老化中的基本壓力是已知的和量化的。材料受壓力的時(shí)間以及在紫外線和水壓下的溫度是自然老化中的主要變量。在實(shí)驗(yàn)室中精確地復(fù)制它們，可以通過(guò)消除空閑時(shí)間來(lái)提供加速。通過(guò)在自然極限內(nèi)最大化紫外線、水和溫度的壓力，進(jìn)一步加速是可能的。此處報(bào)告的試驗(yàn)表明，加速實(shí)驗(yàn)室老化的最重要因素是這些壓力的適當(dāng)平衡。
熒光紫外老化試驗(yàn)箱中的暴露條件可以通過(guò)選擇熒光紫外燈、紫外和冷凝暴露的時(shí)間、紫外暴露的溫度和冷凝暴露的溫度。改變所有這些老化應(yīng)力的能力是該設(shè)備所獨(dú)有的，并且在現(xiàn)有的老化設(shè)備或自然老化暴露中是不可用的或不方便的。
我們的研究旨在確定加速紫外線、水和溫度應(yīng)力的極限，并了解各種試驗(yàn)條件如何與高光澤汽車涂層的特定佛羅里達(dá)暴露條件相關(guān)聯(lián)。操作儀器的建議限制和方法最近已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，并公布在ASTMG-53-77“非金屬材料曝光用光和水曝光儀器(熒光紫外線冷凝型)操作的推薦實(shí)施規(guī)程”中。
通過(guò)圖表和統(tǒng)計(jì)方法，對(duì)相同材料的重復(fù)試驗(yàn)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析，并與佛羅里達(dá)暴露結(jié)果進(jìn)行了比較。Spearman等級(jí)相關(guān)被發(fā)現(xiàn)是一種確定幾個(gè)測(cè)試條件中哪一個(gè)產(chǎn)生與戶外暴露的較佳相關(guān)性的方便方法。
本文的目的是試圖通過(guò)以下方式彌合這一可信度差距:
1. 檢查由紫外線、水和溫度引起的自然老化應(yīng)力，并從理論上證明暴露在惡劣環(huán)境中與在侵蝕性較小的老化條件下的性能相關(guān)的假設(shè)的有效性。
2. 報(bào)告在實(shí)驗(yàn)室中通過(guò)再現(xiàn)和改變紫外線、水和溫度應(yīng)力所獲得的信息，以說(shuō)明加速老化的可行性。
3. 提出評(píng)估任何加速老化技術(shù)如何與加速戶外暴露或?qū)嶋H服務(wù)條件相關(guān)的方法。
本報(bào)告的范圍受到限制，將老化定義為當(dāng)材料暴露在陽(yáng)光中的紫外線能量、水（如雨或露）和溫度的普遍壓力下所發(fā)生的退化。我們認(rèn)識(shí)到，還有來(lái)自鹽水、生物和空氣污染的其他壓力。這些都是局部的老化應(yīng)力 發(fā)生在某些環(huán)境或結(jié)構(gòu)或車輛的某些區(qū)域 結(jié)構(gòu)或車輛的某些區(qū)域。
對(duì)局部應(yīng)力的響應(yīng)往往遵循可預(yù)測(cè)的模式。在鹽霧、二氧化硫和鑄模室中進(jìn)行的單一性能試驗(yàn)滿足了預(yù)測(cè)材料對(duì)這種局部應(yīng)力的抵抗力的需要。
我們預(yù)測(cè)耐候性的問(wèn)題總是集中在重現(xiàn)紫外線、水和溫度應(yīng)力的綜合影響上。對(duì)這些普遍壓力的反應(yīng)可以采取多種形式。低光澤油漆可以以相對(duì)穩(wěn)定的速度粉化，直到油漆被侵蝕掉。老化會(huì)產(chǎn)生穩(wěn)定、粘附的保護(hù)涂層，如鋁上的氧化物。在其他情況下，材料不會(huì)受到老化的不利影響，直到達(dá)到一定的應(yīng)力閾值水平。紫外線和溫度應(yīng)力經(jīng)常以這種方式起作用。醇酸磁漆是汽車車輪可接受的涂層，因?yàn)檐囕喩系淖贤饩€和溫度應(yīng)力非常低。
紫外線、水和溫度應(yīng)力之間的相互作用是規(guī)律，而不是例外。溫度可以改變光化學(xué)或氧化反應(yīng)的速率，而光化學(xué)侵蝕可以改變潮濕時(shí)的氧化速率。盡管我們的老化方法受到了定義的限制，但它仍然是一個(gè)復(fù)雜的多變量問(wèn)題。在我們把這些應(yīng)力在實(shí)驗(yàn)室里結(jié)合起來(lái)之前，我們應(yīng)該了解這些應(yīng)力在自然老化中是如何起作用的。
陽(yáng)光中的紫外線脅迫
歐洲老化文獻(xiàn)和醫(yī)學(xué)專業(yè)將太陽(yáng)紫外線光譜分為三個(gè)范圍。UV-A是波長(zhǎng)在400納米和315納米之間的能量。UV-B在315納米-290納米范圍內(nèi)。UV-C包括290納米以下的太陽(yáng)輻射，這種輻射永遠(yuǎn)不會(huì)到達(dá)地球表面。這種分類非常方便和有用。
UV-A的上限為400納米，是公認(rèn)的可見(jiàn)光和紫外光之間的界限。UV-A和UV-B范圍之間的315納米界限定義了紫外線能量開(kāi)始對(duì)人體皮膚造成不良影響和色素變化的點(diǎn)。紅斑，也就是我們所說(shuō)的曬傷，在波長(zhǎng)低于315納米時(shí)開(kāi)始發(fā)生，在297納米時(shí)達(dá)到高峰。290納米的UV-C邊界是地球表面太陽(yáng)輻射的一個(gè)尖銳的截止點(diǎn)，由臭氧吸收造成的（圖2）。
量子理論解釋了UV-A、UV-B和UV-C的不同效果。光的能量是以稱為光子的離散單位傳輸。光子的能量與波長(zhǎng)成反比。太陽(yáng)發(fā)出的輻射的波長(zhǎng)遠(yuǎn)低于242納米。波長(zhǎng)低于242納米的光子的能量高到足以使氧氣解離并產(chǎn)生臭氧。反過(guò)來(lái)，臭氧是一個(gè)非常有效的紫外線吸收器，吸收所有低于290納米的太陽(yáng)輻射，使這種波長(zhǎng)的能量永遠(yuǎn)不會(huì)到達(dá)海平面的地球表面。臭氧部分吸收了UV-B，因此太陽(yáng)光中的UV-B數(shù)量隨著太陽(yáng)高度的變化而變化。
UV-B 290-315納米范圍內(nèi)的光子大到足以在太陽(yáng)高度低于14度時(shí)被大氣完全吸收。在19度的太陽(yáng)高度，太陽(yáng)光的截止點(diǎn)是310納米，在40度的高度，太陽(yáng)光的截止點(diǎn)是303納米。在太陽(yáng)高度為60度和90度之間，最大數(shù)量的UV-B到達(dá)地球表面，陽(yáng)光的截止點(diǎn)約為295納米。
UV-A總是存在于陽(yáng)光中。即使在1 1英寸的太陽(yáng)高度，陽(yáng)光也能延伸到320納米。UV-A中的光子更小，它們通過(guò)紫外線時(shí)只被部分吸收。將UV-A與UV-B分開(kāi)的一種實(shí)用而方便的方法是用窗玻璃過(guò)濾陽(yáng)光。普通玻璃在350納米開(kāi)始強(qiáng)烈吸收，并排除310納米以下的波長(zhǎng)。在任何合理的時(shí)間內(nèi)幾乎不可能曬傷有窗戶玻璃保護(hù)的人體皮膚。
Scott已經(jīng)展示了當(dāng)UV-B被冬季大氣過(guò)濾排除在陽(yáng)光之外時(shí)會(huì)發(fā)生什么。然而，觀察到的降解減少可能部分歸因于溫度壓力的降低。在亞利桑那州的夏天，當(dāng)最大的UV-B強(qiáng)度出現(xiàn)時(shí)，可以從成對(duì)的直接曝光和玻璃下的曝光中獲得更精確的確認(rèn)，即UV-B是大多數(shù)光化學(xué)變化的原因。兩次曝光的溫度基本相同。
UV-A和UV-B效應(yīng)之間的差異也可以在熒光UV-冷凝裝置中通過(guò)用熒光黑光燈代替熒光太陽(yáng)燈來(lái)檢測(cè)。我們?cè)谠O(shè)備的一側(cè)用黑光燈進(jìn)行了許多這種實(shí)驗(yàn)，另一邊是太陽(yáng)燈。黑光燈在301納米和313納米汞線的UV-B范圍內(nèi)有一些發(fā)射。
兩次曝光中出現(xiàn)的故障類型和順序基本相同。然而，使用黑光燈通常需要2到4倍的時(shí)間來(lái)產(chǎn)生降解。例如，使用太陽(yáng)燈，成對(duì)曝光在500小時(shí)內(nèi)將醇酸磁漆的20”光澤從87降低到7。黑光燈曝光需要1096小時(shí)才能將光澤度降低到11。由于水應(yīng)力和溫度應(yīng)力在該試驗(yàn)中存在，它們也導(dǎo)致了降解。
量子效應(yīng)，即光的能量水平隨著波長(zhǎng)的減小而增加，通過(guò)大氣中紫外光在人類皮膚和聚合物上的行為反復(fù)得到證明。大部分來(lái)自太陽(yáng)的光輻射，即99%的輻射，根本沒(méi)有能量來(lái)打斷化學(xué)鍵，導(dǎo)致光化學(xué)降解。UV-B 290 - 315 nm波段僅包含陽(yáng)光總能量的0.1%。冬季，UV-B僅占總量的0.05%；夏季約占總數(shù)的0.2%。
陽(yáng)光中的臭氧阻隔和量子效應(yīng)使得用相對(duì)低成本、低能量需求的40瓦紫外線源再現(xiàn)太陽(yáng)光的效果成為可能。日光燈的峰值發(fā)射波長(zhǎng)為313納米，截止波長(zhǎng)為280納米，是UV-B的很好來(lái)源,同時(shí)還有一些UV-A中的發(fā)射(圖3)。盡管280納米的截止波長(zhǎng)比陽(yáng)光截止波長(zhǎng)低10納米，但在七年的測(cè)試中沒(méi)有觀察到不尋常的紫外線效應(yīng)。
用發(fā)射UV-B的日光燈獲得的紫外線壓力相當(dāng)于晴天正午仲夏的陽(yáng)光。在熒光紫外老化試驗(yàn)箱中，300納米附近的低波長(zhǎng)處的強(qiáng)度高于自然日光中的強(qiáng)度。然而，以這種方式增加強(qiáng)度的可行性已經(jīng)在EMMA裝置中被證明了許多年，在該裝置中，利用反射器將自然陽(yáng)光增強(qiáng)了許多倍。
使用紫外線輻射增加紫外線應(yīng)力對(duì)于評(píng)估不同化學(xué)成分的材料是不可接受的?！癉ew Cycle”*程序在加速老化方面向前邁進(jìn)了一步，因?yàn)樗捎昧私惶娴淖贤饩€和冷凝曝光來(lái)代替噴水的同時(shí)曝光。然而，這些進(jìn)步的優(yōu)點(diǎn)被使用地球表面陽(yáng)光中從未發(fā)現(xiàn)的UV-C輻射所否定.從氙弧中移除濾光器,會(huì)使試樣受到波長(zhǎng)低至190 nm的UV-C輻射，在那里光可以使氧氣解離。
施加能量時(shí)，光化學(xué)反應(yīng)瞬間發(fā)生，并與時(shí)間成正比。由于地球自轉(zhuǎn)的原因，自然暴露在紫外線下的時(shí)間被限制在每天6個(gè)小時(shí)左右，而在實(shí)驗(yàn)室中，紫外線暴露的時(shí)間沒(méi)有限制。
復(fù)制陽(yáng)光的效果需要實(shí)驗(yàn)室復(fù)制陽(yáng)光的整個(gè)光譜能量分布，這一神話應(yīng)該得到及時(shí)和體面的埋葬。復(fù)制UV-A和可見(jiàn)光是無(wú)害的，因?yàn)檫@些波長(zhǎng)對(duì)今天的外部材料無(wú)害，但這是一種能源浪費(fèi)。在再現(xiàn)陽(yáng)光的影響時(shí)，只需觀察兩個(gè)條件——UV-B波長(zhǎng)和大氣臭氧截止的良好模擬。
在世界各地的農(nóng)村地區(qū)，雨水或露水的化學(xué)性質(zhì)是相當(dāng)穩(wěn)定的。雨水和露水都是由水蒸氣和空氣的混合物凝結(jié)而成的，通常含有飽和的溶解氧。與大氣中二氧化碳平衡的水的pH值約為5.6，降雨通常是酸性的。在美國(guó)東部，1972年至1973年期間的平均pH值低于4.3，在一些地方觀察到pH值低至2.1。酸度的增加歸因于大氣中的硫酸和硝酸。
你可能認(rèn)為露水是無(wú)害的，但是沒(méi)有理由懷疑露水的酸性比雨水弱。空氣污染物留在地面附近的趨勢(shì)可能會(huì)使露水比雨水更酸。在任何情況下，由空氣-水蒸氣混合物凝結(jié)而成的雨或露水都是含有溶解氧的電解質(zhì)。
自然水循環(huán)的持續(xù)時(shí)間和頻率變化很大。暴露在戶外的材料通常每天有14或15個(gè)小時(shí)被露水打濕。在夏季陣雨中，雨可能只下15分鐘，也可能持續(xù)兩三天。云可以阻止材料向寒冷的夜空輻射熱量，從而使材料保持在露點(diǎn)以上。風(fēng)可以將材料保持在環(huán)境干球溫度，也可以抑制凝結(jié)。
暴露在同一地點(diǎn)的相同材料在潮濕的持續(xù)時(shí)間和頻率方面會(huì)有所不同。使表面隔熱，這樣它可以將熱量散發(fā)到空中，而不會(huì)從地面的輻射中獲得熱量，它比未絕緣的表面潮濕的時(shí)間更長(zhǎng)。露水首先在汽車隔熱的后艙和引擎蓋上形成。
自然濕度時(shí)間和頻率的這種極端變化顯然會(huì)給固定時(shí)間和溫度的實(shí)驗(yàn)室循環(huán)的復(fù)制帶來(lái)問(wèn)題。我們處理這個(gè)問(wèn)題的方法一直是反復(fù)試驗(yàn)的。在40°C至60°C的溫度范圍內(nèi)，對(duì)4至20小時(shí)的水循環(huán)進(jìn)行了評(píng)估。
通過(guò)使用克利夫蘭涂層技術(shù)協(xié)會(huì)于1963年開(kāi)發(fā)的克利夫蘭冷凝試驗(yàn)的原理和裝置，可以在實(shí)驗(yàn)室中輕松、準(zhǔn)確地復(fù)制雨水或露水的化學(xué)性質(zhì)。該裝置目前已在世界各地用于測(cè)試油漆、塑料、金屬、木材、防銹油和其他材料的耐水性。
克利夫蘭協(xié)會(huì)在設(shè)計(jì)和評(píng)估克利夫蘭冷凝測(cè)試儀方面對(duì)老化科學(xué)做出了重大貢獻(xiàn)。這個(gè)裝置展示了如何在實(shí)驗(yàn)室中以低成本簡(jiǎn)單可靠地復(fù)制天然水。此外，大約700個(gè)克利夫蘭冷凝測(cè)試儀的使用限制了水隨溫度的加速效應(yīng)。
自然降雨或露水通常發(fā)生在0°C至20°C的溫度范圍內(nèi)?？死蛱m儀器是一種通風(fēng)蒸餾器，使用室內(nèi)環(huán)境空氣作為冷卻影響。最低實(shí)際冷凝溫度為40°C。連續(xù)冷凝的經(jīng)驗(yàn)表明，幾乎任何材料都可以使用40°C的冷凝溫度。在50攝氏度時(shí)，有必要限制某些材料的暴露時(shí)間。在60°C時(shí)，會(huì)出現(xiàn)異常效應(yīng)。幾年前，在克利夫蘭冷凝試驗(yàn)中觀察到丙烯酸漆在60°C時(shí)出現(xiàn)異常發(fā)白。
當(dāng)水循環(huán)太長(zhǎng)或太熱時(shí)，還有其他指標(biāo)可以確定。由于凝結(jié)物的純度高，在熒光紫外凝結(jié)儀中很少出現(xiàn)斑點(diǎn)。當(dāng)出現(xiàn)斑點(diǎn)時(shí)，可能是由于可溶物從涂層或基材中析出。白漆在熱水和長(zhǎng)時(shí)間的水循環(huán)中似乎會(huì)更快失效。
利用這些指標(biāo)，我們已經(jīng)確定，利用大范圍的水循環(huán)可以獲得與自然老化的良好相關(guān)性。例如40℃下20小時(shí)，可以使用長(zhǎng)冷卻循環(huán)，和50℃下4小時(shí)，可以使用短的熱循環(huán)。60°C的冷凝溫度可能會(huì)對(duì)許多材料產(chǎn)生異常影響。在50°C時(shí)，一些涂層可以承受8小時(shí)甚至16小時(shí)的暴露而沒(méi)有異常影響。然而，當(dāng)測(cè)試未知物時(shí)，必須限制冷凝暴露的時(shí)間和溫度。
只要我們不在太長(zhǎng)的時(shí)間里保持太高的溫度，升高的實(shí)驗(yàn)室冷凝溫度加速了水的影響，就沒(méi)有異常的結(jié)果。似乎潮濕時(shí)間和潮濕溫度之間存在相互作用。據(jù)推測(cè)，較高的實(shí)驗(yàn)室溫度會(huì)增加滲透速率和氧化反應(yīng)速率，因此50℃下的4小時(shí)模擬20℃下的14小時(shí)。
地表溫度是天氣中最易變的因素。一輛汽車以每小時(shí)55英里的速度在公路上行駛，其表面溫度將接近環(huán)境溫度。同樣一輛車，鎖著停在陽(yáng)光直射的地方，表面溫度會(huì)比環(huán)境溫度高30°C。在無(wú)風(fēng)晴朗的夜晚，地表溫度會(huì)比環(huán)境溫度低8攝氏度。
顏色也是影響工作溫度的一個(gè)因素。白漆的最高溫度通常比黑漆低10°C至15°C。這種情況很難在實(shí)驗(yàn)室重現(xiàn)。
當(dāng)在實(shí)驗(yàn)室小室中使用熱電弧源時(shí)，輻射會(huì)加熱小室和試樣。這需要引入冷卻空氣來(lái)冷卻面板和腔室。在熒光紫外線冷凝裝置中，紫外線源的320瓦輸出不足以將面板溫度提高到55°C或60°C以上。在紫外線照射過(guò)程中，加熱空氣被引入室內(nèi)以提高面板溫度。黑色面板的溫度只會(huì)比白色面板高幾度。從實(shí)用的角度來(lái)看，很難匹配室外溫度實(shí)驗(yàn)室中深色和淺色材料的區(qū)別。每當(dāng)引入空氣進(jìn)行加熱或冷卻時(shí)，顏色之間的溫差就會(huì)減小。這是我們將不得不忍受的加速老化的限制。
多年來(lái)，隨著結(jié)構(gòu)的隔熱或封閉，材料的工作溫度應(yīng)力逐漸增加。隨著我們?cè)黾痈魺岵牧希?dāng)前的能源危機(jī)將對(duì)材料的耐溫性提出更高的要求。材料科學(xué)家已經(jīng)逐漸提高戶外暴露的溫度來(lái)滿足需求。汽車漆已經(jīng)從45°S開(kāi)架式暴露轉(zhuǎn)移到5°S開(kāi)架式暴露，然后轉(zhuǎn)移到5°S黑盒絕緣暴露。塑料通常暴露在膠合板背襯上，這是一種很好的絕緣材料。一些制造商將涂層金屬板暴露在膠合板上。
設(shè)計(jì)加速試驗(yàn)方法所需的最重要信息是陽(yáng)光直射下的最高工作溫度。夜間潮濕時(shí)的工作溫度對(duì)于所有顏色都是相似的，并且可以從天氣記錄中預(yù)測(cè)。紫外線壓力也是可以預(yù)測(cè)的，但是陽(yáng)光中的溫度必須在使用中測(cè)量。未絕緣材料的溫度預(yù)計(jì)在50°C到60°C之間，而在黑暗的絕緣水平面上，溫度通常在70°C到80°C之間。
目前，在實(shí)驗(yàn)室中，在相同的溫度下測(cè)試不同的顏色似乎不是一個(gè)嚴(yán)重的問(wèn)題。白色涂料在相對(duì)較高的溫度下測(cè)試，導(dǎo)致更多的降解，但我們的工作表明，各種顏色的相對(duì)等級(jí)基本上沒(méi)有變化。然而，較好對(duì)從淺色到深色的幾種顏色的油漆系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室評(píng)估。
老化文獻(xiàn)中一個(gè)持久的神話是這樣一種理論，即清晨陽(yáng)光和露水的結(jié)合導(dǎo)致了無(wú)法解釋的協(xié)同效應(yīng)，這是我們無(wú)法在實(shí)驗(yàn)室中復(fù)制的。這是一個(gè)有趣的理論，但它與真實(shí)的老化不一致。在太陽(yáng)高度達(dá)到UV-B通過(guò)大氣傳播的點(diǎn)之前，陽(yáng)光會(huì)使材料變干。
然而，同時(shí)暴露于紫外線和水中在過(guò)去通常被用于老化儀器中。在同步曝光中，來(lái)自紫外線源的熱量使得難以保持試樣濕潤(rùn)。濕度溫度的控制也是一個(gè)問(wèn)題。自然老化發(fā)生在不同溫度下的單獨(dú)的紫外線和水中。這種交替暴露可以而且應(yīng)該用于加速老化。
表1總結(jié)了在實(shí)驗(yàn)室中再現(xiàn)自然老化應(yīng)力的必要條件。
滿足這些條件的紫外線、水和溫度的任何組合都可以與自然老化很好地關(guān)聯(lián)起來(lái)。在過(guò)去七年我們尋找“答案”的過(guò)程中，我們推薦了8UV-4 CON、4UV-4 CON、6UV-6 CON和16UV-8CON的時(shí)間周期。所有這些循環(huán)，在不同的溫度下，目前都被用于熒光紫外老化試驗(yàn)箱中，以滿足特定的需求。
幾年來(lái)，我們實(shí)驗(yàn)工作的基本目標(biāo)是找到一組可以稱為“加速老化”的條件。我們的結(jié)論是“答案”不存在。加速老化的條件必須符合室外暴露或使用條件的具體要求。室外氣候測(cè)試設(shè)施將材料暴露在45度S、5度S、垂直南或北的隔熱和開(kāi)放式機(jī)架中，以與特定的服務(wù)環(huán)境相關(guān)聯(lián)。我們不應(yīng)該驚訝地得知，以滿足需要,實(shí)驗(yàn)室的氣候條件也必須改變。
我們已經(jīng)在各種加速試驗(yàn)條件和佛羅里達(dá)暴露之間進(jìn)行了相關(guān)性研究。這些研究涉及9種專利涂料系統(tǒng)中的27種汽車涂料。每個(gè)系統(tǒng)都有三種相同的顏色——綠色、藍(lán)色和白色。五個(gè)系統(tǒng)用于絕緣應(yīng)用，通常在佛羅里達(dá)的絕緣5°S機(jī)架上進(jìn)行測(cè)試。其他四種設(shè)計(jì)用于較低的工作溫度，通常通過(guò)5°S的開(kāi)放式機(jī)架暴露進(jìn)行評(píng)估。為了相關(guān)性的目的，所有27個(gè)都暴露在兩種類型的機(jī)架上?；资卿摵腿嵝运芰?。
檢驗(yàn)相關(guān)性的先進(jìn)性能是20”光澤，但是當(dāng)它們發(fā)生時(shí)，注意到顏色變化和其它影響。在第一次分析中，光澤度損失百分比是計(jì)算中使用的值。然而，人們認(rèn)為，消費(fèi)者對(duì)最終光澤度的反應(yīng)比對(duì)損失率的反應(yīng)更大。因此，所有的相關(guān)性都將在佛羅里達(dá)暴露一段時(shí)間后的20°光澤與在熒光紫外冷凝測(cè)試中暴露一段時(shí)間后的20°光澤聯(lián)系起來(lái)。
使用20”光澤值作為相對(duì)外觀的量度的有效性通過(guò)將兩個(gè)完整的測(cè)試以獨(dú)立的顏色組提交給與測(cè)試無(wú)關(guān)的五個(gè)人進(jìn)行評(píng)級(jí)來(lái)測(cè)試。與光澤度值的等級(jí)相關(guān)性非常好，20°光澤度中約5點(diǎn)的視覺(jué)辨別差異似乎是可能的。
兩種常用的相關(guān)方法可用于分析，即皮爾遜線性相關(guān)和斯皮爾曼等級(jí)相關(guān)。皮爾遜方法假設(shè)所考慮的性質(zhì)可以在區(qū)間尺度上測(cè)量。1.0的全面相關(guān)性要求兩組數(shù)據(jù)之間的線性關(guān)系。光澤值是否是真實(shí)的區(qū)間數(shù)據(jù)，以及實(shí)驗(yàn)室方法和室外暴露之間是否存在線性關(guān)系，是值得懷疑的。
Spearman等級(jí)相關(guān)旨在處理非參數(shù)數(shù)據(jù)，如外觀或粉筆的視覺(jué)等級(jí)。Mitton已經(jīng)說(shuō)明了如何將Spearman等級(jí)相關(guān)應(yīng)用于評(píng)估加速老化方法與佛羅里達(dá)州的粉化特性的相關(guān)性。Spearman方法下的全面相關(guān)性可以在沒(méi)有線性關(guān)系的情況下實(shí)現(xiàn)。
不管產(chǎn)生了多少光澤和色差數(shù)據(jù)，最終的決定幾乎總是通過(guò)視覺(jué)比較測(cè)試來(lái)做出的。因此，Spearman方法類似于實(shí)際操作。計(jì)算也更簡(jiǎn)單。選擇Spearman方法，并將所有光澤度值轉(zhuǎn)換為等級(jí)，如圖所示在表2中。
熒光紫外冷凝試驗(yàn)與佛羅里達(dá)的相關(guān)性
在不同水平的紫外線、水和溫度應(yīng)力下對(duì)這27種涂層進(jìn)行的重復(fù)測(cè)試提供了足夠的信息來(lái)概括系統(tǒng)和顏色的反應(yīng)。
1. 通過(guò)使用黑光燈降低紫外線壓力，九個(gè)系統(tǒng)中沒(méi)有一個(gè)在排名上有明顯變化。
2. 有兩個(gè)系統(tǒng)因水的壓力超過(guò)使用中遇到的壓力而改變了等級(jí)。三個(gè)系統(tǒng)對(duì)這種水壓力有抵抗力。
3. 有三個(gè)系統(tǒng)在隔熱應(yīng)用中遇到的溫度范圍內(nèi)表現(xiàn)出不同程度的溫度敏感性。
4. 有三個(gè)系統(tǒng)，由于在使用過(guò)程中溫度適中，預(yù)計(jì)會(huì)顯示出溫度敏感性，但沒(méi)有表現(xiàn)出來(lái)。在高于服役預(yù)期的溫度下進(jìn)行的加速試驗(yàn)不會(huì)影響排名。
5. 佛羅里達(dá)的顏色關(guān)系通?？梢员硎緸榫G色、白色、藍(lán)色。在大多數(shù)情況下，熒光紫外線冷凝試驗(yàn)中的關(guān)系是綠色>白色>藍(lán)色。加速測(cè)試中綠色和白色之間的溫差小于室外暴露的溫差。
可以得出結(jié)論，在測(cè)試特定系統(tǒng)時(shí)，可能會(huì)違反紫外線、水和溫度應(yīng)力的一般限制。我們知道為了縮短測(cè)試時(shí)間而違反了這些規(guī)則。然而，更為明顯的是，氣候應(yīng)力必須平衡，以便比較甚至稍微不同的系統(tǒng)。
當(dāng)我們達(dá)到相關(guān)系數(shù)約為0.85的測(cè)試#16和#18時(shí)，我們的信心也達(dá)到了相應(yīng)的水平。將從高光澤涂層中學(xué)到的原理應(yīng)用于硬紙板基材上的低光澤白色涂層的測(cè)試。假設(shè)降解將在幾周內(nèi)發(fā)生，但六周的試驗(yàn)僅產(chǎn)生少量粉化。在另一個(gè)實(shí)驗(yàn)室對(duì)熒光紫外老化試驗(yàn)箱進(jìn)行了12周的測(cè)試，得出了同樣的結(jié)果。然而，單獨(dú)使用水的克利夫蘭冷凝試驗(yàn)產(chǎn)生了所需的性質(zhì)變化。加速老化的硬性規(guī)定不能適用于所有材料和涂層基材。
觀察到佛羅里達(dá)暴露的非線性測(cè)試趨勢(shì)，并對(duì)每個(gè)測(cè)試的線性進(jìn)行圖形檢查。與佛羅里達(dá)相比，較好的涂層保持光澤的時(shí)間更長(zhǎng)，而弱涂層降解得更快。這些測(cè)試似乎放大了涂層之間的差異。當(dāng)與曝光量x比較時(shí)，整套涂層500小時(shí)的中值光澤度為37表示加速比大約為17: 1。估計(jì)每個(gè)涂層的加速比，最耐用涂層的加速比大約為8:1，最不耐用涂層的加速比大約為25:1。
可以推測(cè)，對(duì)于中度和重度老化環(huán)境，也存在非線性。在佛羅里達(dá)和實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)中，通過(guò)絕緣暴露使應(yīng)力水平最大化，可以預(yù)期較弱的涂層比良好的涂層降解得更快。
通過(guò)最大化應(yīng)力來(lái)放大差異既有好處也有壞處。顯然，這樣的程序可以非常迅速地挑出弱者，通常在一周之內(nèi)。然而，相似涂層之間的差異可能被高估。研究中的兩個(gè)幾乎相同的系統(tǒng)表現(xiàn)出相當(dāng)一致的秩差1。令人懷疑的是，這樣的差異會(huì)在使用中顯示出來(lái)，而對(duì)其他屬性的檢查可能會(huì)改變相對(duì)的優(yōu)點(diǎn)。
該測(cè)試計(jì)劃是通過(guò)觀察佛羅里達(dá)和熒光紫外冷凝測(cè)試在兩個(gè)系統(tǒng)上的等級(jí)差異而啟動(dòng)的。測(cè)試程序從未對(duì)這兩個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行過(guò)與它們?cè)诜鹆_里達(dá)絕緣expo- sure中的排名完全相同的排名。然而，反轉(zhuǎn)的幅度被發(fā)現(xiàn)是九分之一或兩個(gè)等級(jí)。隨著對(duì)這種差異的原因的理解，熒光紫外冷凝試驗(yàn)在兩個(gè)系統(tǒng)中都被使用。
Spearman等級(jí)相關(guān)已被證明在處理加速試驗(yàn)和佛羅里達(dá)暴露之間觀察到的非線性方面是有用的。Spearman方法評(píng)估了一個(gè)測(cè)試程序在不要求線性時(shí)間關(guān)系的情況下以相同順序放置涂層的能力。Spearman方法只需處理7個(gè)樣本，但rho的重要性與樣本數(shù)量成正比。從實(shí)用的觀點(diǎn)來(lái)看，將30種以上的涂料進(jìn)行排序是麻煩的。但是，15個(gè)值很容易處理，27個(gè)值也不是一個(gè)不合理的數(shù)字。如果要評(píng)估五個(gè)系統(tǒng)，每個(gè)系統(tǒng)都要準(zhǔn)備四種或五種顏色。如果可能，應(yīng)始終包括已知耐久性的控制涂層。
在佛羅里達(dá)州和亞利桑那州等侵蝕性環(huán)境中進(jìn)行的數(shù)千次測(cè)試表明，自然老化可以通過(guò)各種技術(shù)加速。人們一致認(rèn)為，這種試驗(yàn)與更溫和環(huán)境中的老化有著有益的關(guān)聯(lián)。對(duì)自然老化的分析表明了為什么可以獲得不同環(huán)境之間的這種相關(guān)性的原因。最大紫外線、水和溫度應(yīng)力在任何地方都是相似的。
材料受應(yīng)力的時(shí)間以及紫外線和水應(yīng)力期間的溫度是自然老化的主要變量。炎熱、潮濕的環(huán)境會(huì)導(dǎo)致最嚴(yán)重的退化。然而，即使在一個(gè)地區(qū)重復(fù)暴露也可能會(huì)有不同的速率。當(dāng)通過(guò)等級(jí)相關(guān)程序排除年度、季節(jié)和位置比率差異時(shí)，自然加速老化被證明能夠一致且可靠地預(yù)測(cè)材料的相對(duì)優(yōu)點(diǎn)。
今天的涂料和塑料是自然進(jìn)化過(guò)程的產(chǎn)物。弱者已經(jīng)不再使用了。對(duì)紫外線、水和溫度的敏感閾值已經(jīng)提高。對(duì)于今天的材料，自然老化不是一個(gè)連續(xù)的過(guò)程。這是一個(gè)零星的、間歇的過(guò)程，只有當(dāng)壓力達(dá)到一定水平時(shí)才會(huì)發(fā)生。因?yàn)闆](méi)有發(fā)生惡化，室外測(cè)試架上的大部分時(shí)間都被浪費(fèi)了。
老化中的基本應(yīng)力是已知的和量化的。在實(shí)驗(yàn)室中精確地復(fù)制它們可以通過(guò)消除空閑時(shí)間來(lái)提供加速。通過(guò)在自然極限內(nèi)最大化紫外線、水和溫度應(yīng)力，進(jìn)一步加速是可能的。
與本文關(guān)聯(lián)的產(chǎn)品:
