Приборы и методы испытаний качества покрытий
Специалисты компании Atlas Material Testing Technology рассматривает в качестве основных разрушающих факторов при испытании климатической стойкости покрытий на «атмосферную триаду»: температуру, УФ-излучение и влагу.
Существуют четыре основных метода определения атмосферостойкости: натурные испытания, ускоренные испытания, лабораторные испытания в климатических камерах с использованием УФ-флуоресцентных или ксеноновых ламп с излучением, аналогичным солнечному, а также с контролируемой температурой и влажностью. Каждый метод имеет свои преимущества и недостатки с точки зрения стоимости, продолжительности и точности измерения.
Тепло, свет и влажность могут влиять на атмосферостойкость покрытий не только по отдельности, но суммарно, зачастую проявляя синергизм. Кроме того, все три разрушающих фактора взаимозависимы, например, солнечное излучение влияет на температуру, температура - на влажность и т.д. Интенсивность и продолжительность действия этих факторов также постоянно меняются в течение короткого (например, в течение дня) или длинного (например, сезона, года) периода. Поэтому при натурных испытаниях их очень сложно контролировать.
При проведении лабораторных испытаний температуру образцов оценивают с помощью «черной панели», сравнивая ее с температуры «черной панели» при натурных испытаниях. Точность таких измерений ограничена способностью к корреляции и необходимостью использования математических моделей (Arrhenius, Coffin-Manson и др.).
Преодолеть эти ограничения можно с помощью новой бесконтактной ИК-пирометрической измерительной системы (Specific Specimen Surface Temperature или S3T). Разрешающая способность измерения температуры составляет 0,1 0С, точность измерения ± 2,0 0С. Эту систему можно использовать при всех известных методах испытаний (вплоть до температуры в камере 85 0С и 100 % относительной влажности).
Вторым стресс-фактором является свет. При натурных испытаниях солнечный спектр незначительно меняется при изменении зенитного угла, сезона, погодных условий, высоты над уровнем моря. Наружные концентраторы природного солнечного света с соответствующими отражателями имитируют прямой солнечный луч.
Флуоресцентные УФ-А лампы отклоняют длинноволновое и видимое излучение (флуоресцентные УФ-В лампы не рекомендуют использовать для определения атмосферостойкости), все ксеноновые дуговые лампы требуют дополнительных оптических фильтров. Для практических измерений компания Atlas предлагает портативный диодно-матричный спектрорадиометр LS-200, измеряющий длину волны 300-780 нм и регистрирующий поверхностную плотность потока излучения с разрешением 1 нм.
Последним разрушающим фактором является влажность, возникающая в результате конденсации воды, осадков или испарения. В то время как температура и солнечное излучение можно измерить непосредственно, миграция влаги в образец, влажность поверхности и время смачивания, воздействие дождя могут быть измерены только косвенным путем. Обычно используемые методы определения относительной влажности в данном случае неприменимы. Пути проникновения влаги в образец и измерение его влажности при ускоренных испытаниях остаются наименее исследованными в области климатических испытаний.
Хотя многие проблемы полностью еще не решены, в этой области достигли определенного прогресса. Так, при испытаниях используют циклы орошения водой. UVTest предлагает различные сопла для распыления воды. В приборах Atlas xenon Weather-Ometers и Xenotests может быть предусмотрено дополнительное время для конденсации или распыления.
УФ-тест при определении атмосферостойкости позволяет оценить влияние солнечного излучения. Существуют два способа тестирования, выбор которых зависит от типа и области применения материала. Чаще всего для проведения испытаний используют прибор с флуоресцентными лампами. Материалы выдерживают в камере под флуоресцентными лампами, излучающими строго контролируемый спектр УФ-излучения, обладающий самой высокой энергией. Одновременно поддерживают повышенную температуру и влажность. Изучение атмосферостойкости полимеров позволило продемонстрировать влияние УФ-облучения на полимерную цепь. Поглощение материалом энергии может приводить к разрыву молекулярных связей и снижению молекулярной массы полимера. Вследствие этого ухудшается эластичность и другие физико-механические свойства материала. УФ-облучение позволяет выяснить, подвержен ли материал разрушению с растрескиванием и образованием волосяных трещин.
Вторым способом определения атмосферостойкости является использование Xenon-Arc теста. Ключевым различием между двумя способами является тип лампы, находящейся внутри камеры. В данном случае лампы, заполненные ксеноном, расположены внутри герметичной кварцевой трубки и образуют световую дугу. Лампы излучают свет аналогичный солнечному, а не только в УФ-области. Испытания также проводят при повышенной температуре и влажности. Благодаря более широкому спектру излучения этот метод обычно используют при испытаниях, когда изменение цвета является наиболее важным параметром покрытия.
Спектроскопию электрохимического импеданса (EIS) используют для оценки повреждений покрытий в результате коррозии. Однако стандартный тест проводят на очень небольшой площади покрытия, и он может быть ошибочным из-за наличия эффекта кромки. Новая тестовая ячейка предотвращает это явление и позволяет получать EIS-методом корректные результаты. Измерения в новой ячейке выполняют на стандартной панели размером 75х150 мм. EIS-тест проводят на всей поверхности образца, используемой для испытаний в соляном тумане и для ускоренных климатических испытаний. Для изучения использовали четыре различных многослойных полиуретановых покрытия. Результаты EIS-теста хорошо воспроизводятся.
