Оценка стойкости покрытий и лакокрасочных материалов с помощью камеры для ускоренных атмосферных испытаний в условиях ультрафиолетового излучения.

Резюме

При длительном воздействии внешних факторов на покрытия и краски они постоянно подвергаются солнечному ультрафиолетовому излучению, воздействию дождя, проникновению росы и температурным колебаниям, что постепенно приводит к старению и разрушению, проявляющемуся в виде потери блеска, изменения цвета, образования мелового налета, растрескивания и отслаивания. Хотя испытания на воздействие окружающей среды дают результаты, близкие к реальным условиям эксплуатации, полный цикл испытаний часто длится несколько лет и не может обеспечить эффективность разработки рецептур покрытий, итераций продукта и испытаний на соответствие стандартам. Камера для ускоренных испытаний на атмосферное воздействие с использованием УФ-излучения является важным оборудованием для искусственного моделирования ускоренного атмосферного воздействия. Принцип ее работы основан на моделировании ускоренного старения в окружающей среде: УФ-лампы имитируют солнечное излучение, конденсированная влага имитирует дождь и росу. Материалы помещаются в циклические программы, чередуя воздействие света и влаги, и подвергаются ускоренному старению при заданных температурах для быстрого получения данных об атмосферостойкости. LISUN UV-263LS В данной статье описывается принцип работы и аппаратная часть камеры для ускоренных испытаний на атмосферное воздействие под воздействием УФ-излучения. В соответствии с соответствующими стандартами лакокрасочной промышленности, представлен полный процесс испытаний, включая подготовку образцов, программирование циклов и оценку характеристик после старения, а также проанализировано практическое применение этого оборудования в различных категориях покрытий, таких как наружные архитектурные краски, покрытия для древесины и автомобильные финишные покрытия. Статья служит справочным материалом для научно-исследовательских лабораторий и учреждений по контролю качества при оценке атмосферной стойкости. 

Введение

В качестве защитных и декоративных материалов покрытия и краски широко используются во внешних стенах зданий, наружных деревянных изделиях, автомобильных деталях экстерьера, для защиты стальных конструкций от коррозии и в других областях. Устойчивость покрытий к атмосферным воздействиям напрямую определяет срок службы и внешний вид изделия. Ультрафиолетовые лучи естественного солнечного света являются основной причиной деградации органических покрытий. Фотоны УФ-излучения разрывают молекулярные цепи полимерных смол и запускают реакции фотоокисления. В то же время, конденсация росы и проникновение дождевой воды, вызванные чередованием дня и ночи, приводят к гидролизу при высокой влажности, а высокая температура дополнительно ускоряет скорость фотохимических реакций. Множество факторов совместно приводят к постепенной деградации пленочных покрытий. Традиционные испытания на воздействие окружающей среды требуют размещения тестовых образцов на открытых площадках. Для наблюдения очевидных явлений старения требуются месяцы или даже годы, поэтому на этапе отбора рецептур трудно быстро сравнить различия в атмосферостойкости различных добавок и смоляных систем.

Технология искусственного ускоренного атмосферного воздействия позволяет воспроизводить основные факторы разрушения на открытом воздухе в лабораторных условиях и сокращать циклы испытаний. Среди такого оборудования камера для ускоренного атмосферного воздействия в ультрафиолетовом диапазоне имитирует три ключевых фактора окружающей среды: ультрафиолетовое излучение, конденсацию, высокую влажность и колебания температуры. По сравнению с камерами для атмосферного воздействия с ксеноновой дугой, она больше ориентирована на эффекты фотодеградации в ультрафиолетовом диапазоне и идеально подходит для оценки явлений старения, таких как меление, потеря блеска и растрескивание органических покрытий. LISUN UV-263LS Камера для испытаний на ускоренное атмосферное воздействие ультрафиолетового излучения Это флуоресцентное устройство для испытаний на старение под воздействием УФ-излучения. Его можно запрограммировать на чередование циклов УФ-излучения, конденсации и распыления воды для проведения ускоренных испытаний на атмосферное воздействие в контролируемых температурных условиях. В течение нескольких недель оно может воспроизвести повреждения покрытия, возникающие на открытом воздухе в течение месяцев или даже лет. Камера для ускоренных испытаний на атмосферное воздействие под воздействием УФ-излучения может соответствовать национальным и международным стандартам атмосферного воздействия на покрытия, включая GB/T 23987-2009, GB/T 16422.3-2022, ASTM G154 и ISO 11507, адаптируясь к различным сценариям, таким как сравнение рецептур, входной контроль качества и сертификационные испытания продукции.

UV-263LSКамера для испытаний на старение под воздействием УФ-излучения

Принцип ускоренного старения в камере для испытаний на ускоренное атмосферное воздействие с использованием УФ-излучения

Принцип работы камеры для ускоренного атмосферного воздействия с использованием УФ-излучения основан на имитации ускоренного старения в условиях окружающей среды: УФ-лампы имитируют солнечное излучение, а конденсированная влага — дождь и росу. Материалы помещаются в циклические программы, чередуя воздействие света и влаги, и подвергаются ускоренному старению при заданных температурах для быстрого получения данных об атмосферостойкости. Весь процесс старения координируется тремя модулями: УФ-облучением, конденсационным увлажнением и контролем температуры. Модуль УФ-облучения использует флуоресцентные УФ-лампы для излучения ультрафиолетовых лучей в определенных диапазонах длин волн. Лампы UVA-340 имеют спектр, соответствующий УФ-диапазону солнечного света на открытом воздухе, и подходят для обычной имитации атмосферного воздействия; коротковолновые лампы UVB-313 обеспечивают более высокую энергию излучения для высокоинтенсивных ускоренных испытаний. Фотоны УФ-излучения бомбардируют полимеры внутри пленочных покрытий, разрывают химические связи смолы, генерируют свободные радикалы и инициируют фотоокислительную деградацию, что приводит к изменениям поверхности, таким как снижение блеска и изменение цвета.

Модуль конденсации генерирует водяной пар путем нагрева резервуара с водой в нижней части камеры. После образования разницы температур внутри камеры водяной пар конденсируется в жидкую водяную пленку на охлажденных поверхностях образцов, имитируя утреннюю росу. Некоторые модели оснащены системой распыления воды для имитации дождя на открытом воздухе. Влага от росы и дождя проникает в микроскопические поры покрытий и ускоряет гидролиз, усиливая повреждения от старения, вызванные УФ-излучением, которое является существенным фактором окружающей среды, приводящим к разрушению покрытий на открытом воздухе. Все испытательные процедуры проводятся в контролируемых температурных диапазонах. Соответствующие температуры устанавливаются для фазы воздействия света и фазы конденсации, чтобы имитировать характеристики окружающей среды: летнее солнечное излучение и разницу температур между днем ​​и ночью. Камера для испытаний на ускоренное атмосферное воздействие УФ-излучения работает по циклическим программам, разработанным в соответствии со стандартами. Образцы попеременно проходят фазы УФ-облучения и конденсации при высокой влажности в повторяющихся циклах, сжимая повреждения от старения, накопленные в течение длительных периодов в естественных условиях, в короткие лабораторные циклы испытаний. Следует отметить, что камера для испытаний на ускоренное атмосферное воздействие под воздействием УФ-излучения в основном имитирует эффект взаимодействия ультрафиолетового света и влаги и не может в полной мере воспроизвести особые факторы окружающей среды, такие как загрязнение атмосферы, эрозия песком и биологическое воздействие. Результаты испытаний в основном используются для сравнительной оценки характеристик образцов.

Аппаратная структура и технические характеристики UV-263LS Камера для испытаний на ускоренное атмосферное воздействие ультрафиолетового излучения

LISUN UV-263LS Камера для ускоренных испытаний на атмосферное воздействие УФ-излучения имеет квадратную внутреннюю конструкцию. Внешний корпус изготовлен из высококачественной холоднокатаной стальной пластины с электростатическим напылением. Внутренняя полость коррозионностойка и легко чистится. Оборудование оснащено 8 люминесцентными УФ-лампами UVA-340 мощностью 40 Вт. Интенсивность излучения может плавно регулироваться в диапазоне от 0.35 до 1.2 Вт/м². Установлен блок контроля интенсивности излучения для мониторинга интенсивности УФ-излучения в реальном времени и компенсации снижения светового потока ламп в течение срока службы. Система контроля температуры поддерживает температуру черной панели камеры в диапазоне от +10℃ до 70℃ окружающей среды. Конденсация осуществляется путем нагрева резервуара с водой для образования водяного пара, а относительная влажность внутри камеры может достигать более 75% RH. Устройство оснащено программируемым жидкокристаллическим контроллером, который позволяет свободно редактировать продолжительность освещения, продолжительность конденсации, продолжительность распыления и общее количество циклов. Время тестирования можно установить от 0 до 999 часов, при этом можно записывать полные данные о работе. Держатель образцов подходит для стандартных панелей для тестирования покрытий и может одновременно удерживать несколько групп образцов, обеспечивая стабильное расстояние между образцами и лампами, благодаря чему каждая панель получает равномерное УФ-излучение и уменьшается погрешность тестирования. В таблице ниже приведены основные характеристики основных моделей. LISUN Камера для ускоренных испытаний на атмосферное воздействие под воздействием ультрафиолетового излучения серии UV-263.

Практические рекомендации по проведению испытаний покрытий и лакокрасочных материалов на устойчивость к атмосферным воздействиям с использованием камеры для ускоренных испытаний на атмосферные воздействия под воздействием УФ-излучения.

Перед проведением испытаний на устойчивость покрытий и красок к атмосферным воздействиям в УФ-камере для ускоренных испытаний на атмосферные воздействия необходимо подготовить испытательные образцы в соответствии с соответствующими стандартами. Подходящие подложки выбираются в зависимости от типа покрытия: для наружных архитектурных красок обычно используются цементные плиты, для покрытий из древесины — соответствующие деревянные подложки, а для промышленных финишных покрытий — холоднокатаные стальные листы. Нанесение покрытия распылением или кистью производится строго в соответствии с конструкционными спецификациями лакокрасочных материалов, контролируется толщина сухой пленки, а полное отверждение завершается в стандартных условиях для обеспечения полного затвердевания пленок покрытия. Для каждой группы испытаний подготавливается несколько параллельных образцов. Некоторые образцы используются для отбора проб и проверки через определенные интервалы времени, в то время как не подвергавшиеся старению оригинальные эталонные образцы сохраняются для сравнения блеска и различий в цвете после старения. Поверхности образцов должны оставаться чистыми, без масляных пятен и отпечатков пальцев, чтобы избежать внесения дополнительных помех.

Подготовленные испытательные панели аккуратно устанавливаются на подставке для образцов в камере для ускоренных испытаний на атмосферное воздействие под воздействием УФ-излучения, светлыми сторонами к лампам. Между панелями должны быть зазоры, перекрытие экранов не допускается. Программа испытаний составляется в соответствии с выбранным стандартом. В качестве примера возьмем стандарт GB/T 23987-2009 «Краски и лаки — Искусственное атмосферное воздействие на покрытия — Воздействие флуоресцентных УФ-ламп и воды». Зададим температуру и продолжительность фазы УФ-облучения, температуру и продолжительность фазы конденсации, определим полные циклы испытаний и общее время испытаний. Запустим оборудование. Камера для ускоренных испытаний на атмосферное воздействие под воздействием УФ-излучения автоматически чередует процессы УФ-облучения и конденсации. Во время работы регулярно проверяем параметры облучения и температуры, а также контролируем уровень воды в резервуаре для обеспечения достаточного водоснабжения для конденсации. В указанные в плане испытаний моменты времени извлекаем соответствующие панели, даем им стабилизироваться в стандартных условиях окружающей среды, затем проводим испытания на сохранение блеска покрытия, разницу цветов ΔE, степень меления, степень растрескивания, адгезию и другие показатели. Запишите все данные и сравните их с исходными эталонными панелями, чтобы оценить степень старения покрытия.

Помимо архитектурных покрытий, камера для ускоренных испытаний на атмосферное воздействие под воздействием УФ-излучения также применима ко многим органическим системам покрытий, таким как краски для дерева, пластиковые финишные покрытия и антикоррозионные покрытия. На этапе исследований и разработок камера для ускоренных испытаний на атмосферное воздействие под воздействием УФ-излучения позволяет быстро сравнивать различия в атмосферостойкости различных УФ-стойких добавок и составов смол для отбора составов с лучшими характеристиками. При контроле качества она проверяет соответствие готовых покрытий техническим требованиям. Следует уточнить, что результаты, полученные с помощью камеры для ускоренных испытаний на атмосферное воздействие под воздействием УФ-излучения, представляют собой относительные значения атмосферостойкости. Если требуется реальный срок службы материалов на открытом воздухе, калибровка по корреляции должна сочетаться с испытаниями на воздействие естественного климата.

Контрольные точки технического обслуживания и испытаний оборудования.

Техническое обслуживание камеры для ускоренных испытаний на атмосферное воздействие УФ-излучения напрямую влияет на достоверность данных испытаний покрытий на атмосферное воздействие. Флуоресцентные УФ-лампы теряют световой поток с увеличением количества часов работы. Интенсивность излучения следует регулярно контролировать. Если выходная мощность УФ-излучения не соответствует стандартным требованиям, лампы необходимо незамедлительно заменять; состояние лампы в режиме простого освещения не может служить критерием ее работоспособности. Резервуар для конденсата необходимо регулярно заменять и очищать, чтобы предотвратить образование накипи и накопление микроорганизмов, а также избежать загрязнения образцов водяным паром. После каждого испытания очистите камеру для образцов от осевших частиц покрытия. Обеспечьте хорошую вентиляцию рабочей среды оборудования и поддерживайте температуру окружающей среды на уровне 5–35 °C для обеспечения стабильной работы системы контроля температуры. Испытатели должны полностью регистрировать время замены ламп, записи калибровки интенсивности излучения, программы работы оборудования и данные обнаружения образцов на всех этапах, чтобы сформировать полные файлы испытаний, удовлетворяющие требованиям прослеживаемости отчетов об испытаниях. Стандартные параметры цикла не должны произвольно изменяться. Изменения световой температуры, температуры конденсации и продолжительности каждого сегмента напрямую изменяют напряжение старения и делают результаты испытаний несопоставимыми.

Заключение

Устойчивость покрытий и красок к атмосферным воздействиям является ключевым показателем оценки качества наружных покрытий. Традиционные испытания на воздействие естественных условий имеют длительные циклы и с трудом могут сравниться с быстрым темпом исследований и разработок современных покрытий. Камера для ускоренных испытаний на атмосферное воздействие с использованием УФ-излучения применяет УФ-лампы для имитации солнечного излучения и конденсированную влагу для имитации росы и дождя, обеспечивая ускоренное старение в программируемых циклических последовательностях. Она позволяет за короткий период времени сравнивать различия в атмосферостойкости различных покрытий. LISUN UV-263LS Камера для испытаний на ускоренное атмосферное воздействие ультрафиолетового излучения Обладает регулируемой интенсивностью излучения и стабильным контролем температуры и влажности. Совместим с многочисленными национальными и международными стандартами испытаний покрытий на атмосферное воздействие и может проводить ускоренную оценку атмосферного воздействия для наружных архитектурных красок, покрытий для древесины, промышленных финишных покрытий и различных других красок и покрытий, обеспечивая поддержку испытаний при разработке рецептур, контроле качества продукции и испытаниях на соответствие требованиям. В ходе практических испытаний испытатели должны стандартизировать подготовку панелей, строго следовать стандартам для установки циклов испытаний, проводить регулярную калибровку и техническое обслуживание оборудования, полностью понимать пределы возможностей камеры для ускоренных испытаний на атмосферное воздействие с использованием УФ-излучения и сопоставлять данные ускоренного старения с результатами естественного воздействия, чтобы научно и объективно оценить стойкость покрытий и красок к атмосферным воздействиям.