摘要：在汽车免中涂工艺中，由于漆层集成了传统中涂、传统面漆隔离以及吸收紫外线光的功能，因此在免中涂漆的开发中，加强UV 透过率的控制十分重要。从制膜方法、膜厚测量、仪器设备等几方面初步探讨了测试涂层UV 透过率的几个影响因素，通过对这些影响因素的控制，达到准确测试涂层UV 透过率，验证涂料耐紫外线性能的目的。
关键词：UV 透过率免中涂
漆中图分类号：TH741
文献标识码：B
浅谈测试涂层UV 透过率的影响因素
张馨月1
邢汶平2高成勇1
（1.中国第一汽车股份有限公司，长春130011；2.江淮汽车股份有限公司，合肥230022）
作者简介：张馨月（1983—），女，工程师，硕士学位，研究方向为涂装工艺技术。
1前言
随着国家对环保要求越来越严格，越来越多的
汽车生产厂家开始使用免中涂紧凑型工艺。相对于底漆层和面漆层，中涂层的主要差异性功能之一就是耐紫外线性。传统电泳底漆具有光敏感性，日光辐射对涂层降解有着极其重要的影响，尤其是波长在280~400nm 范围的紫外线，如果没有中涂层的保护，日光将穿透清漆、漆层直接到达电泳底漆层，紫外线所带的高能量粒子会在涂层中形成自由基攻击分子材料和涂料，导致黏合破坏和脆变，出现脱落和粉化，最终失去防腐蚀性能［1］。
在汽车免中涂工艺中，由于漆层集成了传统中涂和传统面漆隔离和吸收紫外光的功能，所以，在免中涂漆的开发中，加强UV 透过率的控制十分重要。
目前，测试涂层UV 透过率的主要方法为透射
光谱法，主要应用仪器为紫外可见分光光度计。而涂层UV 透过率测试的准确性将直接影响涂层耐紫外性能的评定。初步探讨了测试涂层UV 透过率的几个影响因素，通过对这些影响因素的控制，达到准确测试涂层UV 透过率，验证涂料耐紫外线性能的目的。
2试验原理
紫外-可见分光光度计光源发出的复光经
单器分光以后变成单光，仪器在扫描样品的过程中，不同波长的单光依次照射到样品上，检测器检测穿透过来的光强度，得到样品的穿透率曲线。
在实际操作过程中，选定空气或空白样片作为参比，并设定它的透射比（即透过率T ）为100%，而被测试的透射比是相对于该参比而得到的。设定入射光通过被测介质后，强度由I 0(λ)减
小到了I (λ)。设定光强通过介质时的吸收系数为
α(λ)，α(λ)是所用测试光源波长的函数，与介质（涂层）的厚度L 无关。根据朗伯比尔定律（Beer-Lam⁃
bert Law ）有：
I (λ)=I 0(λ)e-α(λ)L 104
（1）
吸收系数α(λ)标志着介质（涂层）对光强的吸收能力，当α(λ)越大时，介质（涂层）对光的吸收能力就越强。由公式1变形得：
α(λ)=l n =—/104
（2）
式中，α(λ)为介质（涂层）的吸收系数；L 为介质（涂层）厚度，常用单位为μm ；T (λ)为光强透过率，常用百分数表示（%）。
由此，通过对介质（涂层）透射光谱的测量，如果所测介质（涂层）的厚度L 是已知的，只要测出透过率T (λ)，得到了只与为介质（涂层）性质一有关的吸收系数α(λ)［2］。
3
影响因素
3.1
制膜方法
a .剥离制膜法。将待测样漆喷到聚丙烯板或
Tedlar 聚氟乙烯（杜邦公司）膜上，喷到规定膜厚后，用小刀涂膜划破，并将涂膜小心从聚丙烯板或
Tedlar 聚氟乙烯膜上剥离下来的制膜方法（图1）。
b .载玻片制膜法。将待测样品漆喷到载玻片上的制膜方法（图2）。
c .甩膜法。将待测样漆滴到正方形石英片上，然后用甩膜机利用离心力使漆均匀附着到石英片
上的一种制膜方法（图3）。
以上三种方法制得的样片只要膜厚均匀（同一样片或膜片的膜厚差异应控制在1μm 之内）则视为紫外线穿透率检测的合格涂膜。剥离制膜法和载玻片制膜法适合制备复合涂层的漆膜，甩膜法更适合制备单一涂层漆膜。试验表明，三种方法对漆膜的重现性良好（图4）。可根据使用仪器的不同和测试的具体需要选择不同的制膜试验方法。
3.2
涂层膜厚
涂层膜厚对涂层的UV 透射率也有很大影
响。为验证涂层厚度与涂层UV 透射率的关系，制备了同一样品不同厚度的涂层，分别测试它们的UV 透射率（图5）。通过试验可以看到膜厚对测试涂层的UV 透射率影响，涂层越厚对紫外线的阻隔越明显，涂层的UV 透射率越低。因此可以通过适当增加膜厚来增强涂层的UV 隔离性能。
常见的测定膜厚的方法主要有磁性膜厚仪测定法、高度差测定法、数显千分尺测定法、显微镜剖面测定法等。无论选用何种方法，在满足测试
需要的漆膜大小范围内，均需要保证所测漆膜任意三点的厚度相差不能超过1μm ，这样制得的漆膜才是合格的漆膜。由于涂层厚度对UV 透射率
图1
剥离制膜法
图2
载玻片制膜法
图3
甩膜法
图4
利用三种不同制膜方法制备的同一涂层样品
的UV 透射率
200
300
400500600
700
波长/mm
0.70.60.50.40.30.20.10
透射率T /%聚丙烯制膜法
载玻片制膜法
甩膜法
的测试影响很大，进行UV 透射率测试时，需要尽量保证光束通过漆膜的点在同一位置，以保证每次检测的膜厚相同，从而消除因测试位置膜厚不同对UV 透射率的影响。
3.3仪器设备
3.3.1
设备参数
在实际工作中发现，同一样品使用不同厂家生产设备测得的UV 透射率结果有很大差别，即使同一厂家生产，不同型号的设备也有差别。造成这种现象的原因主要是各个设备基本参数的不同，所能达到的性能指标就不一样。在满足标准JJG 178-2007《紫外、可见、近红外分光光度计检定规程》中要求的各计量参数指标前提下，仪器设备的波长及光度的精度越高，重复性越好，测得的数据结果重现性越好，吻合度越佳。仪器设备的信号越强，噪声越小，即信噪比越高，测得的数据曲线越平滑。测量时使用的狭缝宽带越小，透射光斑就越小，其噪声就越大，信噪比低，得到的曲线分辨率越大，平滑度就变差。因此测试时也应选择适当大小的狭缝宽带，一般来说选择的狭缝宽度应小于待测带半峰宽的1/5。
选择A 、B 、C 、D 四个不同厂家生产的紫外可见分光光度计，它们的具体参数如表1所示，可以看出设备D 的波长和光度的精度和重复性与设备A 、B 、C 相比差了一个数量级以上，通过这四种设备测试同种样品的UV 透射率，等到的曲线如图6所示。精度和重复性高的前三种设备测得的曲线吻合度非常高，而精度和重复性低的设备测得的数据结果变差很大。因此在设备的选择上，应尽量使用精度高，重复性好的设备进行测量。
3.3.2
积分球的影响
积分球是紫外可见分光光度计的一个重要配
件。它的基本原理是光线由输入孔入射后，光在球内部被均匀的反射及漫射，在输出孔所得到的光线为相当均匀的漫射光束（图7），以消除因入射光的入射角度、空间分布及极化皆不会对输出的光束强度及均匀度造成的影响偏差，从而提高测量的准确性。
如果不使用积分球对涂层的UV 透射率进行直接测量，没有了积分球对入射光的多次反射收集，只有很小一部分角度的的光直接打在检测器上，会造成实际入射光能的衰减。因此不使用积分球测得的结果会比使用积分球的测试结果数值偏低。尤其是透射率本身就很低的漆膜，积分球
图5不同膜厚下同一涂层样品的UV 透射率
200
300
400500600
700
波长/mm
2520151050
透射率T /%8μm 10μm 13μm
15μm 18μm 20
μm
参数
图6
不同设备测得的同一涂层样品的UV 透射率
200
300
400500
600700
江淮汽车股份有限公司波长/mm
6543210透射率T /%A C
B D
图7积分球工作原理
光线出口
光线入口
漫反射
的使用对其UV 透射率的检测有很大帮助。例如一种单涂层面漆涂料本身透射率就非常低，用直径150mm 的积分球检测最高只有0.4%左右，如果不加积分球则透射率几乎全部为0（图8），因此在检验低透射率的涂层时尤其应该添加积分球这份配件。
积分球尺寸有很多种，常见的用于UV 透射率测量的主要有50mm 、60mm 、70mm 、100mm 、110mm 、150mm 几种，不同尺寸的积分球在内部结构上的差异主要体现在是否有足够大的空间安装反射挡板。大尺寸的积分球内装有反射挡板能够使光在球内壁经过多次反射，在输出口得到均匀的光束，而小尺寸的积分球无法安装挡板，没有挡板的阻挡，因此无法处理从入射口直接照过来的光路，这一部分光路就会直接照到检测器上，导致检测结果偏高。例如，针对同一漆膜涂层分别使用60mm 和150mm 的积分球作为配件，使用同种型号的仪器对其进行UV 透射率的检验，结果发现使
用60mm 积分球的结果均比使用150mm 的积分球的结果偏高（图9）。因此要保证检验数据的准确度，还应选择大尺寸的积分球；如果只是对结果进行范围性的筛选，也可以用小尺寸的积分球作为替代。
4结论
综上，影响涂层UV 透射率结果的因素是多方
面的。制膜过程、膜厚控制程度及使用仪器设备性能都有可能影响其最终结果的准确程度。这就要求在
测试过程中能够尽量保证这些因素的正确选择，排除这些可能影响我们结果的因素，以得到更加准确的结果。从而真正发挥出UV 透射率测试在涂料开发和工艺选择上的作用。
参考文献：
[1]何小龙.汽车水性双底涂装工艺设计与研究[J].现代涂料与涂装，2012,(15)12：33-39.
[2]王纳新.UV 穿透率测试在涂层性能检测中的应用[J].材料保护，2011,(44)4：170-172.
图8有无积分球对涂层透射率的影响
200
300
400500600700
波长/mm
1.00.50
透射率T /%不带积分球
带积分球
图9积分球尺寸对涂层透射率的影响
200
300
400500600
700
波长/mm
14121086420
透射率T /%60mm
150
mm