飾面人造板耐光色牢度試驗及等級評定

2017-12-14 羅中科技 材料測試技術RoacheLab

孫杏蕾，張恒（美國Q-Lab公司中國代表處）

胡志紅（四川升達林業產業股份有限公司）

摘要：本文首先介紹GB/T 15102-2006《浸漬膠膜紙飾面人造板》標準的背景及耐光老化試驗原理，包括戶外老化因素及氙燈加速耐光色牢度試驗。接著主要介紹如何按照GB/T 15102-2006標準的要求對飾面人造板進行耐光色牢度試驗及對測試樣品進行評定。同時指出在測試樣品量比較少或者想節約運行成本的情況下，可以使用經濟、簡易型的氙燈試驗箱對樣品的耐光色牢度進行大致評定。

關鍵詞：人造板；耐光色牢度；氙燈；GB/T 15102

1 GB/T 15102-2006標準的背景

GB/T 15102-2006[1]《浸漬膠膜紙飾面人造板》是人造板行業比較通用的一個產品標準，其中的耐光色牢度指標及檢驗方法非等效采用Pr EN 14323-2001《室內用三聚氰胺飾面人造板性能和試驗方法》和ISO 4892-2:1994《塑料 實驗光源暴露試驗方法 第2部分：氙弧燈》。

本文以下部分將通過具體耐光色牢度試驗來演示如何執行該標準中的6.3.19節“耐光色牢度測定”部分，并評定飾面人造板樣品的耐光等級。 

2 耐光老化試驗原理

2.1 戶外老化因素

老化損害主要由三個因素引起：光照，溫度和濕度。這三個因素中的任一個都會引起材料老化，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

高分子材料的化學鍵對太陽光中不同波段的光線的敏感性不同，一般對應一個閾值，太陽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，對于某些印刷品和油墨，長波段紫外線甚至可見光也會對其產生破壞，造成變色或褪色。

2.1.2溫度

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

2.1.3濕度

水會直接參與材料老化反應。相對濕度、露水和雨水等是自然界中水的幾個主要表現形式。研究表明，戶外材料每天都將長時間處于潮濕狀態（平均每天長達8-12個小時）[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，因為它附著在材料上的時間更長，形成更為嚴酷的潮濕侵蝕。對于戶內用材料，一般只考慮相對濕度的影響。 

2.2 氙燈加速耐光色牢度試驗

2.2.1日光模擬

作為氙燈試驗箱[3]的光源，氙燈可產生紫外線、可見光和紅外線，能夠很好地模擬全光譜太陽光。

氙燈產生的光譜用于測試前必須經過過濾，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材料和產品zui終使用條件。不同的過濾器過濾的紫外線的短波段的截止點不同，這將在很大程度上影響老化的速度和類型。有三類經常使用的濾光器：日光過濾器，窗玻璃過濾器，紫外延展過濾器。在飾面人造板測試中一般選擇窗玻璃過濾器，下圖1所示是配備有窗玻璃過濾器的氙燈試驗箱的光譜與透過玻璃的太陽光光譜之間的比較。

圖1 配備有窗玻璃過濾器的氙燈光譜和透過玻璃的太陽光譜之間的比較 

2.2.2輻照度控制

的氙燈試驗箱需裝備有輻照度控制系統，來提供穩定的光照強度。

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

2.2.3溫度控制

氙燈測試設備中，溫度的控制很也重要，因為溫度影響材料老化的速率。氙燈試驗箱一般是通過黑板溫度計或黑標溫度計來控制樣品表面溫度。一般歐洲的ISO標準大多使用黑標溫度計，而美國的一些標準則使用黑板溫度計。有些型號的氙燈試驗箱還能同時控制箱體空氣溫度，以達到全面的曝曬環境溫度控制。

2.2.4潮濕模擬

氙燈試驗箱可以通過水噴淋或濕度控制系統來模擬潮濕的影響。水噴淋可以模擬雨水對戶外產品的熱沖擊和應力腐蝕。濕度會影響某些物品（比如某些紡織品或室內用產品等）發生老化的類型和速度，在此類材料的測試標準中都建議控制相對濕度。

3 飾面人造板耐光色牢度試驗及等級評定

3.1 試驗條件及過程

在標準GB/T 15102-2006中的6.3.19節“耐光色牢度測定”部分指出，將試樣與藍色羊毛標準在氙弧燈下一起曝曬，通過藍色羊毛標準的變化確定曝曬量。對比曝曬與未曝曬試樣在確定曝曬量下的變化來評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，將試樣和一組藍色羊毛標準用遮蓋物遮去一半，按下面表1所示的測試條件，在氙燈試驗箱中進行曝曬。在標準GB/T15102-2006中，規定的曝曬時間是“直至藍色羊毛標準6級的曝曬和未曝曬部分之間的色差達到灰色樣卡4級，曝曬終止”。

同時，為了說明必須按照標準中的要求確定曝曬終止的重要性，我們還在曝曬過程中對樣品進行了一次評定，即在藍色羊毛標準4級的曝曬和未曝曬部分之間的色差達到灰色樣卡4級時（簡稱“曝曬階段1”），對樣品進行做評定。

表1 耐光色牢度試驗測試條件（立式氙燈試驗箱） 

3.2 試驗結果

在曝曬階段1（藍色羊毛標準4級的曝曬和未曝曬部分之間的色差達到灰色樣卡4級）及曝曬結束后（藍色羊毛標準6級的曝曬和未曝曬部分之間的色差達到灰色樣卡4級），將試樣和藍色羊毛標準一同取出，移開遮蓋物，在評級燈箱內用灰色樣卡按照GB/T250-2008[7]標準評定試樣的相應變色等級（即：耐光色牢度以大于、等于或小于灰色樣卡4級表示）。本次試驗的15個樣品的耐光色牢度如下面表2所示。

注：表中括號內的級數是具體的評定結果。

表2 樣品的耐光色牢度等級

從表2發現，在曝曬階段1，也就是藍色羊毛標準4級的曝曬和未曝曬部分之間的色差達到灰色樣卡4級時，大部分樣品的耐光色牢度大于等于4級，只有樣品8和樣品10的耐光色牢度小于4級。等曝曬結束后，也就是藍色羊毛標準6級的曝曬和未曝曬部分之間的色差達到灰色樣卡4級時，與曝曬階段1相比，4個樣品的耐光色牢度等級發生了變化。所以zui終耐光色牢度小于4級的樣品，除了樣品8和樣品10，還增加了樣品15。這就說明，在不同的曝曬時間，樣品的耐光色牢度等級有可能是不一樣的，所以在評定樣品的耐光色牢度等級時，首先要確定曝曬終止時間。

3.3 不控制相對濕度的耐光色牢度試驗

以上試驗，我們是使用帶相對濕度控制的立式氙燈試驗箱按照GB/T 15102-2006標準的要求進行的。不過有時為了節約運行成本，而且在測試樣品又比較少的情況下，我們也會使用不帶相對濕度控制的臺式氙燈試驗箱進行試驗。臺式氙燈試驗箱與立式氙燈試驗箱相比，測試空間比較小，運行成本比較低，在測試程序上，除了不能控制試驗箱內的相對濕度，其它功能都和立式氙燈試驗箱一樣。所以我們也在臺式氙燈試驗箱中對本次樣品進行了曝曬，以對比分析測試結果與立式氙燈試驗箱中的差別有多大。測試條件如下面的表3所示。

表3 耐光色牢度試驗測試條件（臺式氙燈試驗箱） 

在臺式氙燈試驗箱中，我們也是曝曬至藍色羊毛標準6級的曝曬和未曝曬部分之間的色差達到灰色樣卡4級。樣品的耐光色牢度等級及與立式氙燈試驗箱中樣品的耐光色牢度等級之間的對比如表4所示。

注：表中括號內的級數是具體的評定結果。

 表4 臺式和立式氙燈試驗箱中樣品的耐光色牢度等級對比 

從表4發現，雖然臺式氙燈試驗箱不能控制相對濕度，但15個樣品中仍然有11個樣品的耐光色牢度與立式氙燈試驗箱中是一樣的。即使剩余的4個樣品，它們在臺式氙燈試驗箱中和在立式氙燈試驗箱中的耐光色牢度具體等級（表4中括號內的級數）也只相差半級，如樣品10，經臺式氙燈試驗箱曝曬后耐光色牢度具體等級是4級，而經立式氙燈試驗箱曝曬后耐光色牢度具體等級是3.5級。所以在測試樣品量比較少或者想節約運行成本的情況下，可以使用臺式氙燈試驗箱對樣品的耐光色牢度進行大致評定。

4 結論

本文首先介紹材料或產品的耐光老化試驗原理及氙燈加速耐光色牢度試驗，接著重點介紹如何按照GB/T 15102-2006標準的要求對15個飾面人造板樣品進行耐光色牢度試驗。在分析試驗結果的基礎上，得到如下結論：

a． 使用氙燈試驗箱，可以按照GB/T 15102-2006標準的要求對飾面人造板樣品進行耐光色牢度試驗，并可以區分樣品的耐光色牢度等級。

b．  在確定樣品的耐光色牢度等級時，一定要按照標準的要求，在規定的曝曬量下進行評定。

c．  在測試樣品量比較少或者想節約運行成本的情況下，可以使用經濟、簡易型的臺式氙燈試驗箱對樣品的耐光色牢度進行大致評定。