在軌道車外部涂層的一般類別中，性能差異很大。因此，需要通過測試來選擇性能較佳的涂層。戶外暴露測試產生有意義的結果，但需要幾個月到幾年才能獲得結果。因此，對四種常見的加速試驗方法進行了評估，以確定它們的結果如何與光澤度保留方面的戶外暴露結果相關聯(lián)。
在選擇合適的軌道車外部涂層時，必須首先選擇最合適的通用涂層類別，如醇酸樹脂、環(huán)氧樹脂或環(huán)氧樹脂/聚氨酯。一般來說，這種選擇將基于諸如光澤度、保光性和耐化學溢出性的性能要求。其他考慮因素包括成本、溶劑的環(huán)境排放、施涂的容易性和雙組分涂層的適用期。
如果同一類中的所有涂層材料表現(xiàn)相似，人們可以簡單地根據成本選擇涂層。然而，事實并非如此。同樣，最昂貴的涂層也不一定表現(xiàn)較佳。因此，為了做出較佳選擇，需要進行測試。
為了確定戶外暴露對涂層外觀的影響，將涂層板安裝在戶外rilck上。這種測試的缺點是獲得結果需要很長的時間——六個月到幾年。隨著當今新涂層的快速發(fā)展和現(xiàn)有涂層的改進，在對一套涂層進行評估時，新的和可能更好的材料已經出現(xiàn)。
為了緩解這個問題，大量的加速測試可以在更短的時間內產生結果。問題是這些技術產生的結果是否會與戶外暴露測試中獲得的結果相匹配，或者這些結果會偏離多遠。
本文比較了四種常用加速試驗方法與室外暴露試驗的結果。比較的方法包括:
1. 符合ASTM B 117的鹽霧試驗
2. 符合ASTM G23的碳弧光
3. 符合ASTM G153要求的熒光紫外老化試驗箱，使用使用“A”型燈泡
4. 符合ASTM G153要求的熒光紫外老化試驗箱，使用使用“B”型燈泡
涂層板受到多種因素的影響，例如來自太陽的紫外線、熱、冷、雨、雪、雨夾雪、濕度、灰塵、空氣中的化學物質。其中，紫外線輻射的影響最大。
在這項研究中，戶外暴露架位于印第安納州東芝加哥。這些面板暴露在-23°C(-10°F)至38°C(100°F)的溫度、自然環(huán)境、空氣中的顆粒物和污染物中。將一套復制的涂層板安裝在加利福尼亞Colton的曝光架上。這個地方的特點是夏季溫度比東芝加哥高，陽光更強烈，風沙大。
比較包括溶劑型醇酸樹脂、水性醇酸樹脂、環(huán)氧樹脂和聚氨酯。每種類型的涂層都是在同一時間從同一批涂層中噴涂到面板上的。測試結果如表1所示。
表1顯示了位置對外觀的影響有多復雜。在某些情況下，涂層在東芝加哥工廠表現(xiàn)更好，而在科爾頓工廠表現(xiàn)更好。面板是否經過清洗也會因位置和涂層類型而影響光澤。
為了消除本研究中的污垢積聚因素，使用海綿用水和洗滌劑清洗面板，并用清水漂洗。否則，光澤度的測量可能會受到一些因素的影響，如最近一次暴雨后的時間或風攜帶的空氣中灰塵的數量。然而，為了觀察積累的污垢對外觀的影響，在清洗前后對面板進行光澤度測量。
圖1描述了三種油漆類型(醇酸、環(huán)氧和帶聚氨酯面漆的環(huán)氧底漆)的面板臟區(qū)和水洗區(qū)的光澤度與戶外暴露時間的函數關系。最大的差異出現(xiàn)在醇酸涂層中，這表明清洗涂有醇酸涂層的軌道車將顯著改善其外觀。環(huán)氧樹脂的改善很少，無論洗滌與否都會因粉化而變暗。清洗聚氨酯可以改善外觀，但是，由于其硬度，它們比其他涂層積累的污垢更少，并且通過污垢仍然可以看到它們的光澤。
注:圖1中繪制的值是同一類型的幾種涂層的合成值，與表1中使用的值不同。
根據ASTM Bl17標準進行的鹽霧測試對于評估暴露在海洋環(huán)境中的材料是很有用的，但對于評估涂層因褪色或失去光澤的情況卻沒有用。但對于評估涂層因風化而褪色或失去光澤的情況卻沒有用處。褪色或失去光澤。
圖2至圖5顯示了四種涂層的光澤度變化與戶外暴露時間的函數關系。圖2顯示了溶劑型醇酸涂層的結果；圖3是水基涂層；圖4，環(huán)氧涂層；圖5，環(huán)氧底漆/聚氨酯面漆涂層。
在ASTM G 23測試裝置中暴露相同涂層的相應結果如圖6-9所示。
東芝加哥暴露面板的數據延長至30個月，每四到六個月或更短時間記錄一次光澤測量和觀察。在250、520和830小時后評估在ASTM G 23測試裝置中測試的面板。
ASTM G 23測試裝置準確預測了在戶外暴露中具有較佳光澤保持性的涂層(圖2和6，涂層AL-I)。此外，ASTM測試正確預測了四種候選涂層在室外暴露初始階段的順序或等級。然而，在室外測試中，涂層AL-4的光澤度值低于涂層AL-3的光澤度值，并且涂層AL-1和AL-2顯示出幾次反轉。在830小時的暴露期間，ASTM測試裝置中沒有出現(xiàn)這些現(xiàn)象。
當將水基涂層在室外暴露的結果(圖3)與ASTM G 23測試裝置暴露的結果(圖7)進行比較時，再次注意到一些差異。例如，涂層WB-1的光澤度在ASTM測試中緩慢下降，然后趨于平穩(wěn)。在戶外暴露時，同樣的涂層比其他水基涂層失去光澤的速度更快。同樣，對于涂層WB-5，在最初失去光澤一段時間后，光澤實際上增加了。在ASTM G 23測試裝置中沒有觀察到這種現(xiàn)象，而是光澤度持續(xù)下降。
對于環(huán)氧涂層，戶外暴露的結果如圖4所示；ASTM G 23測試裝置暴露的結果如圖8所示。ASTM測試裝置準確地預測涂層E-4將保持較好的光澤保持性，而涂層E-2將具有最差的光澤保持性。ASTM測試還顯示了涂層E-1和E-3的接近性能，直到暴露500小時后，此時環(huán)氧樹脂E-3和E-1開始分離。這在戶外暴露測試中沒有發(fā)現(xiàn)。
暴露在碳弧ASTM G 23測試裝置中的環(huán)氧涂層變得堅硬、易碎，并且在某些情況下起皺。暴露在戶外或用其他方法測試的涂層不會出現(xiàn)這種情況。
室外暴露架上的一些環(huán)氧樹脂涂層從黑色變?yōu)槿榛疑?，這在ASTMG 23測試裝置中也沒有發(fā)生。
對于環(huán)氧-氨基甲酸乙酯涂層，戶外暴露的結果如圖5所示，ASTM G 23測試的結果如圖9所示。這些結果沒有很好的相關性。預測了性能較好的涂層EU-4，但是其他涂層的順序不同。例如，在ASTM G 23測試單元中，涂層EU-2產生最差的結果，而EU-1在該組中處于中間。在戶外暴露中，EU-l給出了最差的測試結果，而EU-2在暴露的第一年中處于中間組。
在這組紫外光測試中使用的ASTM G 53試驗箱配備有UV A-340型燈泡，因此操作周期由8小時的紫外光和隨后4小時的濕度組成?？梢詫υ贏STM G 53試驗箱中測試的涂層進行與在ASTM G 23測試裝置中進行的測試相同類型的比較。圖10顯示了在ASTM G 53試驗箱中用A型燈泡測試的醇酸樹脂涂層的光澤保持結果(與圖2中的室外暴露結果相比)。
ASTM試驗箱式試驗準確預測了性能較好的醇酸樹脂涂層AL-1。它還預測了其余三種醇酸樹脂涂層的性能等級:AL-2、AL-4和AL-3。圖2顯示了在暴露大約1-1/2個月后，涂層AL-4的性能下降到低于AL-3的性能。在圖10中，330小時后似乎發(fā)生了同樣的情況。
對于水基涂層，暴露在戶外的面板的光澤保持率隨著測試時間的推移按照等級順序顯示出許多變化(圖3)。一個很好的例子是涂層WB-1，它開始時具有最高的光澤度，在12至15個月的某個時候被列為五個候選物中光澤度最低的。
在ASTM G 53試驗箱中，涂層WB-2和WB-5幾乎與WB-1、WB-3和WB-4相同，但比它們差。這種“模式”在暴露在戶外的涂層板中沒有看到。此外，在ASTM G 53試驗箱中測試的涂層顯示出與其初始光澤相比很小的變化，而在室外測試的涂層顯示出光澤的顯著降低和增加。
對于環(huán)氧樹脂，暴露在室外的涂層的保光性如圖4所示。圖12顯示了暴露在ASTM G 53試驗箱中的類似涂層的保光性。ASTM G 53試驗箱準確地預測了涂層E-4將具有最小的光澤損失，并且將比測試的其他環(huán)氧涂層更好地保持光澤。它還證明了其它三種環(huán)氧樹脂完全失去光澤，這發(fā)生在戶外約9個月后和在ASTM試驗箱中約300小時后。
對于測試的環(huán)氧樹脂，ASTM G 53試驗箱測試(使用“A”燈泡)的結果與室外暴露測試非常一致。ASTM G 53測試還準確預測了哪些涂層會失去光澤，但會保持原來的黑色，哪些會褪色為灰色。
戶外暴露的環(huán)氧底漆/聚氨酯面漆系統(tǒng)測試結果如圖5所示，暴露在ASTM G 53試驗箱中后的光澤保持值如圖13所示。ASTM G 53測試正確地預測了涂層系統(tǒng)EU-4和EU-5在戶外暴露時將具有較好的光澤保持性，并且兩者在性能上接近，其中EU-4是較好的。在表現(xiàn)出較差性能的涂層中，ASTM G 53測試沒有以正確的順序預測結果。此外，在暴露于戶外的涂層上測量的光澤顯示出隨著時間的推移有所增加以及減少。在帶有“A”燈泡的ASTM G 53試驗箱中沒有檢測到這些特征。
對于第二次紫外光測試，ASTM G 53試驗箱配有UV B-313型燈泡。操作周期包括16小時的紫外光照射，然后是8小時的冷凝。醇酸涂層的ASTM G 53-B測試結果如圖14所示，水基涂層的測試結果如圖15所示，環(huán)氧樹脂的測試結果如圖16所示，環(huán)氧-氨基甲酸乙酯體系的測試結果如圖17所示，100%固體環(huán)氧樹脂的測試結果如圖18所示。100%固體環(huán)氧涂層暴露在東芝加哥戶外的結果如圖19所示。
ASTM G 53“B”燈泡暴露(圖14)與醇酸涂層戶外暴露(圖2)有很好的相關性。涂層AL-l在兩種情況下都是較好的。此外，在兩次測試中，其他三種涂層的性能順序相同。此外，ASTM G 53測試正確地顯示了涂層AL-4的光澤度值最初高于AL-3的光澤度值，但隨后又低于它。
對于水性涂層，缺乏一定的相關性；然而，在ASTM G 53-B試驗箱中的測試正確地預測了涂層WB-5在戶外暴露測試中的光澤將超過其他水基材料。ASTM G 53-B和室外暴露試驗結果之間的相關性對于其他水基涂層來說沒有那么好；然而，這種相關性比從ASTM G 23和ASTM G 53-A測試中獲得的相關性更好。
對于環(huán)氧涂層，ASTM G 53-B測試的結果如圖16所示。結果與在戶外暴露中獲得的光澤保持性有很好的相關性(圖4)。兩個圖都表明，涂層E-4不僅具有較好的保光性，而且保光性明顯好于所評價的其它環(huán)氧樹脂。
同樣，E-2涂層的結果最差，涂層E-1和E-3在ASTM G 53-B測試和戶外暴露中幾乎完全失去光澤。ASTM G 53-B測試顯示涂層E-4在750小時后光澤迅速喪失。這在戶外暴露中沒有發(fā)現(xiàn)，但是，在額外的時間后可能會發(fā)生。與ASTM G 53-A測試一樣，ASTM G 53-B測試正確地預測了那些在戶外暴露期間褪色的涂層從黑色到灰色的褪色。
比較環(huán)氧-氨基甲酸乙酯涂層的ASTM G 53 -B(圖17)和室外暴露(圖5)的結果，揭示了有趣的特征。起初，相關性似乎很小，但后來比較了ASTM G 53從0到150小時的結果，發(fā)現(xiàn)與31個月的戶外暴露有很好的相關性。因此，在戶外暴露后，有時仍會出現(xiàn)EU-4光澤的快速下降。
對于100%固體環(huán)氧樹脂涂層，ASTM G 53-B測試(圖18)預測涂層100-1將具有較佳的初始光澤保持率，但其性能將迅速失效；該測試還預測涂層100-3將產生最差的結果。戶外暴露試驗(圖19)表明，實際上涂層100-1開始時具有較好的光澤，而涂層100-3在四個候選物中表現(xiàn)最差。圖18所示的涂層100-1的快速失光在實際的室外測試中沒有得到證實。同樣，ASTM測試(圖18)中預測的涂層100-2的最終優(yōu)勢在室外測試(圖19)中沒有看到。
ASTM G 23測試設備的結果與戶外測試中的光澤度保持率相關。它沒有給出任何變色或褪色的跡象，特別是對于環(huán)氧樹脂涂層。結果有些緩慢，因為830小時的暴露似乎只與6至8個月的戶外暴露相關。
在ASTM G 53-A柜中測試產生的結果與室外暴露有很好的相關性，并且比使用ASTM G 23單元獲得的結果更快。此外，在ASTM G 53-A測試中正確預測了顏色偏移或褪色。
在ASTM G 53-B柜中測試比其他任何方法都更快地產生結果。150到200個小時的測試似乎接近一年多的戶外暴露時間。此外，使用該測試，一些涂層從黑色到灰色的褪色和變色與戶外暴露有很好的相關性。
加速試驗是選擇能在戶外保持外觀的涂層的有用工具。這些測試方法較好與室外暴露測試結合使用，而不是作為其替代品，因為從收集的數據來看，異常確實會發(fā)生。
