您当前的位置：检测资讯 > 科研开发
嘉峪检测网 2020-02-21 16:53
内容提要
有机材料主要经受光老化、盐雾、温湿度变化等环境影响，本文设计了一种光老化-盐雾复合试验方法，该方法将光老化和盐雾环境综合/组合在一起，体现了自然界中太阳光的光照和暗周期交替、盐雾的干湿交替、温度变化和湿度变化，更接近自然环境的真实情况。
本文对八种有机涂层样品，分别进行了光老化-盐雾复合试验、GJB 150.7A试验、GB/T 16422.2试验和西沙永兴岛自然大气暴露试验，定量分析比较了这些方法的相关性与加速性，试验结果表明本文设计的光老化-盐雾复合试验优于GB/T 16422.2试验和GIB 150.7A试验，更适用于南海热带海洋环境。
1、引言
实验室人工加速试验项目繁多，几乎可以模拟材料可能经受的任何一种环境，具有可重复再现、可控制，特别是快速获得试验结果的优点。但是实验室环境试验以单因素为主，综合因素较少。
影响材料老化的环境因素有很多，主要有光老化、氧气、温度、湿度、盐雾、霉菌等，实验室单因素模拟的环境试验，对材料的影响结果与实际真实结果还存在一定程度的偏离，试验结果的相关性不够理想[1]。
自然环境试验获得的结果具有较高的真实性，因此世界上很多国家都在开展自然环境试验，在材料试验中得到普遍应用。但自然环境试验具有明显的缺点，一般需要较长时间才能获得试验结果，加速性较差。国际上都在致力于研究新的试验方法，以求既能更快速地获得结果，同时又能确保结果与实际的一致性。本文研究的光老化-盐雾复合试验新方法，正是基于这种目的。
2、光老化-盐雾复合试验设计
2.1 光老化光源的选择
目前人工光源有很多种，图1是最常用的氙弧灯和紫外灯与自然太阳光的光谱比较。从输出光谱与自然太阳光的匹配性、光源的稳定性以及寿命来看，氙弧灯无疑是目前相对最适宜的人工光源，因此本文选择氙弧灯作为复合试验方法的光源[2]。
图1 氙弧灯与自然太阳光紫外、可见、红外光谱比较
2.2 盐雾的选择
盐雾试验主要分为中性盐雾试验和酸性盐雾试验，在自然界中中性盐雾环境更常见，因此本文选择中性盐雾环境作为复合试验方法的研究对象。
2.3 盐环境因素综合/组合方式
有机材料主要经受光老化、盐雾、温湿度变化等影响，其中起主要作用的是光老化、温度和湿度。本文将光老化和盐雾环境组合在一起，在光老化阶段，既有太阳光照射，同时又施加了高温；在盐雾阶段，不仅存在盐雾的作用，同时还包含了湿热、凝露、温度变化的影响。这种综合/组合方式将自然界中太阳光照射的干湿[3]和暗周期交替[4]，盐雾的干湿交替[5]、温湿度变化综合/组合在一起，更接近自然环境的真实情况。
2.4 光老化-盐雾复合试验剖面
根据国内外的有关文献资料和本文作者前期的试验和技术成果积累，本文设计了光老化-盐雾复合试验剖面（1个循环为24 h），见图2。
图2 光老化-盐雾复合加速试验剖面（1个循环为24h）
3、复合试验新方法与标准方法的试验对比分析
为了验证本文设计的光老化-盐雾复合试验方法的效果，在西沙永兴岛开展了1年的户外自然大气暴露试验，并选择有代表性的标准方法GJB 150.7A试验[6]、GB/T 16422.2试验[7]和本文设计的光老化-盐雾复合试验方法分别进行了60 d试验，比较这些试验方法与户外自然大气暴露试验的相关性与加速性。
3.1 试验样品
本文选择了户外常用的8种有机涂层样品：样品1#：LF21-Y2 H.DY/T.A04-81 中灰，样品2#：LF5-Y2 H.DY/T.B96 军绿，样品3#：LF21-Y2 H.DY/T.T90黑色，样品4#：ST12-氟涂料B，样品5#：ST12 DZ7.DC/T.B9625 军绿，样品6#：10＃-DZN7.DC/T.T90黑色，样品7#：环氧玻纤板－T.B9625 军绿，样品8#：10#- DZn7.DC/T.A04-81中灰。
3.2 试验结果
西沙户外自然大气暴露试验、光老化-盐雾复合试验、GJB 150.7A试验和GB/T 16422.2试验的结果分别见下表1、表2、表3和表4。
3.2.1 相关性分析
西沙户外自然大气暴露试验、光老化-盐雾复合试验、GJB 150.7A试验和GB/T 16422.2试验的光泽度保留率变化趋势分别见下图3。
图3：西沙户外自然大气暴露试验-光泽度保留率变化（左上）；光老化-盐雾复合试验-光泽度保留率变化（右上）；GJB150.7A试验-光泽度保留率变化（左下）；GB/T 16422.2试验-光泽度保留率变化（右下）
直观比较西沙户外自然大气暴露试验、光老化-盐雾复合试验、GJB 150.7A试验和GB/T 16422.2试验的光泽度保留率变化曲线，其变化趋势都趋于一致，即相关性都比较高。
本文再采用Spearman秩相关系数R进行相关性定量分析。Spearman的秩相关系数R属于非参数线性相关分析，R的计算公式如下：
n：为样品数量；di：秩差平方。R越接近1，说明其相关性越高。
3.2.2 加速性分析
本文采用加速转换因子ASF进行加速性的定量分析，ASF越大，加速性就越高。
4、结论
综合分析上述试验结果，可以得到以下结论：
1.光老化-盐雾复合试验方法、GJB150.7A和GB/T16422.2与西沙户外自然大气暴露试验的相关系数R都大于0.9，均具有较高的相关性。
2.按相关系数R大小排序，光老化-盐雾复合试验的相关系数R最大，GB/T16422.2次之，为0.939，GJB150.7A最小。
3.从相关性的角度来看，光老化-盐雾复合试验方法优于GB/T16422.2和GJB150.7A。
4.光老化-盐雾复合试验方法、GJB150.7A和GB/T16422.2的ASF都大于5，说明三种方法的加速性都比较大。
5.按加速转换因子ASF大小排序，光老化-盐雾复合试验方法最大， GB/T 16422.2次之，为5.84，GJB 150.7A最小。
6.在同一种试验方法中，不同材料呈现不同的加速性。
7.本文设计的光老化-盐雾复合试验方法，体现了自然光的光照和暗周期交替、盐雾的干湿交替、温度变化、湿度变化等组合和综合效应，综合相关性与加速性结果，本文设计的光老化-盐雾复合试验优于GB/T 16422.2和GB 150.7A，比目前传统的试验标准更适用于南海热带海洋环境。
参考文献
[1]王忠，陈晖，张铮.环境试验[M].北京:电子工业出版社,2015.
[2]王忠.太阳辐射试验技术[J].电子产品可靠性与环境试验,2005.
[3]GB/T 1865-1997 色漆和清漆 人工气候老化和人工辐射暴露（滤过的氙弧辐射）[S].
[4]ISO 4892-2 Plastics-Methods of exposure to laboratory light sources - Part 2: Xenon-arc lamps[S].
[5]GJB 150.11A-2009 军用装备实验室环境试验方法 盐雾试验[S].
[6]GJB 150.7A-2009 军用装备实验室环境试验方法 太阳辐射试验[S].
[7]GB/T 16422.2-1999 塑料实验室光源暴露试验方法 第2部分：氙弧灯[S].
作者：王忠，男，正高级工程师，就职于工业和信息化部电子第五研究所，主要从事工业产品可靠性与环境适应性整体解决方案研究工作；
张铮（通讯作者）：女，高级工程师，工信部电子五所装备整机部副主任，广东省电子信息产品可靠性技术重点实验室主任，主要从事电子信息产品质量可靠性整体解决方案研究工作。
来源：环境技术
