2024-02-01
 
防雾涂料防雾性能测试方法及关键设备的开发
2024年02月01日   阅读量:599

0引 言


玻璃和透明塑料是人们日常生活中不可缺少的材料,使用这些材料,常常会遇到表面雾化问题,给人们的工作和生活带来了困扰和不便。例如,新冠疫情防治过程中医护人员配戴的护目镜起雾,导致医疗护理检测过程中严重干扰诊疗工作;汽车车灯在昼夜温差很大或者湿度很大的天气条件下,容易产生雾气,如果大灯出现雾气会严重影响汽车大灯的透光率和照明效果,甚至很难看清路面状况,影响行车安全。在工业领域,各种摄像镜头及各类设备仪器仪表盘,在室外温差条件下,极易表面产生雾气,影响摄影清晰度及各类仪表盘的读数记录涂料在线coatingol.com


现阶段可采取加热法或施涂防雾涂料、防雾剂等方法达到防雾效果,但加热法不仅会消耗更多的能源,而且操作比较困难,目前最为经济、最成熟还是施涂防雾涂料方法。


近年来,防雾涂料产品市场应用越来越广泛,市场规模快速增长,其应用领域也从汽车车灯、眼镜等,拓展到镜子、监控镜头、护目镜、头盔罩、后视镜、农用薄膜、光伏玻璃等。全球已有诸多头部企业对相关产品进行产品开发,国内也有部分企业投入防雾涂料行业,产品性能得到大幅提升,能够满足市场需求。


现阶段防雾涂料仅在车灯领域有比较成熟的应用,在其他行业的应用不成熟也不规范,导致现在市场上的防雾涂料鱼龙混杂,技术水平差异较大,有些不具备防雾性能的涂料也打着防雾涂料的幌子扰乱市场。行业迫切需要一个科学可靠的性能测试评价方法,为防雾涂料产品标准的制订提供有效的技术支撑。


1 相关标准研究


在标准方面,目前国内外都没有专门用于评价防雾涂料防雾效果的通用标准。通过对国内外相关标准资料查阅,国内外有一些有关防雾性的测试评价标准,如GB/T 31726—2015《塑料薄膜防雾性试验方法》、CH/T 8002—1991《测绘仪器防霉、防雾、防锈》、JIS D4502—1994《客车-挡风玻璃除霜器的防雾性能》、KS G3307—2001《镜片防雾试验方法》、T/FSI 019—2019《玻璃防雾用水性硅油分散液》等相关标准。但这些标准有些比较年久,已不适用于现在产品技术发展要求,有些仅是某些细分领域的相关测试标准,并不能通用于整个防雾涂料行业,有些仅是实验室里进行简单的试验,试验误差大,重复性低,更为关键的是缺乏有效可行的测试仪器设备。


查询到车灯行业用国际标准ISO/TS 5385:2022 Road vehicles–Anti-fog coating for exterior lighting devices - Specification《道路车辆-外部照明装置的防雾涂层-技术条件》,但该标准仅适用于车灯行业,无法适用于防雾涂料的其他应用领域,但该方法对新方法的开发有借鉴价值。


2 测试方法


2.1 雾化产生的条件


空气中有相当量的水蒸汽存在,一旦具有一定分压的水蒸汽冷却到其露点时,水蒸汽达到饱和,冷凝析出小水珠,小水珠粘附在透明基材表面出现雾化现象。雾化产生的条件可以简单的分为两个方面:(1)存在水汽和温差;(2)基材表面的润湿性质。


2.2 设备的开发


根据雾化产生的条件,只要满足温差及水汽条件,就能产生雾气,在试板表面形成雾气后通过观察视力表的清晰程度来评价防雾效果。所以设备开发的关键在于稳定控制的蒸汽供应。设备通过精确控制试板两侧温度和相对湿度条件,经过一定时间的起雾试验后,观察试板表面状态及标准视力表的清晰程度,来评价防雾涂料防止或减轻雾气生成的能力。设备通过控制试板两侧的温湿度,能模拟现实中不同工况下试件起雾的情况,能够较好反应现实状况及防雾涂料的防雾性能优劣。


防雾涂料防雾性能测试方法及关键设备的开发 涂料在线,coatingol.com

图1 防雾性测试仪示意图


设备主要由3个工作舱组成,其中高温舱提供充足预制的湿热空气流,低温舱提供恒定的低温环境,测试舱置于低温舱中,试板置于测试舱顶部,并完全覆盖测试舱,试板一侧暴露于高温舱产生的蒸汽流下,另一侧与低温舱接触。测试舱底部放有标准视力表,且每个舱内均配置温湿度传感器,以实时记录舱内的温湿度变化。


2.3 测试过程


试验开始时前,分别设置低温舱的温度及高温舱的温湿度以及试验时间,然后将试板置于测试舱顶部,并稳定足够时间,使试板与环境条件一致。试验开始后开启通风阀门后,预制的湿热空气通过固定空气管路被送入测试舱内,试板由于热蒸汽的影响,与低温舱形成温差后,在试板下表面形成雾气,造成起雾现象,试验达到规定时间后,阀门自动关闭,此时立即观察试板起雾情况,也可拍照记录。


2.4 试验评价


由于试板表面产生的雾气,不适用常规的透光率、雾度等光学指标来测定评价,且整个试验过程中雾气变化迅速,试验结束后消散较快,所以通过大量试验得知,用防雾等级对防雾性能的优劣进行评价较为合适,如表1所示。


表1 防雾等级对照表

防雾涂料防雾性能测试方法及关键设备的开发 涂料在线,coatingol.com


3 测试条件


3.1 试验参数


该防雾设备,可根据实际测试需求,设定不同的试验参数,来模拟不同试验条件下,防雾涂层的防雾效果。可广泛用于防雾涂料产品设计开发及不同工况条件下的测试需求。


对该设备寻求较为合适的试验条件,进行验证试验。将高温区的温度分别设定为40 ℃和55 ℃,相对湿度为90%,经过一定时间的试验,将试验舱的温湿度随时间变化的数据绘制成曲线,如图2、图3所示。图中,横坐标为试验时间,纵坐标为温度和湿度,红色曲线为湿度变化曲线,蓝色曲线为温度变化曲线。


防雾涂料防雾性能测试方法及关键设备的开发 涂料在线,coatingol.com

图2  高温区(40±2)℃/(90±5)%时的温湿度曲线变化图


防雾涂料防雾性能测试方法及关键设备的开发 涂料在线,coatingol.com

图3 高温区(55±2)℃/(90±5)%时的温湿度曲线变化图


通过图2、图3可以发现,试验前期,湿热蒸汽通过管道进入试验舱,试验舱内温湿度快速上升,当试验达到35s后,试验舱的温湿度趋于稳定,同时观察试板状态,试板表面起雾效果也趋于稳定。当高温区温度为40℃时,测试舱温度达到33℃左右,当高温区温度为55℃时,测试舱温度达到41℃左右。当温度较高时,试板起雾也更加迅速,整体雾气量也更大。通过试验发现,整体起雾效果跟测试舱的大小以及通风管道处湿空气阀的功率相关,对这些参数进行确定后,试验的结果才有可比性。根据不同的防雾需求,设定不同的高温区参数,进行验证试验。


3.2 与IOS/TS 5385:2022的试验对比


ISO/TS 5385:2022是车灯领域使用较为广泛的防雾测试标准,该标准中通过加热蒸馏水至规定温度,然后将试板置于蒸汽流中一定时间后观察试板表面的起雾状态,并按标准进行评级。


新开发设备为了匹配车灯的测试方法,探究适用于车灯的测试条件。通过将同一样品在两种测试方法下漆膜的吸水量这一衡量指标及同一样品的评级评价结果进行一系列试验,得出ISO方法中80℃/20s的试验条件,对应了该设备中高温区环境温度为(55±2)℃,相对湿度为(90±5)%条件下试验40s,ISO方法中40℃/20s的试验条件,对应了该设备中高温区环境温度为(35±2)℃,相对湿度为(80±5)%条件下试验40s。


3.3 参数设置


对于不同涂料的使用工况,设置与实际工况相适应的参数,对于一些护目镜、眼镜等眼面部防护产品用防雾涂料,将试验条件设置为:高温区环境温度为(40±2)℃,相对湿度为(90±5)%,低温区环境温度为(23±2)℃,试验时间为40s;对于车辆用或安防用监控设备内表面用防雾涂料,将试验条件设置为:高温区环境温度为(55±2)℃,相对湿度为(90±5)%,低温区环境温度为(23±2)℃,试验时间为40s;对于经过某些环境试验后防雾效果明显下降的,试验要求为哈气不起雾的,将试验条件设置为:高温区环境温度为(35±2)℃,相对湿度为(80±5)%,低温区环境温度为(23±2)℃。基于以上参数对一系列不同类型的防雾涂料品种进行试验。


4 验证试验结果


在防雾测试方法开发及防雾涂料行业标准制定过程中,共收集了14个代表性的样品,样品类型包括Ⅰ型(护目镜、眼镜等眼面部防护产品用防雾涂料)和Ⅱ型(车辆用或安防用监控设备内表面用防雾涂料),覆盖目前市场上主流的防雾涂料应用领域,对这14个样品进行防雾性能及长效防雾性能(10次循环防雾)的测定,具体测试结果见表2、表3。

表2 Ⅰ型产品测试结果

防雾涂料防雾性能测试方法及关键设备的开发 涂料在线,coatingol.com


表3 Ⅱ型产品测试结果

防雾涂料防雾性能测试方法及关键设备的开发 涂料在线,coatingol.com

从表2、表3可以看出,该测试方法能很好区别涂料防雾性能的优劣,经过多次循环测试,部分样品的防雾性能下降明显。根据验证试验可以看出,车用领域的防雾涂料技术更为成熟,产品均具有较好的初始防雾性能,且该方法与ISO方法对同一样品的评价结果一致。该方法对于防雾涂料不同的应用领域,具有普适性。


同时通过接触角的测量发现,14个样品中只有一个样品为疏水型,但该样品基本无防雾效果,接触角的数值大小跟防雾效果的优劣无明显的相关性,但接触角与防雾机理直接相关,所以接触角的测试对于产品配方的设计及产品批次的稳定性有一定的参考价值。


5 结 语


本方法相较于实验室常用的水浴蒸汽法,具有更高的精确性和试验复现性,本方法能准确控制试板两侧的温湿度并进行记录分析,排除环境的温湿度影响,提高试验的稳定性和准确性。并且该设备能根据实际环境条件,设定试验参数,满足各类测试需求。


该设备及测试方法的开发解决了国内外缺乏防雾涂料防雾性能有效测试设备和评价方法的问题,建立一种更加准确有效且可行性高的防雾性能测试评价方法,为行业标准的制定及相关产品的测试评价提供技术支撑。


由于现阶段主要是亲水型防雾的技术路线,缺少疏水型防雾涂料的相关试验结果,该设备、方法现仅限于亲水型防雾的测试。


作者:曹碧辉,管超,王瑞瑾

(国恒信(常州)检测认证技术有限公司,中海油常州涂料化工研究院有限公司,江苏常州 213016)

来源:涂层与防护


免责声明: 本文仅代表作者本人观点,与中国涂料在线无关。本网对文中陈述、观点判断保持中立,不对所包含内容的准确性、可靠性或完整性提供任何明示或暗示的保证。请读者仅作参考,并请自行承担全部责任。本网转载自其它媒体的信息,转载目的在于传递更多信息,并不代表本网赞同其观点和对其真实性负责。如因作品内容、版权和其它问题需要同本网联系的,请在一周内进行,以便我们及时处理。邮箱:23341571@qq.com,客服QQ:23341571


全站互链网站权重>BR4 | QQ客服:23341571 | 微信号客服:kevinhouitpro

主办单位:中国住建部建筑涂料工程研究中心 | 合作单位:《中国建筑色卡》项目组       涂料技术总群:215349093 |    涂料商务总群:325412434 |     涂料商务总群:325412434

站长信箱:23341571@qq.com  | 业务QQ: 23341571   
涂料在线   版权声明 |  免责声明 | 粤ICP备18041746号 | 涂料在线——涂料、油漆行业门户!