Испытание самоочищающегося теплозащитного покрытия на плоском стекле

Испытание самоочищающегося теплозащитного покрытия на плоском стекле

Введение
Самоочищающиеся теплозащитные покрытия для стекла представляют собой инновационное решение, объединяющее две важные функции: снижение теплопритока в помещения и способность к поддержанию чистоты поверхности под воздействием окружающей среды. Для оценки эффективности и долговечности таких покрытий проводятся комплексные испытания. В данной статье описываются ключевые аспекты испытаний, проведенных на образцах плоского стекла с нанесенным самоочищающимся теплозащитным покрытием.

1. Объекты испытаний

• Основной объект: Образцы листового стекла (типичный размер 100 мм х 100 мм или 300 мм х 300 мм, толщина 4-6 мм) с нанесенным на одну сторону самоочищающимся теплозащитным покрытием. Покрытие представляет собой многофункциональный слой на основе оксидов металлов (чаще всего диоксида титана - TiO2), выполняющий роль фотокатализатора и обладающий селективными оптическими свойствами (высокое пропускание в видимой области спектра и высокое отражение/поглощение в инфракрасной области).
• Контрольные образцы: Образцы идентичного листового стекла без нанесенного покрытия (чистое стекло) и, при необходимости, образцы с эталонным покрытием (например, стандартное теплозащитное покрытие без самоочищающихся свойств). Контрольные образцы необходимы для сравнительного анализа результатов.

2. Область испытаний
Испытания охватывают оценку ключевых функциональных и эксплуатационных характеристик покрытия:

• Самоочищающая способность:
  • Фотокаталитическая активность: Способность покрытия разлагать органические загрязнители под действием УФ-излучения.
  • Фотоиндуцированная гидрофильность (супергидрофильность): Способность покрытия становиться высокосмачиваемым водой под действием УФ-излучения, что приводит к образованию сплошной водяной пленки, смывающей разложенные загрязнения.
  • Восстановление гидрофильности: Скорость восстановления гидрофильных свойств после пребывания в темноте.
• Теплозащитные свойства:
  • Солнечные характеристики: Коэффициент пропускания солнечной энергии (TSET / Solar Heat Gain Coefficient - SHGC), коэффициент прямого пропускания (Tvis), коэффициент отражения солнечной энергии (RSET), коэффициент поглощения солнечной энергии (ASET).
  • Селективность: Отношение коэффициента пропускания в видимой области спектра к коэффициенту пропускания полной солнечной энергии (Tvis / TSET).
• Оптические свойства:
  • Светопропускание: Коэффициент пропускания в видимой области спектра (Tvis), цветопередача (индекс цветопередачи CRI), цвет стекла в проходящем и отраженном свете (координаты цветности).
• Долговечность и стойкость:
  • Адгезия: Прочность сцепления покрытия с подложкой.
  • Абразивная стойкость: Устойчивость к механическим повреждениям (царапинам).
  • Химическая стойкость: Устойчивость к воздействию кислот, щелочей и солей.
  • Устойчивость к атмосферным воздействиям: Сопротивление старению под действием УФ-излучения, влаги, тепла и их циклов (ускоренные климатические испытания).
  • Устойчивость к истиранию: Сопротивление механическому износу при трении.

3. Методы испытаний
Для оценки характеристик, указанных в разделе "Область испытаний", применяются стандартизированные и специализированные методы:

• Фотокаталитическая активность (ISO 10678, ISO 27448):
  • Нанесение модельного органического загрязнителя (например, раствор стеариновой кислоты в гексане) на поверхность.
  • Облучение образца УФ-излучением (обычно УФ-А, 365 нм) заданной интенсивности.
  • Измерение скорости разложения загрязнителя путем оценки контактного угла с водой (по мере разложения загрязнителя и роста гидрофильности угол уменьшается) или спектрофотометрического анализа остаточного количества загрязнителя (по уменьшению поглощения в ИК-области).
• Фотоиндуцированная гидрофильность (ISO 27448):
  • Измерение контактного угла с каплей деионизированной воды на поверхности образца до и после облучения УФ-светом заданной интенсивности и длительности.
  • Оценка скорости достижения минимального контактного угла (близкого к 0°) и скорости его восстановления после выдержки в темноте.
• Солнечные и оптические свойства (ISO 9050, ISO 13837, ASTM E424):
  • Спектрофотометрические измерения коэффициентов пропускания и отражения в диапазоне 300-2500 нм с использованием интегрирующих сфер.
  • Расчет интегральных солнечных характеристик (TSET, RSET, ASET, Tvis) по стандартным спектрам излучения и функциям чувствительности.
• Адгезия (ISO 2409):
  • Метод решетчатых надрезов: Нанесение сетки надрезов острым ножом на поверхность покрытия, наклеивание и резкий отрыв специальной клейкой ленты. Оценка процента отслоившегося покрытия по шкале стандарта.
• Абразивная стойкость (ISO 9211-4, ASTM D1044):
  • Тест Табера: Обработка поверхности вращающимся абразивным кругом под заданной нагрузкой и измерение потери дымкости (haze) или отражательной способности после определенного числа циклов.
  • Тест на царапание по Моосу или определение твердости методом вдавливания.
• Химическая стойкость (ISO 9211-4):
  • Нанесение капель стандартных растворов кислот, щелочей и растворителей на поверхность.
  • Выдержка в течение заданного времени при определенной температуре.
  • Визуальная оценка поверхности и измерение изменений оптических свойств или контактного угла.
• Устойчивость к истиранию (ISO 9211-4):
  • Испытание с использованием абразивных материалов (например, сухая или влажная губка, резиновая губка с абразивом) и возвратно-поступательного движения под нагрузкой. Оценка по изменению оптических свойств.
• Устойчивость к атмосферным воздействиям:
  • Ускоренные испытания (ISO 16474, ISO 11507):
    • Облучение УФ-лампами (UVA-340, UVB-313) в камерах УФ-старения для моделирования солнечной радиации.
    • Испытания в солевом тумане (ISO 9227 - NSS, AASS, CASS).
    • Испытания в камере тепла и влажности (температура 40-85°C, влажность 80-98% RH).
    • Циклические испытания, комбинирующие УФ-облучение, конденсацию влаги, температуру и брызги воды.
  • Естественные атмосферные испытания: Длительная выдержка образцов на открытых стендах под реальными погодными условиями с периодической оценкой состояния.

4. Испытательное оборудование
Для проведения указанных методов испытаний используется специализированное оборудование:

• Основной испытательный комплекс:
  • Спектрофотометр с интегрирующей сферой: Для измерений спектральных коэффициентов пропускания и отражения в УФ, видимой и ближней ИК областях. Оснащен держателями образцов для стекла.
  • Установка для оценки фотокаталитической активности и гидрофильности:
    • Камера с контролируемым освещением (источник УФ-А излучения известной интенсивности).
    • Гониометр / Контактный угломер: Прибор для точного измерения контактного угла с водой или другими жидкостями.
    • Инфракрасный спектрометр с Фурье-преобразованием (FTIR) или УФ-вис спектрометр (опционально): Для прямого количественного анализа разложения модельного загрязнителя.
  • Ускоренная климатическая камера: Камера, способная воспроизводить циклы УФ-облучения, конденсации влаги, нагрева, охлаждения и брызг воды (например, ксеноновая дуговая камера или флуоресцентная УФ-лампа камеры).
  • Камера солевого тумана (NSS, AASS, CASS): Для тестов на коррозионную стойкость.
  • Камера тепла и влаги: Для стационарных испытаний при повышенных температуре и влажности.
• Вспомогательное оборудование:
  • Прибор Табера или линейный абразив (например, абразивметр): Для тестов на абразивную стойкость и истирание.
  • Твердомер (например, по Виккерсу, Шору): Для оценки микротвердости покрытия.
  • Реометр / Система для испытания на царапание: Для оценки сопротивления царапанию.
  • Тестер адгезии (решетчатый резак, стандартная клейкая лента): Для проведения теста решетчатых надрезов.
  • Источник искусственного дневного света: Для визуальной оценки цвета и внешнего вида образцов в стандартизированных условиях (например, кабинка с источником D65).
  • Приборы для измерения дымки (haze) и блеска.
  • Точные весы (микровесы): Для оценки потери массы при абразивных испытаниях (опционально).
  • pH-метр и кондуктометр: Для приготовления и контроля химических реагентов.
  • Системы контроля температуры и влажности окружающей среды в лаборатории.

Заключение
Проведение комплексных испытаний самоочищающегося теплозащитного покрытия на плоском стекле требует четкого определения объектов испытаний, охвата всех критически важных областей оценки (самоочищение, теплофизика, оптика, долговечность), применения стандартизированных и валидированных методов испытаний, а также использования специализированного и точно калиброванного испытательного оборудования. Результаты таких испытаний являются основой для подтверждения заявленных свойств покрытия, прогнозирования его срока службы и обеспечения качества продукции.