老化測試結果的評估方法:目視與儀器測量

日曬老化測試結果需要一套合理的評估方法。通常，客戶關(guan) 心他們(men) 的材料在暴露過程中發生哪些性能的改變和/或改變量。材料某些性能的改變，如顏色或光澤可以用儀(yi) 器來進行測量。其它性能的改變，如開裂、起皮、粉化、起泡和生鏽可以采用目測，也可以按照美國實驗材料協會(hui) (ASTM)，或其它技術組織的標準測量等級來進行評估。

評估的頻次

通常在暴露之前就對關(guan) 心的性能進行測量或等級評估。之後，要對測試進行定期評估和測量。對於(yu) 戶外暴露測試，通常按月或按季度進行評估。而對於(yu) 加速實驗室測試，要每 100個(ge) 小時或 250 個(ge) 小時進行評估。評估用於(yu) 了解材料隨時間的老化過程。對於(yu) 一個(ge) 全麵的測試方案而言，對樣品進行評估是非常重要的部分。

目測

盡管目測存在一定的主觀性，但它相當重要，因為(wei) 用戶同樣以此來判斷材料的外觀是否令人滿意。目測結果必須是可重複的，並與(yu) 其他人員的目測結果一致。目測中一致性相當重要，目測必須由經過培訓的有經驗的評估師來進行。

當客戶對測試樣品提出目測要求時，評估師要檢查表1中所列的所有觀察到的樣品的缺陷。評估師要根據適當的等級對樣品的變化進行評級。老化作用的目測報告通常按照 ASTM 標準從(cong) 10 級到 0 級的等級係統進行劃分，見表 2(如下頁所示)。

塗料技術聯合會(hui) (FSCT)的《塗料缺陷圖示標準》一書(shu) 中有關(guan) 於(yu) 目測圖示的描述 1，可用來直接比較測試樣品，得出缺陷等級。這樣有助於(yu) 評估師進行重複評估，並幫助客戶了解報告中的樣品缺陷。

目測等級在標準照明條件下由目測所得。在需要確認或其他必要情況下，如顯微觀測時，用顯微鏡進行評估(放大10 倍)。

外觀性能的儀器測量

對許多產(chan) 品和材料來說，外觀性能非常重要。客戶對質量的評價(jia) 常常基於(yu) 光澤、顏色、亮度、平滑度或其他一些外觀特性。產(chan) 品的使用年限往往取決(jue) 於(yu) 這些特性。有的產(chan) 品其他性能全麵，但往往因外觀不符合客戶的審美要求而報廢。

按照定義(yi) ，因為(wei) 外觀是視覺的或審美的特性，用儀(yi) 器進行測量看似比較矛盾。然而，外觀通常是一些表麵性能(例如，平滑度、反射率、顏色等)。經過多年探索，儀(yi) 器測量已經非常接近人們(men) 的目測結果。

對外觀進行儀(yi) 器測量比較客觀，而且相比主觀性的目測有幾大優(you) 勢。儀(yi) 器測量提供性能的量化測試結果。它排除了人為(wei) 偏差的可能性，因為(wei) 如果所有條件都相同，儀(yi) 器每次的測試數據是可以重複的。另外，儀(yi) 器測量的數值是連續的，可進行統計分析。在老化領域，光澤、鮮映性( DOI )和顏色使用光電儀(yi) 器測量。這些儀(yi) 器用於(yu) 檢測材料暴露和未暴露部分的表麵外觀性能,以判斷產(chan) 品的使用年限。

樣品清洗

對於(yu) 戶外老化測試，采用儀(yi) 器測量時強烈建議，對暴露樣品的清洗過的表麵部分進行測試。所有這些測量都對表麵的附著物極其敏感，例如汙物和黴菌等。這些微粒在測試樣品表麵形成隔離層，妨礙儀(yi) 器測量真實的樣品表麵。如果表麵存在汙物，那麽(me) 儀(yi) 器測量的是汙物而不是真正的樣品表麵。

光澤測量

光澤測量是測量評估中重要的一部分，對於(yu) 塗料和塑料特別重要。在老化暴露中光澤是首先受到影響的性能之一。

它也是觀察者首先注意到的外觀性能之一。用儀(yi) 器測量光澤是表麵外觀性能光電測量最常用的方式。用儀(yi) 器測量光澤是測量表麵的光澤。光澤測量將一束光按固定角度照射在表麵上，然後檢測在反射角處的反射光占入射光的百分比(不包括散射光)。非常光滑的表麵若反射入射角處的所有光束，則光澤值是100。

任何表麵粗糙或其它瑕疵都會(hui) 引起光束發生散射，這將會(hui) 減弱反射光，從(cong) 而光澤值也跟著變小。光澤角指的是光束到達表麵時的角度(相對於(yu) 法線)，最常見的光澤角在下麵的圖表中標出。

有關(guan) 光澤測量的詳細信息，請參考 ASTM D523 或 ISO 2813。

鮮映性( DOI )

當我們(men) 觀察汽車塗層，我們(men) 會(hui) 看到反射的圖象。圖象越清晰，我們(men) 認為(wei) 麵漆鮮映性越好。鮮映性很容易受表麵劣化的影響，如細紋、桔皮、細小擦痕、霧化等。

鮮映性是一種專(zhuan) 門的、更加精確的光澤測量形式，它使用 30 度反射角。鮮映性測量使用窄的、高度聚集的光束。一般的光澤測量使用寬光束。鮮映性測量中的傳(chuan) 感器測量光束邊緣的清晰度，采用100 等級，鮮映性較好的是100 分。有關(guan) 鮮映性測量的詳細信息，請參考 ASTM E430。

顏色測量

用儀(yi) 器法測量顏色是所有光電測量方法中最複雜的。顏色測量是把一束光照射在樣品表麵，然後收集樣品反射光。通過反射光光譜用來迅速記錄被測物體(ti) 的顏色。

光澤和鮮映性是最易受老化作用影響的特性。可以用進行測量

L* a* b* 色空間

大部分顏色儀(yi) 器測量法采用 L* a* b* 色空間來定義(yi) 顏色。L* a* b* 方法用三個(ge) 數字來表示顏色。三個(ge) 數字中的每一個(ge) 的值代表一個(ge) 相應的坐標。

光亮度因子 (L*).

被測物體(ti) 的光亮度或黑暗度由L*的數值表示，從(cong) 0到100。即：0=黑色，50=灰色，100=白色。

紅/綠因子(a*)

物體(ti) 呈現紅色或綠色，由 a* 的數值來表示。當 a* 是正數，被測物體(ti) 的顏色是紅色。數值越大，物體(ti) 的顏色越紅。當 a* 是負數，被測物體(ti) 的顏色是綠色。這個(ge) 負數的數值越大，物體(ti) 的顏色越綠。當 a* 是0 時，物體(ti) 的顏色介於(yu) 紅色和綠色之間。

藍/黃因子(b*)

物體(ti) 呈現黃色或藍色，用b* 的數值來表示。當 b* 是正數，被測物體(ti) 的顏色是黃色。數值越大，物體(ti) 的顏色越黃。當 b* 是負數，被測物體(ti) 的顏色是藍色。這個(ge) 負數的數值越大，物體(ti) 的顏色越藍。當b* 是0 時，物體(ti) 的顏色介於(yu) 黃色和藍色之間。

任何顏色都可由 L* a* b* 的坐標數值來表示。例如，紫色的 L* 值可能大於(yu) 50，a* 是正數(紅色)，b* 值是負數(藍色)。

顏色測量問題

不像光澤和鮮映性測量，進行顏色測量時，所用的測試條件存在很大差異。另外，有幾種常用的不同類型的顏色測量儀(yi) 器，它們(men) 的測量結果之間會(hui) 存在細小的差異。

進行對比測量時，以下的測試參數必須保持一致，應該在老化測試開始時對其加以規定。

測量結構(反射式的還是積分球式的)

顏色測量是把一束光照射到樣品上，分析反射光的光譜，確定 L* a* b* 的數值。光傳(chuan) 感器視儀(yi) 器類型不同而不同，儀(yi) 器是反射式元件還是積分球式元件。反射元件通常由測量點的入射/反射角來表示，例如，45/0 或 0/45

觀察角

這是新、老技術之間一個(ge) 重要的差異。老的顏色測量方法中隻使用 2° 觀察者。新的儀(yi) 器使用 10° 觀察者。許多新的儀(yi) 器可供選擇，以與(yu) 老的儀(yi) 器進行比較。

光源

在測量中可選擇幾種不同光源中的一種對樣品進行照射。不同的光源可能給出不同的結果。D65 光源代表中午日光，是最常用的一種光源。

光譜成分

光譜成分指漫反射光的光譜成分。在積分球光度計中，光譜成分既可能包含反射光也可能不包含反射光。當使用反射光度計時(例如，0/45 形狀的)，光譜成分一般不包含反射光。

色差計算

通過比較暴露前後 L* a* b* 數值的不同來計算顏色的變化。用△來表示數值之間的不同，也就是用現在的測量值減去初始值。△的數值越大，顏色變化越大。△L 代表光亮度的變化，△a 和 △b 也是以同樣的方式來表示顏色變化：

+?L 表示顏色變得更亮

-?L 表示顏色變得更暗

+?a 表示紅色加深(綠色變淺)

-?a 表示綠色加深(紅色變淺)

+?b 表示黃色加深(藍色變淺)

-?b 表示藍色加深(黃色變淺)

綜合所有這三個(ge) 因子來計算總的顏色變化△E，並廣泛用於(yu) 表示暴露材料變色標準。

顏色坐標.

被測物體(ti) 的顏色通常可由幾種認可的顏色標度 CIE L* a* b*、Hunter L* a* b* 或CIE XYZ 中的一種給出。CIE 和 Hunter Lab 標度被廣泛采用且計算方法相似。現在已經不怎麽(me) 使用 XYZ 標度了。特別規定的顏色指數用於(yu) 測定特殊的變化。黃度指數(YI)和白度指數(WI)用來測定接近白色的不透明材料的顏色，例如，TiO2顏料。這些標度最初是用於(yu) 目測的，但現在已經轉換成儀(yi) 器測量法了，並用來與(yu) 老的目測數據進行比較。

有關(guan) 顏色的儀(yi) 器測量法的詳細信息，請參照 ASTM D2244。從(cong) 所有主要的顏色測量儀(yi) 器製造商那兒(er) 可以獲得有關(guan) 顏色測量的理論和應用的優(you) 秀出版物。

結論

因為(wei) 材料的有效使用年限，常常受審美要求或其他視覺因素的影響，所以暴露試驗樣品的任何外觀特性的測量都很重要。在這方麵，有很多技術可以采用。對於(yu) 目測，專(zhuan) 門人員可給出好的定性和定量的等級結果。如果可能，儀(yi) 器測量因其客觀性也特別有用。不管是目測還是儀(yi) 器測量，都是全麵測試中非常重要的部分。