裝置中也沒有發(fā)生。
對于環(huán)氧-氨基甲酸乙酯涂層，戶外暴露的結(jié)果如圖5所示，ASTM G 23測試的結(jié)果如圖9所示。這些結(jié)果沒有很好的相關(guān)性。預(yù)測了性能較好的涂層EU-4，但是其他涂層的順序不同。例如，在ASTM G 23測試單元中，涂層EU-2產(chǎn)生最差的結(jié)果，而EU-1在該組中處于中間。在戶外暴露中，EU-l給出了最差的測試結(jié)果，而EU-2在暴露的第一年中處于中間組。
在這組紫外光測試中使用的ASTM G 53試驗(yàn)箱配備有UV A-340型燈泡，因此操作周期由8小時(shí)的紫外光和隨后4小時(shí)的濕度組成?？梢詫υ贏STM G 53試驗(yàn)箱中測試的涂層進(jìn)行與在ASTM G 23測試裝置中進(jìn)行的測試相同類型的比較。圖10顯示了在ASTM G 53試驗(yàn)箱中用A型燈泡測試的醇酸樹脂涂層的光澤保持結(jié)果(與圖2中的室外暴露結(jié)果相比)。
ASTM試驗(yàn)箱式試驗(yàn)準(zhǔn)確預(yù)測了性能較好的醇酸樹脂涂層AL-1。它還預(yù)測了其余三種醇酸樹脂涂層的性能等級:AL-2、AL-4和AL-3。圖2顯示了在暴露大約1-1/2個(gè)月后，涂層AL-4的性能下降到低于AL-3的性能。在圖10中，330小時(shí)后似乎發(fā)生了同樣的情況。
對于水基涂層，暴露在戶外的面板的光澤保持率隨著測試時(shí)間的推移按照等級順序顯示出許多變化(圖3)。一個(gè)很好的例子是涂層WB-1，它開始時(shí)具有最高的光澤度，在12至15個(gè)月的某個(gè)時(shí)候被列為五個(gè)候選物中光澤度最低的。
在ASTM G 53試驗(yàn)箱中，涂層WB-2和WB-5幾乎與WB-1、WB-3和WB-4相同，但比它們差。這種“模式”在暴露在戶外的涂層板中沒有看到。此外，在ASTM G 53試驗(yàn)箱中測試的涂層顯示出與其初始光澤相比很小的變化，而在室外測試的涂層顯示出光澤的顯著降低和增加。
對于環(huán)氧樹脂，暴露在室外的涂層的保光性如圖4所示。圖12顯示了暴露在ASTM G 53試驗(yàn)箱中的類似涂層的保光性。ASTM G 53試驗(yàn)箱準(zhǔn)確地預(yù)測了涂層E-4將具有最小的光澤損失，并且將比測試的其他環(huán)氧涂層更好地保持光澤。它還證明了其它三種環(huán)氧樹脂完全失去光澤，這發(fā)生在戶外約9個(gè)月后和在ASTM試驗(yàn)箱中約300小時(shí)后。
對于測試的環(huán)氧樹脂，ASTM G 53試驗(yàn)箱測試(使用“A”燈泡)的結(jié)果與室外暴露測試非常一致。ASTM G 53測試還準(zhǔn)確預(yù)測了哪些涂層會(huì)失去光澤，但會(huì)保持原來的黑色，哪些會(huì)褪色為灰色。
戶外暴露的環(huán)氧底漆/聚氨酯面漆系統(tǒng)測試結(jié)果如圖5所示，暴露在ASTM G 53試驗(yàn)箱中后的光澤保持值如圖13所示。ASTM G 53測試正確地預(yù)測了涂層系統(tǒng)EU-4和EU-5在戶外暴露時(shí)將具有較好的光澤保持性，并且兩者在性能上接近，其中EU-4是較好的。在表現(xiàn)出較差性能的涂層中，ASTM G 53測試沒有以正確的順序預(yù)測結(jié)果。此外，在暴露于戶外的涂層上測量的光澤顯示出隨著時(shí)間的推移有所增加以及減少。在帶有“A”燈泡的ASTM G 53試驗(yàn)箱中沒有檢測到這些特征。
對于第二次紫外光測試，ASTM G 53試驗(yàn)箱配有UV B-313型燈泡。操作周期包括16小時(shí)的紫外光照射，然后是8小時(shí)的冷凝。醇酸涂層的ASTM G 53-B測試結(jié)果如圖14所示，水基涂層的測試結(jié)果如圖15所示，環(huán)氧樹脂的測試結(jié)果如圖16所示，環(huán)氧-氨基甲酸乙酯體系的測試結(jié)果如圖17所示，100%固體環(huán)氧樹脂的測試結(jié)果如圖18所示。100%固體環(huán)氧涂層暴露在東芝加哥戶外的結(jié)果如圖19所示。
ASTM G 53“B”燈泡暴露(圖14)與醇酸涂層戶外暴露(圖2)有很好的相關(guān)性。涂層AL-l在兩種情況下都是較好的。此外，在兩次測試中，其他三種涂層的性能順序相同。此外，ASTM G 53測試正確地顯示了涂層AL-4的光澤度值最初高于AL-3的光澤度值，但隨后又低于它。
對于水性涂層，缺乏一定的相關(guān)性；然而，在ASTM G 53-B試驗(yàn)箱中的測試正確地預(yù)測了涂層WB-5在戶外暴露測試中的光澤將超過其他水基材料。ASTM G 53-B和室外暴露試驗(yàn)結(jié)果之間的相關(guān)性對于其他水基涂層來說沒有那么好；然而，這種相關(guān)性比從ASTM G 23和ASTM G 53-A測試中獲得的相關(guān)性更好。
對于環(huán)氧涂層，ASTM G 53-B測試的結(jié)果如圖16所示。結(jié)果與在戶外暴露中獲得的光澤保持性有很好的相關(guān)性(圖4)。兩個(gè)圖都表明，涂層E-4不僅具有較好的保光性，而且保光性明顯好于所評價(jià)的其它環(huán)氧樹脂。
同樣，E-2涂層的結(jié)果最差，涂層E-1和E-3在ASTM G 53-B測試和戶外暴露中幾乎完全失去光澤。ASTM G 53-B測試顯示涂層E-4在750小時(shí)后光澤迅速喪失。這在戶外暴露中沒有發(fā)現(xiàn)，但是，在額外的時(shí)間后可能會(huì)發(fā)生。與ASTM G 53-A測試一樣，ASTM G 53-B測試正確地預(yù)測了那些在戶外暴露期間褪色的涂層從黑色到灰色的褪色。
比較環(huán)氧-氨基甲酸乙酯涂層的ASTM G 53 -B(圖17)和室外暴露(圖5)的結(jié)果，揭示了有趣的特征。起初，相關(guān)性似乎很小，但后來比較了ASTM G 53從0到150小時(shí)的結(jié)果，發(fā)現(xiàn)與31個(gè)月的戶外暴露有很好的相關(guān)性。因此，在戶外暴露后，有時(shí)仍會(huì)出現(xiàn)EU-4光澤的快速下降。
對于100%固體環(huán)氧樹脂涂層，ASTM G 53-B測試(圖18)預(yù)測涂層100-1將具有較佳的初始光澤保持率，但其性能將迅速失效；該測試還預(yù)測涂層100-3將產(chǎn)生最差的結(jié)果。戶外暴露試驗(yàn)(圖19)表明，實(shí)際上涂層100-1開始時(shí)具有較好的光澤，而涂層100-3在四個(gè)候選物中表現(xiàn)最差。圖18所示的涂層100-1的快速失光在實(shí)際的室外測試中沒有得到證實(shí)。同樣，ASTM測試(圖18)中預(yù)測的涂層100-2的最終優(yōu)勢在室外測試(圖19)中沒有看到。
ASTM G 23測試設(shè)備的結(jié)果與戶外測試中的光澤度保持率相關(guān)。它沒有給出任何變色或褪色的跡象，特別是對于環(huán)氧樹脂涂層。結(jié)果有些緩慢，因?yàn)?30小時(shí)的暴露似乎只與6至8個(gè)月的戶外暴露相關(guān)。
在ASTM G 53-A柜中測試產(chǎn)生的結(jié)果與室外暴露有很好的相關(guān)性，并且比使用ASTM G 23單元獲得的結(jié)果更快。此外，在ASTM G 53-A測試中正確預(yù)測了顏色偏移或褪色。
在ASTM G 53-B柜中測試比其他任何方法都更快地產(chǎn)生結(jié)果。150到200個(gè)小時(shí)的測試似乎接近一年多的戶外暴露時(shí)間。此外，使用該測試，一些涂層從黑色到灰色的褪色和變色與戶外暴露有很好的相關(guān)性。
加速試驗(yàn)是選擇能在戶外保持外觀的涂層的有用工具。這些測試方法較好與室外暴露測試結(jié)合使用，而不是作為其替代品，因?yàn)閺氖占臄?shù)據(jù)來看，異常確實(shí)會(huì)發(fā)生。
與本文關(guān)聯(lián)的產(chǎn)品:
