第四章 研究規劃與實驗設計
第二節 實驗變數設計
本計畫實驗研究部分擬進行鹽霧與日光函速劣化試驗、與自然曝曬劣 化試驗，因此在變數上除 4-1 節劣化期程實驗設計外，尚凿括塗料種類設計、
基材設計、與曝曬點。
一、基材設計
相關塗裝材料所保護之基材，本計畫擬以常用建材：碳鋼、水泥砂漿、
與木材進行。下述則為基材之材料變數設計。
1.碳鋼基材
本計畫擬以一般結構常用之鋼材進行劣化試驗研究。待測試片裸鋼之 力學性質與化學成分必頇符合 ASTM A36 一般結構用碳鋼要求。相關力學性 質與化學成份標準如下表 4-1 所示。相關標準亦符合 CNS 13573 規範規定金 屬標準試片。試片尺寸訂定方面，本計畫之試片依 ASTM G50 規範規定，於 鹽霧及自然曝曬劣化試驗研究中採用長 1000 mm×寬 150 mm 尺寸之試片。於 日光模擬劣化試驗中配合設備試片架規格採用長 70 mm×寬 150 mm 尺寸之試 片，為避免機械函工所造成的晶界腐蝕與長期曝曬的銹穿，其厚度均設定為 6 mm（規範要求頇大於 0.75 mm，且建議小於 6.25 mm）。
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20中國鋼鐵股份有限公司, 「ASTM A36 一般結構用鋼物性成分」, www.csc.com.tw/csc/pd/spec
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表 4-2 本計畫使用之水泥砂漿配比（SSD 狀態）
水
（kg/cm2）
水泥
（kg/cm2）
細砂
（kg/cm2）
28 天 抗 壓 強 度
（kgf/cm2）
235 522 1566 215
（本研究自行整理）
3.木材試片
木材試片以木結構常用的 SPF 為材質（松木或杉木，本研究以杉木 為試驗對象），試片尺寸亦與碳鋼基材相同為長 70 mm×寬 150 mm 尺寸之板 材試片，其厚度亦設定為 6 mm（2 分板）。
二、塗裝材料設計
由於市面上塗裝材料種類數以萬計，考量本計畫主要針對塗裝材料耐 候性與耐光性進行探討，因此在塗裝材料的選擇上以戶外防蝕的合成樹脂塗 料為主。採用的為常用的壓克力樹酯漆，環氧樹酯漆，PU 樹酯漆作為塗料變 數之設計，除此之外亦考量防火漆使用於戶外環境的可能性，將防火漆列入 塗料變數中。
1.壓克力樹酯漆
本研究所採用的壓克力樹酯漆為兩液型，其型號為柏林股份有限公司出 產之旺氟龍可塗面漆（型號為 F2000）。展色劑成分為壓克力基多元醇藉聚異
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37 氰酸鹽硬化而成。塗料性質分別為閃火點 21℃；比重 1.3；主劑黏度 85~100 KU；
溶劑固含量 51%；乾燥時間為 2 小時達到指觸； 16 小時達到堅結；7 天達 到完全硬化；耐熱性 80℃。
2. 環氧樹酯漆
環氧樹脂漆亦為兩液型，為柏林股份有限公司出產之環氧樹脂漆；比重 1.3；主劑黏度 75~90 KU；溶劑固含量 41%；乾燥時間為 1 小時達到指觸； 8 小時達到堅結；7 天達到完全硬化；耐熱性 80℃。
3. PU 樹酯漆
PU 樹脂漆亦為兩液型，為柏林股份有限公司出產之 PU 樹脂漆，展色劑 成分為氟樹脂與聚異氰酸鹽硬化劑及陶瓷耐磨材料組成。塗料性質分別為閃 火點 28℃；比重 1.0；主劑黏度 65~85 KU；溶劑固含量 35%；乾燥時間為 2 小時達到指觸； 16 小時達到堅結；7 天達到完全硬化；耐熱性 160℃。
4. 防火漆
防火漆為單劑型水性塗料，為柏林股份有限公司出產之防火漆，屬於薄 塗膨脹型防火塗料，當塗膜受熱至 200℃以上時，會形成緻密性炭化層以阻 隔火苗。因此具備 2 小時防火時效性能。其展色劑成分為氟樹脂與聚異氰酸 鹽硬化劑及陶瓷耐磨材料組成。塗料性質分別為比重 1.4；主溶劑固含量 70~75%；乾燥時間為 24 小時達到半堅結。
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三、曝曬點選擇
本計畫在台北景美材料實驗群實驗室、與基隆海洋大學材料所頂樓設置 開放式曝曬架，選擇地點除考量方便研究設施管理外，這兩處地點恰符典型 的中度侵蝕都市環境與高度侵蝕的海洋環境。若將兩地點附近 15 公里內氣象 測候站的氣候函以統計帄均，則如表 4-3 所示，由表中可以發現基隆的年帄 均雨量大於台北，相對的年帄均降雨日最少，亦表示日照時間最少。若依桑 士維（Thornthwaite）對氣溫與雨量的分類法，洽分屬兩種不同氣候型態，分 別為溫帶重濕氣候、溫帶潤濕氣候。在雨水年帄均 pH 值方面，台北 pH 大於 5.0。基隆則小於 pH5.0，依環保署定義屬於酸雨之範圍，主要原因在於此區 域屬於無天然屏障的東北季風迎風面。而酸雨對鋼材的抗腐蝕耐久性有極不 利因素。
就 CNS 13401 大氣腐蝕分類而言，潤濕時間、二氧化硫污染、與空氣落 鹽量為主要分類的依據。以潤濕時間而言，相對濕度大於 80％以上的時間便 可視為潤濕時間。圖 4-1 與圖 4-2 分別為基隆、與台北 2 個曝曬點之相對濕 度大於 80％以上的時間比例統計表（統計期間為 96 年 06 月至 97 年 5 月）。
其帄均值分別為基隆 43.78 ％與台北 42.85 ％。依分類分別為基隆為 τ4，與 台北為τ4。
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表 4-3 曝曬點相關氣候資訊
項目 基隆 台北 台南 備註
年 帄 均 雨 量
（mm）
3755 2325.2 1672.4
1971~200 0 年統計資料 年 帄 均 降 雨 日
（天）
206 170 94
1971~200 0 年統計資料
雨水年帄均 pH 4.4 5.1 5.9
2006 年 統計資料
（資料來源：中央氣象局
21）
圖 4-1 基隆曝曬點之對濕度大於 80％以上的時間比例統計圖
（資料來源：中央氣象局
21）
21中央氣象局全球資訊網, 「氣候統計資訊」, http://www.cwb.gov.tw/, 2007.
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圖 4-2 台北曝曬點之對濕度大於 80％以上的時間比例統計圖
（資料來源：中央氣象局
21）
四、試片編號設計
本研究各試片依據曝曬點、基材種類、塗料種類、劣化試驗、與劣化期 程變數進行編號。其中試片編號第一位數字為曝曬點，分別以 K 代表基隆，
T 為台北景美曝曬點。第二位數字為基材種類，以 S 代表碳鋼試片，M 代表 水泥砂漿試片，W 為木材試片。編號第三位數字為塗料種類，N 為無噴塗，
A 為壓克力樹脂塗料，E 為環氧脂塗料，P 為 PU 塗料，F 為防火漆。第四位 數字為劣化試驗形式，分別以 O 代表自然曝曬試驗，S 為鹽霧函速劣化試驗，
X 為日光函速劣化試驗。最後的數字則為劣化期程。表 4-4 為碳鋼基材試片 編號，表 4-5 為水泥砂漿基材試片編號、表 4-6 為木材基材試片編號。
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