新疆吐鲁番自然环境试验研究中心吐鲁番838000
摘要：目前应用最广泛的是实验室人工加速老化试验技术，在可控制温度和水分输送的条件下，将试样曝露在人工模拟太阳辐照中，利用氙气放电灯配备特殊光学滤镜，来匹配阳光中紫外和可见光光谱。加速试验的基本原理，是在较短的时间内施加较高的正确应力，然后根据试验数据推算出正常使用条件下的应力水平和时间。但在实际老化试验中，这是难以实现的。本文分析了实验室加速试验与自然暴露试验异性。
关键词：实验室；加速试验；自然暴露试验；
随着实验室模拟加速试验的发展提出来的，能真实地再现试样在实际环境条件下的失效规律。目前，相关性研究是环境试验领域研究的热点。实验室模拟加速试验与自然环境试验之间的相关性具有不确定性，是相关性研究中最大的难题。
一、测试方法
1.确定能触发各种失效机制的应力因素。确定哪些应力因素需要应用在加速试验中（应力组合、强度、循环周期等源自目标地点的气候数据）。要成为一个有用的方法，这些应力因素通常必须与现有测试设备的能力相适应。如果现有测试设备不能满足所有应力要求，则可能需要进行单独测试或连续曝露。
2.确定失效标准和评估方法。用于分析测量的试样要求——特殊形状因素、用于统计有效性的复制品、测量间隔、破坏性还是非破坏性测试等，必须与第一步中的试样要求适应。试样必须有代表性，能代表实际使用状态（基板、工艺等）。
二、实验室加速试验与自然暴露试验
1.实验室加速试验。一是太阳辐射试验。试验设备为SC500阳光老化试验箱，试验温度为49℃，辐射强度为1120W/m2。二是循环组合试验。试验为湿热—太阳辐射—盐雾3种试验状态的循环组合，按照湿热试验（24h）—太阳辐射试验（24h）—盐雾试验（24h）依次进行，组成为1个试验循环（72h）。三是试验周期。单因素试验3d为1个试验检测周期，共18个试验检测周期（54d）；循环组合试验为18个试验循环，每个循环3d，共54d。
2.自然暴露试验。一是试验方式：户外朝南45°，无背板暴露。二是试验环境：年均温度约为25℃（试验期间月均值为19~29℃），年均相对湿度约为86%（试验期间月均值为83%~89%），年均盐雾质量浓度约为0.04mg/m3，太阳辐射约为5000MJ/（m2•a）。试验检测周期分别为6，12，24个月。
3.试验检测结果。涂层性能失效可以基于机械性能或外观变化，如附着力损失或光泽损失。无法为基板提供环境保护也可认为是失效。对于外饰涂层，粘合剂的化学降解是最主要的失效模式。这种降解主要由光氧化和水解驱动，对许多涂层系统，前者是主要机制。由于高性能涂层可能要求有5~10年甚至更长的使用寿命，因此试验方法必须提供合理的加速性和足够的分辨率才有用，而且必须忠实再现RTT的测试结果。紫外吸收（UVA）涂料稳定剂、受阻胺光稳定剂（HALS）和自由基清除剂已被详细研究，已有研究数据有助于涂层系统寿命预测模型确立。稳定剂的存在常常会影响降解动力学，因为可能存在非线性关系，导致加速老化与RTT之间更复杂的相关性。大多数预测涂层长期耐久性的研究工作，都注重与南佛罗里达曝露结果的相关性，数据显示该地点比人类大部分陆地居住环境对涂层系统而言都更苛刻，在地理上也容易到达。在南佛罗里达，高阳光辐照、高湿度、温热条件以及长时间的湿润结合在一起，促使该区域涂层系统的光氧化率、水解率及腐蚀率接近陆地上的最大速率。尽管每年气候不一样，众所周知，水分在很多涂料的老化中发挥了关键作用。它是一种增塑剂，能降低涂层的Tg（玻璃化转变温度）和拉伸模量，使涂层粘合剂水解，降低其粘合力。水还可以冲洗或溶解涂层表面，腐蚀掉粘接不牢的材料。之前尚没有任何加速老化试验标准可以完全再现涂层系统在气候条件下曝露所表现出的行为。例如，氙灯老化试验设备中，最常用的测试周期是在持续光照下每120min样品喷淋18min。此外，短时间喷淋所产生的水分会在热样品上快速变干，涂层可能来不及像在户外曝露那样充分吸水。最后，实验室加速老化光源的光谱能量分布也是再现和户外曝晒相同化学变化的关键。最新的技术发展让经过恰当过滤的光源可以正确再现太阳光特别是紫外区域的阳光光照，从而提高了人工加速和自然老化之间的相关性。实验室加速试验仅出现在3~5a等级样品上，自然暴露试验12，24个月试验各等级样品均普遍出现；实验室循环组合试验54d的腐蚀程度与自然暴露试验6个月的腐蚀程度基本相当或接近；自然暴露试验12，24个月，大部分样品涂层出现较严重失光、变色、粉化，部分样品涂层剥落、划痕处锈蚀和起泡扩展，反映了自然暴露试验环境严酷度相对更高。
三、试验差异性分析
1.试验时间。太阳辐射、湿热、盐雾单因素加速试验时间分别为54d，循环组合试验中每种腐蚀因子施加时间为18d。据此分析，虽然循环组合试验总的试验周期时间也是54d，但是每种腐蚀因子施加时间只为整个试验周期的1/3，腐蚀试验时间的差异导致了其试验不能完全反映腐蚀因子单因素加速试验的综合或叠加。
2.实验室加速试验与自然暴露试验。自然暴露试验时间分别为6，12，24个月，约为实验室单因素加速试验和循环组合试验时间的3，6，12倍，约为循环组合试验单个因素施加时间的10，20，40倍。
3.实验室加速试验与自然暴露试验。一是实验室加速试验中，太阳辐射、湿热、盐雾单项腐蚀因子强度均高于自然暴露试验腐蚀环境水平。二是实验室加速试验是封闭环境，施加的腐蚀量按固定规律变化，不受外界影响；自然暴露试验是开放环境，腐蚀环境参数不仅受昼夜环境差别影响，而且受地面风、热带气旋、降水等气象因素影响，施加的腐蚀量是既有周期性又有随机性的变量，其复杂的环境条件影响既可能导致腐蚀环境严酷度增加，亦可能导致降低。三是实验室循环组合试验是将每种腐蚀因子分别周期性地施加到试验样品上，自然暴露试验是太阳辐射、湿热、盐雾各种腐蚀因子同时施加到试验样品上，腐蚀因子对涂层的综合交联作用结果将高于实验室加速试验腐蚀环境严酷度。
实验室加速试验由于试验方法决定了试验时间不可能太长，模拟的腐蚀环境严酷度与自然暴露试验腐蚀环境存在一定的差异。它促使汽车涂层系统中发生正确的光化学反应，同时又使其能够采用更高能量的光照，以提高试验的加速性。
参考文献：
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