保持率测定技术详述

保持率是衡量材料、涂层或产品在规定条件下抵抗因外力、环境因素或使用磨损而导致性能下降、形态改变或物质损失能力的关键性能指标。其测定广泛应用于质量控制、耐久性评估及产品研发。

一、 检测项目分类及技术要点

保持率的测定通常依据被测对象的属性及失效机制分为以下几类：

1. 附着力保持率

• 技术要点：评估涂层、镀层、粘合剂或复合材料界面在经历环境老化（如温湿度循环、盐雾、紫外辐照）或化学侵蚀后，其初始附着强度的保留百分比。

• 核心方法：划格法、划叉法、拉开法（附着力测试）。测定老化前后的附着力值，按公式计算：保持率(%) = (老化后附着力值 / 初始附着力值) × 100%。关键控制点包括划割工具规格、胶带剥离速度与角度，以及测试面的清洁度。

2. 耐磨性保持率

• 技术要点：量化表面材料（如涂料、纺织品、地板）在经受摩擦磨损后，其质量、厚度或光学性能的保留情况。

• 核心方法：采用Taber耐磨试验机、马丁代尔耐磨仪或落砂试验机进行规定次数的磨损测试。测定磨损前后的质量损失、厚度变化或光泽度变化。保持率(%) = (磨损后性能值 / 初始性能值) × 100% 或 磨损率 = (初始质量 - 磨损后质量) / 磨损次数。需严格控制磨料类型、载荷、转速及环境温湿度。

3. 色牢度/外观保持率

• 技术要点：评价颜色或外观在光、汗液、摩擦、洗涤等作用下的抗变化能力。

• 核心方法：

  • 耐光色牢度：使用氙弧灯或碳弧灯老化箱模拟日光照射，用灰色样卡评定变色等级（1-5级）。

  • 耐摩擦色牢度：干态/湿态摩擦试验后，用沾色灰色样卡评定白布沾色等级。

  • 外观保持率：通过图像分析或光泽度计测定老化前后表面光泽、雾影、鲜映性（DOI）的变化。

4. 化学物质/功能性成分保持率

• 技术要点：分析产品（如防晒剂、药品、缓释材料）在特定条件下其有效成分或活性物质的存留量。

• 核心方法：高效液相色谱（HPLC）、气相色谱（GC）、紫外-可见分光光度法（UV-Vis）。通过加速稳定性试验（如高温、高湿）或实际使用模拟后，定量分析成分含量。保持率(%) = (处理后含量 / 初始含量) × 100%。方法验证需确保检测限、精密度和回收率符合要求。

5. 密封性/力学性能保持率

• 技术要点：评估密封件、弹性体或工程塑料在热老化、介质浸泡后，其压缩永久变形、拉伸强度、断裂伸长率等关键力学性能的保留程度。

• 核心方法：按标准（如ASTM, ISO）制备试样，进行老化处理，然后在万能材料试验机上测试。性能保持率(%) = (老化后性能值 / 初始性能值) × 100%。老化条件（温度、时间、介质）的选择必须具有与实际使用条件的相关性。

二、 各行业检测范围的具体要求

1. 涂料与涂层行业

• 范围：建筑外墙涂料、汽车面漆/清漆、工业防腐涂层、塑料件喷涂。

• 要求：

  • 汽车：重点测定耐候性（QUV/TUV老化）后的光泽/色差保持率、耐石击性后的附着力保持率、耐化学介质（汽油、刹车液）性。

  • 建筑：强制性要求人工气候老化（氙灯）数千小时后附着力、粉化、变色保持率。耐沾污性（清洗后反射率保持率）是关键指标。

  • 防腐：强调盐雾试验、循环腐蚀试验后的划痕处腐蚀蔓延宽度和附着力保持率。

2. 纺织品与服装行业

• 范围：服用织物、家用纺织品、产业用纺织品。

• 要求：

  • 服用：耐洗色牢度（≥4级）、耐光汗复合色牢度、耐磨起球性保持率是核心。运动服装需额外关注反复拉伸后的弹性恢复率。

  • 家用：床上用品强调耐洗涤尺寸稳定性与颜色保持率；窗帘等强调耐光色牢度（≥5级）。

  • 产业用：土工布等注重耐紫外线老化后的强度保持率（如≥70% after 500h UV）。

3. 塑料与橡胶行业

• 范围：工程塑料件、橡胶密封件、轮胎、电线电缆。

• 要求：

  • 橡胶密封件：热空气老化后压缩永久变形保持率、耐油/耐燃油后体积变化率和硬度变化是关键。

  • 户外塑料：氙灯老化后的冲击强度、颜色保持率及断裂伸长率保留率（常要求>50%）。

  • 电线电缆：长期热老化（如136°C, 168h）后绝缘材料的拉伸强度和断裂伸长率保持率有严格下限（通常>65-70%）。

4. 化妆品与个人护理品行业

• 范围：防晒霜、护肤品、染发剂。

• 要求：

  • 防晒产品：需测定SPF值防水保持率（浸水40分钟后SPF值保留）。光稳定性测试评估紫外线照射下有效成分的降解率。

  • 护肤品：加速稳定性试验（高温、低温、冷热循环）后，外观、粘度、pH值及活性成分含量的保持率。

  • 染发剂：耐洗发剂擦洗的颜色保持率（用色差计ΔE值评估）。

5. 建筑材料行业

• 范围：防水卷材、密封胶、保温材料。

• 要求：

  • 防水卷材：热老化（如70°C, 28d）后拉力保持率与断裂伸长率保持率（常要求≥80%）。耐候性试验后低温柔性。

  • 建筑密封胶：定伸粘结性、紫外线-水浸循环后的粘结强度保持率及弹性恢复率。

  • 保温材料：长期湿热或冻融循环后的尺寸稳定性、抗压强度保持率和导热系数变化率。

三、 检测仪器的原理和应用

1. 人工气候老化箱

• 原理：通过氙弧灯或紫外荧光灯模拟太阳光谱，结合温湿度控制、喷淋系统，加速材料光氧老化、热老化及水解过程。

• 应用：用于涂料、塑料、纺织品等几乎所有材料的耐候性保持率测试。氙灯光谱更接近全太阳光谱，UV灯主要强化紫外破坏。

2. 耐磨试验机（如Taber）

• 原理：通过特定磨料轮在受控载荷下对样品表面进行旋转摩擦，以单位磨损深度、质量损失或摩擦圈数来评价耐磨性。

• 应用：地板涂层、纺织品、塑料板材、汽车内饰等的耐磨耗保持率测定。

3. 盐雾腐蚀试验箱

• 原理：将氯化钠溶液雾化，在密闭箱内形成均匀的腐蚀性气氛，模拟海洋或含盐潮湿大气的腐蚀环境。

• 应用：主要用于金属基材涂层、电子电镀件、汽车零部件的耐腐蚀性评估，测定生锈、起泡、附着力下降等保持率。

4. 万能材料试验机

• 原理：通过伺服电机或液压系统对试样施加拉伸、压缩、弯曲、剥离等静态或动态载荷，精确测量力与位移。

• 应用：是测定材料（塑料、橡胶、复合材料、粘合剂）在老化前后力学性能（强度、伸长率、模量）保持率的核心设备。

5. 色差计/分光测色仪

• 原理：利用积分球和多个光电探测器，测量样品反射或透射光在可见光谱范围内的分布，通过CIELab等色度系统计算色差（ΔE, ΔL, Δa, Δb*）。

• 应用：定量评估纺织品、涂料、塑料等在老化、摩擦、洗涤后的颜色保持率。

6. 高效液相色谱（HPLC）/气相色谱（GC）

• 原理：利用样品中各组分在流动相（液体或气体）和固定相之间分配系数的差异进行分离，并由检测器（如紫外、质谱）进行定量分析。

• 应用：精准测定化妆品、药品、食品中活性成分或添加剂在稳定性试验后的含量保持率。

保持率测定是一系列系统化、标准化的过程，其结果的准确性与可比性高度依赖于严格遵循相关国际/国家标准（如ISO, ASTM, GB, JIS）、精确控制的试验条件以及对仪器设备的定期校准与验证。