飾面人造板耐光色牢度試驗(yàn)及等級(jí)評(píng)定

2017-12-14 羅中科技 材料測(cè)試技術(shù)RoacheLab

孫杏蕾，張恒（美國(guó)Q-Lab公司中國(guó)代表處）

胡志紅（四川升達(dá)林業(yè)產(chǎn)業(yè)股份有限公司）

摘要：本文首先介紹GB/T 15102-2006《浸漬膠膜紙飾面人造板》標(biāo)準(zhǔn)的背景及耐光老化試驗(yàn)原理，包括戶外老化因素及氙燈加速耐光色牢度試驗(yàn)。接著主要介紹如何按照GB/T 15102-2006標(biāo)準(zhǔn)的要求對(duì)飾面人造板進(jìn)行耐光色牢度試驗(yàn)及對(duì)測(cè)試樣品進(jìn)行評(píng)定。同時(shí)指出在測(cè)試樣品量比較少或者想節(jié)約運(yùn)行成本的情況下，可以使用經(jīng)濟(jì)、簡(jiǎn)易型的氙燈試驗(yàn)箱對(duì)樣品的耐光色牢度進(jìn)行大致評(píng)定。

關(guān)鍵詞：人造板；耐光色牢度；氙燈；GB/T 15102

1 GB/T 15102-2006標(biāo)準(zhǔn)的背景

GB/T 15102-2006[1]《浸漬膠膜紙飾面人造板》是人造板行業(yè)比較通用的一個(gè)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，其中的耐光色牢度指標(biāo)及檢驗(yàn)方法非等效采用Pr EN 14323-2001《室內(nèi)用三聚氰胺飾面人造板性能和試驗(yàn)方法》和ISO 4892-2:1994《塑料 實(shí)驗(yàn)光源暴露試驗(yàn)方法 第2部分：氙弧燈》。

本文以下部分將通過(guò)具體耐光色牢度試驗(yàn)來(lái)演示如何執(zhí)行該標(biāo)準(zhǔn)中的6.3.19節(jié)“耐光色牢度測(cè)定”部分，并評(píng)定飾面人造板樣品的耐光等級(jí)。 

2 耐光老化試驗(yàn)原理

2.1 戶外老化因素

老化損害主要由三個(gè)因素引起：光照，溫度和濕度。這三個(gè)因素中的任一個(gè)都會(huì)引起材料老化，它們的共同作用，大于其中任一因素造成的危害。

2.1.1光照

高分子材料的化學(xué)鍵對(duì)太陽(yáng)光中不同波段的光線的敏感性不同，一般對(duì)應(yīng)一個(gè)閾值，太陽(yáng)光的短波段紫外線是引起大部分聚合物物理性能老化的主要原因。如C-N（碳-氮）鍵的作用閾值是393nm。然而，對(duì)于某些印刷品和油墨，長(zhǎng)波段紫外線甚至可見(jiàn)光也會(huì)對(duì)其產(chǎn)生破壞，造成變色或褪色。

2.1.2溫度

溫度越高，化學(xué)反應(yīng)速度越快。老化反應(yīng)是一種光致化學(xué)反應(yīng)，溫度不影響光致化學(xué)反應(yīng)中的光致反應(yīng)速度，卻影響后繼的化學(xué)反應(yīng)速度。因此溫度對(duì)材料老化的影響往往是非線性的。

2.1.3濕度

水會(huì)直接參與材料老化反應(yīng)。相對(duì)濕度、露水和雨水等是自然界中水的幾個(gè)主要表現(xiàn)形式。研究表明，戶外材料每天都將長(zhǎng)時(shí)間處于潮濕狀態(tài)（平均每天長(zhǎng)達(dá)8-12個(gè)小時(shí)）[2]。而露水是戶外潮濕的主要原因。露水造成的危害比雨水更大，因?yàn)樗街诓牧仙系臅r(shí)間更長(zhǎng)，形成更為嚴(yán)酷的潮濕侵蝕。對(duì)于戶內(nèi)用材料，一般只考慮相對(duì)濕度的影響。 

2.2 氙燈加速耐光色牢度試驗(yàn)

2.2.1日光模擬

作為氙燈試驗(yàn)箱[3]的光源，氙燈可產(chǎn)生紫外線、可見(jiàn)光和紅外線，能夠很好地模擬全光譜太陽(yáng)光。

氙燈產(chǎn)生的光譜用于測(cè)試前必須經(jīng)過(guò)過(guò)濾，減少不需要的部分紫外光譜。使用不同類型的玻璃濾光器可以得到不同的光譜。濾光器的使用取決于被測(cè)材料和產(chǎn)品zui終使用條件。不同的過(guò)濾器過(guò)濾的紫外線的短波段的截止點(diǎn)不同，這將在很大程度上影響老化的速度和類型。有三類經(jīng)常使用的濾光器：日光過(guò)濾器，窗玻璃過(guò)濾器，紫外延展過(guò)濾器。在飾面人造板測(cè)試中一般選擇窗玻璃過(guò)濾器，下圖1所示是配備有窗玻璃過(guò)濾器的氙燈試驗(yàn)箱的光譜與透過(guò)玻璃的太陽(yáng)光光譜之間的比較。

圖1 配備有窗玻璃過(guò)濾器的氙燈光譜和透過(guò)玻璃的太陽(yáng)光譜之間的比較 

2.2.2輻照度控制

的氙燈試驗(yàn)箱需裝備有輻照度控制系統(tǒng)，來(lái)提供穩(wěn)定的光照強(qiáng)度。

在氙燈測(cè)試系統(tǒng)內(nèi)，輻照度控制非常重要。氙燈光譜范圍從295nm延伸到3000nm，的標(biāo)準(zhǔn)中要求，光強(qiáng)的控制基于點(diǎn)控制（如ISO 11341-2004[4], ASTM G 155-0[5], ISO 4892-2:2006[6]等），控制點(diǎn)的選擇則基于模擬環(huán)境和檢測(cè)材料性能的不同，對(duì)于戶外環(huán)境，檢測(cè)材料的物理性能，一般采用340nm控制點(diǎn)；而對(duì)于室內(nèi)環(huán)境，檢測(cè)材料的變色和褪色，一般采用420nm控制點(diǎn)。在有些標(biāo)準(zhǔn)中也采用300-400nm的TUV控制。

2.2.3溫度控制

氙燈測(cè)試設(shè)備中，溫度的控制很也重要，因?yàn)闇囟扔绊懖牧侠匣乃俾?。氙燈試?yàn)箱一般是通過(guò)黑板溫度計(jì)或黑標(biāo)溫度計(jì)來(lái)控制樣品表面溫度。一般歐洲的ISO標(biāo)準(zhǔn)大多使用黑標(biāo)溫度計(jì)，而美國(guó)的一些標(biāo)準(zhǔn)則使用黑板溫度計(jì)。有些型號(hào)的氙燈試驗(yàn)箱還能同時(shí)控制箱體空氣溫度，以達(dá)到全面的曝曬環(huán)境溫度控制。

2.2.4潮濕模擬

氙燈試驗(yàn)箱可以通過(guò)水噴淋或濕度控制系統(tǒng)來(lái)模擬潮濕的影響。水噴淋可以模擬雨水對(duì)戶外產(chǎn)品的熱沖擊和應(yīng)力腐蝕。濕度會(huì)影響某些物品（比如某些紡織品或室內(nèi)用產(chǎn)品等）發(fā)生老化的類型和速度，在此類材料的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)中都建議控制相對(duì)濕度。

3 飾面人造板耐光色牢度試驗(yàn)及等級(jí)評(píng)定

3.1 試驗(yàn)條件及過(guò)程

在標(biāo)準(zhǔn)GB/T 15102-2006中的6.3.19節(jié)“耐光色牢度測(cè)定”部分指出，將試樣與藍(lán)色羊毛標(biāo)準(zhǔn)在氙弧燈下一起曝曬，通過(guò)藍(lán)色羊毛標(biāo)準(zhǔn)的變化確定曝曬量。對(duì)比曝曬與未曝曬試樣在確定曝曬量下的變化來(lái)評(píng)定樣品的耐光色牢度。

我們用脫脂紗布蘸少許乙醇將試樣表面擦干凈、晾干，將試樣和一組藍(lán)色羊毛標(biāo)準(zhǔn)用遮蓋物遮去一半，按下面表1所示的測(cè)試條件，在氙燈試驗(yàn)箱中進(jìn)行曝曬。在標(biāo)準(zhǔn)GB/T15102-2006中，規(guī)定的曝曬時(shí)間是“直至藍(lán)色羊毛標(biāo)準(zhǔn)6級(jí)的曝曬和未曝曬部分之間的色差達(dá)到灰色樣卡4級(jí)，曝曬終止”。

同時(shí)，為了說(shuō)明必須按照標(biāo)準(zhǔn)中的要求確定曝曬終止的重要性，我們還在曝曬過(guò)程中對(duì)樣品進(jìn)行了一次評(píng)定，即在藍(lán)色羊毛標(biāo)準(zhǔn)4級(jí)的曝曬和未曝曬部分之間的色差達(dá)到灰色樣卡4級(jí)時(shí)（簡(jiǎn)稱“曝曬階段1”），對(duì)樣品進(jìn)行做評(píng)定。

表1 耐光色牢度試驗(yàn)測(cè)試條件（立式氙燈試驗(yàn)箱） 

3.2 試驗(yàn)結(jié)果

在曝曬階段1（藍(lán)色羊毛標(biāo)準(zhǔn)4級(jí)的曝曬和未曝曬部分之間的色差達(dá)到灰色樣卡4級(jí)）及曝曬結(jié)束后（藍(lán)色羊毛標(biāo)準(zhǔn)6級(jí)的曝曬和未曝曬部分之間的色差達(dá)到灰色樣卡4級(jí)），將試樣和藍(lán)色羊毛標(biāo)準(zhǔn)一同取出，移開(kāi)遮蓋物，在評(píng)級(jí)燈箱內(nèi)用灰色樣卡按照GB/T250-2008[7]標(biāo)準(zhǔn)評(píng)定試樣的相應(yīng)變色等級(jí)（即：耐光色牢度以大于、等于或小于灰色樣卡4級(jí)表示）。本次試驗(yàn)的15個(gè)樣品的耐光色牢度如下面表2所示。

注：表中括號(hào)內(nèi)的級(jí)數(shù)是具體的評(píng)定結(jié)果。

表2 樣品的耐光色牢度等級(jí)

從表2發(fā)現(xiàn)，在曝曬階段1，也就是藍(lán)色羊毛標(biāo)準(zhǔn)4級(jí)的曝曬和未曝曬部分之間的色差達(dá)到灰色樣卡4級(jí)時(shí)，大部分樣品的耐光色牢度大于等于4級(jí)，只有樣品8和樣品10的耐光色牢度小于4級(jí)。等曝曬結(jié)束后，也就是藍(lán)色羊毛標(biāo)準(zhǔn)6級(jí)的曝曬和未曝曬部分之間的色差達(dá)到灰色樣卡4級(jí)時(shí)，與曝曬階段1相比，4個(gè)樣品的耐光色牢度等級(jí)發(fā)生了變化。所以zui終耐光色牢度小于4級(jí)的樣品，除了樣品8和樣品10，還增加了樣品15。這就說(shuō)明，在不同的曝曬時(shí)間，樣品的耐光色牢度等級(jí)有可能是不一樣的，所以在評(píng)定樣品的耐光色牢度等級(jí)時(shí)，首先要確定曝曬終止時(shí)間。

3.3 不控制相對(duì)濕度的耐光色牢度試驗(yàn)

以上試驗(yàn)，我們是使用帶相對(duì)濕度控制的立式氙燈試驗(yàn)箱按照GB/T 15102-2006標(biāo)準(zhǔn)的要求進(jìn)行的。不過(guò)有時(shí)為了節(jié)約運(yùn)行成本，而且在測(cè)試樣品又比較少的情況下，我們也會(huì)使用不帶相對(duì)濕度控制的臺(tái)式氙燈試驗(yàn)箱進(jìn)行試驗(yàn)。臺(tái)式氙燈試驗(yàn)箱與立式氙燈試驗(yàn)箱相比，測(cè)試空間比較小，運(yùn)行成本比較低，在測(cè)試程序上，除了不能控制試驗(yàn)箱內(nèi)的相對(duì)濕度，其它功能都和立式氙燈試驗(yàn)箱一樣。所以我們也在臺(tái)式氙燈試驗(yàn)箱中對(duì)本次樣品進(jìn)行了曝曬，以對(duì)比分析測(cè)試結(jié)果與立式氙燈試驗(yàn)箱中的差別有多大。測(cè)試條件如下面的表3所示。

表3 耐光色牢度試驗(yàn)測(cè)試條件（臺(tái)式氙燈試驗(yàn)箱） 

在臺(tái)式氙燈試驗(yàn)箱中，我們也是曝曬至藍(lán)色羊毛標(biāo)準(zhǔn)6級(jí)的曝曬和未曝曬部分之間的色差達(dá)到灰色樣卡4級(jí)。樣品的耐光色牢度等級(jí)及與立式氙燈試驗(yàn)箱中樣品的耐光色牢度等級(jí)之間的對(duì)比如表4所示。

注：表中括號(hào)內(nèi)的級(jí)數(shù)是具體的評(píng)定結(jié)果。

 表4 臺(tái)式和立式氙燈試驗(yàn)箱中樣品的耐光色牢度等級(jí)對(duì)比 

從表4發(fā)現(xiàn)，雖然臺(tái)式氙燈試驗(yàn)箱不能控制相對(duì)濕度，但15個(gè)樣品中仍然有11個(gè)樣品的耐光色牢度與立式氙燈試驗(yàn)箱中是一樣的。即使剩余的4個(gè)樣品，它們?cè)谂_(tái)式氙燈試驗(yàn)箱中和在立式氙燈試驗(yàn)箱中的耐光色牢度具體等級(jí)（表4中括號(hào)內(nèi)的級(jí)數(shù)）也只相差半級(jí)，如樣品10，經(jīng)臺(tái)式氙燈試驗(yàn)箱曝曬后耐光色牢度具體等級(jí)是4級(jí)，而經(jīng)立式氙燈試驗(yàn)箱曝曬后耐光色牢度具體等級(jí)是3.5級(jí)。所以在測(cè)試樣品量比較少或者想節(jié)約運(yùn)行成本的情況下，可以使用臺(tái)式氙燈試驗(yàn)箱對(duì)樣品的耐光色牢度進(jìn)行大致評(píng)定。

4 結(jié)論

本文首先介紹材料或產(chǎn)品的耐光老化試驗(yàn)原理及氙燈加速耐光色牢度試驗(yàn)，接著重點(diǎn)介紹如何按照GB/T 15102-2006標(biāo)準(zhǔn)的要求對(duì)15個(gè)飾面人造板樣品進(jìn)行耐光色牢度試驗(yàn)。在分析試驗(yàn)結(jié)果的基礎(chǔ)上，得到如下結(jié)論：

a． 使用氙燈試驗(yàn)箱，可以按照GB/T 15102-2006標(biāo)準(zhǔn)的要求對(duì)飾面人造板樣品進(jìn)行耐光色牢度試驗(yàn)，并可以區(qū)分樣品的耐光色牢度等級(jí)。

b．  在確定樣品的耐光色牢度等級(jí)時(shí)，一定要按照標(biāo)準(zhǔn)的要求，在規(guī)定的曝曬量下進(jìn)行評(píng)定。

c．  在測(cè)試樣品量比較少或者想節(jié)約運(yùn)行成本的情況下，可以使用經(jīng)濟(jì)、簡(jiǎn)易型的臺(tái)式氙燈試驗(yàn)箱對(duì)樣品的耐光色牢度進(jìn)行大致評(píng)定。