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老化測試結果的評價方法

來源:翁開爾有限公司
發布時間:2019-05-14T14:05:13
對于老化測試結果進行評估是很有必要的。材料某些性能的改變,如顏色或光澤可以用儀器來進行測量。其它性能的改變,如開裂、起皮、粉化、起泡和生銹可以采用目測,也可以按照美國實驗材料協會(ASTM),或其它技術組織的標準測量等級來進行評估。

對任一暴露測試項目的結果進行適當的量化是很重要的。通常,客戶關心他們的材料在暴露過程中發生哪些性能的改變和/或改變量。材料某些性能的改變,如顏色或光澤可以用儀器來進行測量。其它性能的改變,如開裂、起皮、粉化、起泡和生銹可以采用目測,也可以按照美國實驗材料協會(ASTM),或其它技術組織的標準測量等級來進行評估。

評估的頻次

通常在暴露之前就對關心的性能進行測量或等級評估。之后,要對測試進行定期評估和測量。對于戶外暴露測試,通常按月或按季度進行評估。而對于加速實驗室測試,要每 10 0個小時或 250 個小時進行評估。評估用于了解材料隨時間的老化過程。對于一個全面的測試方案而言,對樣品進行評估是非常重要的部分。

目測

盡管目測存在一定的主觀性,但它相當重要,因為用戶同樣以此來判斷材料的外觀是否令人滿意。目測結果必須是可重復的,并與其他人員的目測結果一致。目測中一致性相當重要,目測必須由經過培訓的有經驗的評估師來進行。

可能的缺陷適用方法
粉化(絲絨狀)ASTM D4214 ISO 4628-7
起泡ASTM D714 ISO 4628-2
開裂ASTM D661 ISO 4628-4
龜裂ASTM D660
片狀/分層ASTM D772 ISO 4628-5
侵蝕ASTM D662
霉菌ASTM D3274
耐粘污性ASTM D3274
變色(灰卡)ASTM D1729ASTM D2616 ISO 105/A02
附著力ASTM D3359
腐蝕(絲狀的)ASTM D2803
腐蝕(劃傷銹蝕)ASTM D1654 ISO 4628-8
腐蝕(表面生銹)ASTM D610 ISO 4628-3

當客戶對測試樣品提出目測要求時,評估師要檢查表1中所列的所有觀察到的樣品的缺陷。評估師要根據適當的等級對樣品的變化進行評級。老化作用的目測報告通常按照 ASTM 標準從 10 級到 0 級的等級系統進行劃分,見表 2(如下頁所示)。

 質量 等級 變化
極好的10未測試原樣(無變化)
--9非常輕微的變化(微量)
非常好8輕微變化
好的6中等變化
中等4顯著的變化
差的2嚴重變化
非常差的0完全失效

涂料技術聯合會(FSCT)的《涂料缺陷圖示標準》一書中有關于目測圖示的描述 1,可用來直接比較測試樣品,得出缺陷等級。這樣有助于評估師進行重復評估,并幫助客戶了解報告中的樣品缺陷。

目測等級在標準照明條件下由目測所得。在需要確認或其他必要情況下,如顯微觀測時,用顯微鏡進行評估(放大10 倍)。

外觀性能的儀器測量

對許多產品和材料來說,外觀性能非常重要。客戶對質量的評價常常基于光澤、顏色、亮度、平滑度或其他一些外觀特性。產品的使用年限往往取決于這些特性。有的產品其他性能完美,但往往因外觀不符合客戶的審美要求而報廢。

按照定義,因為外觀是視覺的或審美的特性,用儀器進行測量看似比較矛盾。然而,外觀通常是一些表面性能(例如,平滑度、反射率、顏色等)。經過多年探索,儀器測量已經非常接近人們的目測結果。

對外觀進行儀器測量比較客觀,而且相比主觀性的目測有幾大優勢。儀器測量提供性能的量化測試結果。它排除了人為偏差的可能性,因為如果所有條件都相同,儀器每次的測試數據是可以重復的。另外,儀器測量的數值是連續的,可進行統計分析。在老化領域,光澤、鮮映性( DOI )和顏色使用光電儀器測量。這些儀器用于檢測材料暴露和未暴露部分的表面外觀性能,以判斷產品的使用年限。

樣品清洗

對于戶外老化測試,采用儀器測量時強烈建議,對暴露樣品的清洗過的表面部分進行測試。所有這些測量都對表面的附著物極其敏感,例如污物和霉菌等。這些微粒在測試樣品表面形成隔離層,妨礙儀器測量真實的樣品表面。如果表面存在污物,那么儀器測量的是污物而不是真正的樣品表面。

光澤測量

光澤測量是測量評估中重要的一部分,對于涂料和塑料特別重要。在老化暴露中光澤是首先受到影響的性能之一。

它也是觀察者首先注意到的外觀性能之一。用儀器測量光澤是表面外觀性能光電測量最常用的方式。用儀器測量光澤是測量表面的光澤。光澤測量將一束光按固定角度照射在表面上,然后檢測在反射角處的反射光占入射光的百分比(不包括散射光)。非常光滑的表面若反射入射角處的所有光束,則光澤值是100。

任何表面粗糙或其它瑕疵都會引起光束發生散射,這將會減弱反射光,從而光澤值也跟著變小。光澤角指的是光束到達表面時的角度(相對于法線),最常見的光澤角在下面的圖表中標出。

有關光澤測量的詳細信息,請參考 ASTM D523 或 ISO 2813。

鮮映性( DOI )

當我們觀察汽車涂層,我們會看到反射的圖象。圖象越清晰,我們認為面漆鮮映性越好。鮮映性很容易受表面劣化的影響,如細紋、桔皮、細小擦痕、霧化等。

鮮映性是一種專門的、更加精確的光澤測量形式,它使用 30 度反射角。鮮映性測量使用窄的、高度聚集的光束。一般的光澤測量使用寬光束。鮮映性測量中的傳感器測量光束邊緣的清晰度,采用100 等級,鮮映性最好的是100 分。有關鮮映性測量的詳細信息,請參考 ASTM E430。

顏色測量

用儀器法測量顏色是所有光電測量方法中最復雜的。顏色測量是把一束光照射在樣品表面,然后收集樣品反射光。通過反射光光譜用來迅速記錄被測物體的顏色。

色差儀用于老化測試結果評估

光澤和鮮映性是最易受老化作用影響的特性。

L* a* b* 色空間

大部分顏色儀器測量法采用 L* a* b* 色空間來定義顏色。L* a* b* 方法用三個數字來表示顏色。三個數字中的每一個的值代表一個相應的坐標。

光亮度因子 (L*).

被測物體的光亮度或黑暗度由L*的數值表示,從0到100。即:0=黑色,50=灰色,100=白色。

紅/綠因子(a*)

物體呈現紅色或綠色,由 a* 的數值來表示。當 a* 是正數,被測物體的顏色是紅色。數值越大,物體的顏色越紅。當 a* 是負數,被測物體的顏色是綠色。這個負數的數值越大,物體的顏色越綠。當 a* 是0 時,物體的顏色介于紅色和綠色之間。

藍/黃因子(b*)

物體呈現黃色或藍色,用b* 的數值來表示。當 b* 是正數,被測物體的顏色是黃色。數值越大,物體的顏色越黃。當 b* 是負數,被測物體的顏色是藍色。這個負數的數值越大,物體的顏色越藍。當b* 是0 時,物體的顏色介于黃色和藍色之間。

任何顏色都可由 L* a* b* 的坐標數值來表示。例如,紫色的 L* 值可能大于 50,a* 是正數(紅色),b* 值是負數(藍色)。

顏色測量問題

不像光澤和鮮映性測量,進行顏色測量時,所用的測試條件存在很大差異。另外,有幾種常用的不同類型的顏色測量儀器,它們的測量結果之間會存在細小的差異。

進行對比測量時,以下的測試參數必須保持一致,應該在老化測試開始時對其加以規定。

測量結構(反射式的還是積分球式的)

顏色測量是把一束光照射到樣品上,分析反射光的光譜,確定 L* a* b* 的數值。光傳感器視儀器類型不同而不同,儀器是反射式元件還是積分球式元件。反射元件通常由測量點的入射/反射角來表示,例如,45/0 或 0/45

觀察角

這是新、老技術之間一個重要的差異。老的顏色測量方法中只使用 2° 觀察者。新的儀器使用 10° 觀察者。許多新的儀器可供選擇,以與老的儀器進行比較。

光源

在測量中可選擇幾種不同光源中的一種對樣品進行照射。不同的光源可能給出不同的結果。D65 光源代表中午日光,是最常用的一種光源。

光譜成分

光譜成分指漫反射光的光譜成分。在積分球光度計中,光譜成分既可能包含反射光也可能不包含反射光。當使用反射光度計時(例如,0/45 形狀的),光譜成分一般不包含反射光。

色差空間

色差計算

通過比較暴露前后 L* a* b* 數值的不同來計算顏色的變化。用△來表示數值之間的不同,也就是用現在的測量值減去初始值。△的數值越大,顏色變化越大。△L 代表光亮度的變化,△a 和 △b 也是以同樣的方式來表示顏色變化:

+?L 表示顏色變得更亮

-?L 表示顏色變得更暗

+?a 表示紅色加深(綠色變淺)

-?a 表示綠色加深(紅色變淺)

+?b 表示黃色加深(藍色變淺)

-?b 表示藍色加深(黃色變淺)

綜合所有這三個因子來計算總的顏色變化△E,并廣泛用于表示暴露材料變色標準。

顏色坐標.

被測物體的顏色通常可由幾種認可的顏色標度 CIE L* a* b*、Hunter L* a* b* 或CIE XYZ 中的一種給出。CIE 和 Hunter Lab 標度被廣泛采用且計算方法相似。現在已經不怎么使用 XYZ 標度了。特別規定的顏色指數用于測定特殊的變化。黃度指數(YI)和白度指數(WI)用來測定接近白色的不透明材料的顏色,例如,TiO2顏料。這些標度最初是用于目測的,但現在已經轉換成儀器測量法了,并用來與老的目測數據進行比較。

有關顏色的儀器測量法的詳細信息,請參照 ASTM D2244。從所有主要的顏色測量儀器制造商那兒可以獲得有關顏色測量的理論和應用的優秀出版物。

結論

因為材料的有效使用年限,常常受審美要求或其他視覺因素的影響,所以暴露試驗樣品的任何外觀特性的測量都很重要。在這方面,有很多技術可以采用。對于目測,專門人員可給出好的定性和定量的等級結果。如果可能,儀器測量因其客觀性也特別有用。不管是目測還是儀器測量,都是全面測試中非常重要的部分。

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