古青銅器修復
—原子灰補配性能研究

馮澤霖 蔡毓真 倪炎

（1.北京城市學院，北京 101309；2.首都博物館，北京 100045）

0 引言

隨著時代的進步、科技的發展，在文物修復領域中出現新型材料也是層出不窮。以青銅修復為例來說，從剛開始出現的焊錫法、銅補銅、失蠟補鑄等傳統修復方法，逐漸轉變為以環氧樹脂、CDK502、速成鋼等新型高分子材料。這些新型材料相對于傳統材料而言，操作簡單、安全系數高，可以針對不同情況制定專屬于這一件器物的修復方案和材料選用，而傳統的修復手法一般使用固定的配方，具有單一性。

這些高分子材料雖然優點眾多，但市面上同一種高分子材料又分為不同品牌、不同廠家。我們需要在眾多品牌中挑選出最合適的一款，將其應用在實際修復中，因此對材料進行系統的性能研究是必不可少的。在性能研究過程中會利用老化實驗來測試材料的耐候性，通過老化前后的性能測試來進行綜合對比。

1 實驗材料與條件

1.1 材料說明及選用

原子灰是一種新型嵌填的高分子材料，因其附著力強并在干燥過程中不產生裂紋被廣泛使用。由主體灰和固化劑兩部分構成，主體灰的成分多為不飽和聚酯樹脂和填料。固化劑的成分一般為增塑劑和引發劑，與主體灰混合引發聚合作用增加材料的強度并快速固化附著在物體表面。

因有了這些特性，原子灰非常適合且廣泛應用于不同行業，如汽車修補、家具、模具、金屬制品、木制品、玻璃鋼制品等領域。主要針對底料凹陷、焊接、缺陷的填補，以滿足面漆底材表面平整光滑的要求。

原子灰的主要成分為不飽和聚酯樹脂，即我們生活中俗稱的膩子，是由飽和或不飽和二元酸二元醇縮聚而成的高分子化合物。通常在聚酯化縮聚反應后加入定量的乙烯基單體配成聚合物溶液，稱之為不飽和聚酯樹脂。

由于原子灰品牌繁多，所以選用市面上和修復中使用率最高的五款不同品牌原子灰，分別為：三本牌原子灰、道酬多功能原子灰、吳卓汽車原子灰、威克納汽車原子灰及金雅特汽車原子灰。

1.2 實驗儀器及實驗方法

實驗方法參照了溫建華先生《陶瓷修復材料的綜合研究》一文中關于陶瓷修復材料的性能研究方法。

實驗材料選用市面上和修復中常用的五種不同品牌原子灰，分別與固化劑充分混合后形成五種補配材料，共分三組進行測試：第一組通過色差分析、邵氏硬度、抗折、抗沖擊、光澤度共五種測試，記錄數據并繪制圖表，對比出五種不同品牌原子灰的性能；剩下兩組分別進行紫外光老化和濕熱老化，老化結束后進行第一組的所有性能測試，記錄數據并繪制圖表。

實驗儀器使用標準與操作規范按照國家標準法進行，具體實驗儀器及其所參照的國家標準法如下。

抗折測試按《陶瓷材料抗彎強度試驗方法（GB/T 4741—1999）》規定執行，將試樣固定在儀器底座上，緩慢轉動搖桿，使儀器金屬頭接觸到試樣的中心點并給它一個垂直向下的壓力，迫使試樣折斷，記錄儀器上顯示折斷所需的力。

抗沖擊測試按《塑料 懸臂梁沖擊強度的測定（GB/T 1843—2008）》規定執行，將試樣放置在對應卡空中，啟動擺錘將試樣沖擊斷裂，記錄儀器上顯示沖擊斷裂所需的能量。

邵氏硬度測試按《塑料和硬橡膠使用硬度計測定壓痕硬度（邵氏硬度）（GB/T 2411—2009）》規定執行，將試樣放置在硬度計試驗臺上，向下按壓側邊把手，使硬度計的探針刺入試樣內，記錄表頭數據。

色差測試按《日用陶瓷顏料色度測定方法（GB/T 4739—2015）》規定執行，色差儀8mm口徑，測量平整樣本，檢測速度0.5s，黑白板校正，顏色空間CLELab，量程L：0～100。測試試樣老化前后的色差值變化。色差值的評判標準如表1所示。

表1 色差值評判標準

光澤度測試按《日用陶瓷顏料光澤度測定方法（GB/T 15614—2015）》規定執行，測試試樣老化前后的光澤度值變化。光澤度值的分級標準如表2所示。

表2 光澤度值分級標準

紫外光老化測試參照《塑料 實驗室光源暴露試驗方法 第3部分：熒光紫外燈（GB/T 16422.3—2014）》，使用UVA-340老化燈管40w兩只，燈光長度600mm，直徑38mm，燈管采用熒光紫外燈光源。使用錫箔紙將托盤包裹住，目的是反射紫外光使光照更加均勻，之后依次將試片碼放好即可。測量好紫外光燈的輻照度，將制作好的試片放入紫外線試驗機內，分別在老化24h、48h、72h、96h、180h、260h、340h、420h、500h取出進行色差、光澤度測試及邵氏硬度測試。待老化結束后進行第一組試片的所有實驗對比得出材料的耐候性能。

濕熱老化參照《膠粘帶耐高溫高濕老化的試驗方法（GB/T 32368—2015）》，進行濕熱干冷交替老化實驗，儀器設置溫度40℃，相對濕度90%。12h后將試片取出放在室內12h進行干冷環境下的老化，之后重復此操作直至累計到500h。分別在老化24h、48h、72h、96h、180h、260h、340h、420h、500h取出進行色差和光澤度測試。待500h老化后取出進行抗折和抗沖擊測試。

1.3 試片規格

實驗共涉及三種不同試片，分別為條形試片，正方形試片及啞鈴試片，具體規格如下。

條形試片：長63.5mm，寬12.7mm，厚4.6mm；正方形試片：長40mm，寬40mm，厚10mm；啞鈴試片：兩邊正方體的規格為長10mm，寬10mm，厚10mm，中間相連的長方體長30mm，寬5mm，厚10mm。

2 實驗結果

2.1 抗折測試

將制成的啞鈴試片，使用推拉力試驗機測量材料的抗折性，用經過測驗后得到數據，通過三點抗折強度公式求取強度。

紫外光老化：圖1為實驗用原子灰紫外光老化前后抗折測試差值，圖中觀察到道酬多功能原子灰折斷所需要的能量從老化前的0.97MPa略降至0.95MPa，折斷所需要的能量增加了0.02MPa，受老化影響最小。金雅特汽車原子灰折斷所需要的能量從老化前的1.14MPa略降至1.08MPa，雖然金雅特汽車原子灰是五種不同品牌原子灰中初始性能最好的，但卻是五種不同品牌原子灰中老化程度最大的一款原子灰，折斷所需要的能量減少了0.06MPa，受老化影響最大。

圖1 實驗用原子灰紫外光老化前后抗折測試差值

濕熱老化：圖2為實驗用原子灰濕熱老化前后抗折測試差值，圖中觀察到三本牌原子灰折斷所需要的能量從老化前的0.94MPa降低至0.66MPa，雖然三本牌原子灰是五種品牌原子灰初始性能最低的，但是經過500h的濕熱干冷環境交替后老化程度并沒有很大的變化，折斷所需要的能量減少了0.28MPa，受老化影響最小。金雅特汽車原子灰折斷所需要的能量從老化前的1.14MPa降低至0.62MPa，雖然金雅特汽車原子灰是五種不同品牌原子灰中初始性能最好的，但卻是五種不同品牌原子灰中老化程度較大的一款原子灰，折斷所需要的能量減少了0.52MPa，受老化影響最大。

圖2 實驗用原子灰濕熱老化前后抗折測試差值

2.2 抗沖擊測試

首先檢查儀器的試片規格是否為條形試片的規格，將模式切換為損耗模式，將擺錘進行一次空擺測量出儀器的空損，再將模式切換為沖擊模式，把制作好的試片夾在夾具中進行測試，并將數據記錄在表。

紫外光老化：圖3為實驗用原子灰紫外光老化前后抗沖擊測試差值，圖中觀察到三本牌原子灰被折斷所需要的力從老化前的31J/M降低至20.79J/M，折斷所需的力減少了10.21J/M，雖然三本牌原子灰的初始性能是物種材料中最低的，但它相對于其他四種材料來說受老化影響是最小的。威克納汽車原子灰折斷所需要的力從老化前的41.38J/M降低至14.7J/M，折斷所需要的力減少了26.68J/M，是五種材料中受紫外光老化影響最大的一款。

圖3 實驗用原子灰紫外光老化前后抗沖擊測試差值

濕熱老化：圖4為實驗用原子灰濕熱老化前后抗沖擊測試差值，圖中觀察到三本牌原子灰被折斷所需要的力從老化前的31J/M降低至30.7J/M，折斷所需的力減少了0.3J/M，雖然三本牌原子灰的初始性能是物種材料中最低的，但它相對于其他四種材料來說受老化影響是最小的。道酬多功能原子灰折斷所需要的力從老化前的36.69J/M降低至45.03J/M，折斷所需要的力增加了8.34J/M，是五種材料中受濕熱老化影響最大的一款。

圖4 實驗用原子灰濕熱老化前后抗沖擊測試差值

2.3 色差測試

紫外光老化：圖5為實驗用原子灰紫外光老化前后色差測試差值，圖中觀察到道酬多功能原子灰在老化500h時達到峰值，色差值為6.7NBS，色差變化嚴重，L值降低了3.59，a值升高了3.28，b值升高了4.6，受老化影響最大。金雅特汽車原子灰在老化500h時色差值為2.15NBS，色差變化輕微，L值降低了1.9，a值上搞了0.84，b值升高了0.56，受老化影響最小。

圖5 實驗用原子灰紫外光老化前后色差測試差值

濕熱老化：圖6為實驗用原子灰濕熱老化前后色差測試差值，圖中觀察到道酬多功能原子灰在老化500h時達到峰值，色差值為7.49NBS，色差變化嚴重，L值降低了4.84，a值升高了5.56，b值升高了1.3，受老化影響最大。金雅特汽車原子灰在500h時達到峰值，色差值3.61NBS，色差變化明顯，L值降低了3.26，a值升高了1.54，b值升高了0.16，受老化影響最小。

圖6 實驗用原子灰濕熱老化前后色差測試差值

2.4 邵氏硬度測試

分別在老化24h、48h、72h、96h、180h、260h、340h、420h、500h取出，將表頭調整至歸零標準后進行測試，將數據記錄在表。

紫外光老化：圖7為實驗用原子灰紫外光老化前后邵氏硬度測試差值，圖中觀察到吳卓汽車原子灰的硬度相比老化前的硬度沒有改變，老化前后的硬度保持不變，為77.3HD，由此可見相比其他四款原子灰受紫外光老化的影響是最小的。威克納汽車原子灰的硬度相比老化前的82.2HD降低至77.2HD，折硬度降低了5HD，是五種原子灰中硬度變化最大的一款，說明它受紫外光老化的影響是最大的。

圖7 實驗用原子灰紫外光老化前后邵氏硬度測試差值

濕熱老化：圖8為實驗用原子灰濕熱老化前后邵氏硬度測試差值，圖中觀察到道酬多功能原子灰的硬度相比老化前的77.8HD增高至77.9HD，硬度增強了0.1HD，由此可見它相比其余四款原子灰受紫外光老化的影響是最小的。金雅特汽車原子灰的硬度相比老化前的84.5HD降低至80.2HD，硬度降低了4.3HD。是五種原子灰中硬度變化最大的一款，說明它受濕熱老化的影響是最大的。

圖8 實驗用原子灰濕熱老化前后邵氏硬度測試差值

2.5 光澤度測試

分別在老化24h、48h、72h、96h、180h、260h、340h、420h、500h取出，將光澤度儀校準后進行測試，將數據記錄在表。

紫外光老化：圖9為實驗用原子灰紫外光老化前后光澤度測試差值，圖中觀察到三本牌原子灰的光澤度從老化前的2GU增高至3GU，光澤度增高了1GU。相比其余原子灰受紫外光老化的影響是最小的。威克納汽車原子灰的硬度相比老化前的2GU增高至3.4GU，光澤度增高了1.4GU，是五種原子灰中光澤度變化最大的一款，說明它受紫外光老化的影響是最大的。

圖9 實驗用原子灰紫外光老化前后光澤度測試差值

濕熱老化：圖10為實驗用原子灰濕熱老化前后光澤度測試差值，圖中觀察到三本牌原子灰的光澤度從老化前的2GU增高至3GU，光澤度增高了1GU。是五種原子灰中光澤度變化最大的一款，說明它受紫外光老化的影響是最大的。吳卓汽車原子灰的光澤度相比老化前的光澤度沒有改變，老化前后的光澤度保持不變，為2GU，由此可見相比剩余四款原子灰受紫外光老化的影響是最小的。

圖10 實驗用原子灰濕熱老化前后光澤度測試差值

2.6 小結

實驗選用了五種不同品牌原子灰，在紫外光老化和濕熱老化的條件下進行了五種不同性能測試，通過分析實驗數據挑選出變化幅度最小與最大的兩種材料進行討論。

3 結論

將實驗用原子灰在紫外光老化和濕熱老化前后的各項性能測試數據進行整理，將老化前后數據的差值進行比對，繪制成雷達圖，如圖11、圖12所示。

圖11 實驗用原子灰紫外光老化前后各項測試差異圖

圖12 實驗用原子灰濕熱老化前后各項測試差異圖

經過500h的紫外光老化，五種實驗用原子灰呈現出了相同的趨勢，老化影響較大的分別為材料的光澤度和抗沖擊性能上，就光澤度而言，五種材料老化前后的光澤度值都在2GU～6GU的范圍內，屬于平光肉眼不可分辨，所以老化對于光澤度的影響可以忽略不計。就抗沖擊性能而言，可以觀察到三本牌原子灰和吳卓汽車原子灰受紫外光老化的影響明顯小于其余三種原子灰。

在經過500h的濕熱老化，五種實驗用原子灰出現了數據趨勢上明顯的差異，通過制作的雷達圖可以很清晰地觀察到各品牌原子灰在濕熱老化條件下耐候性，吳卓汽車原子灰變化幅度較小，絕對數值上也是最小的，所以吳卓汽車原子灰最優。

綜上所述，結合紫外光和濕熱老化，五種材料耐候性能最好的為吳卓汽車原子灰，是五種材料中最適合應用在青銅器修復之中的。

注釋

①溫建華.陶瓷保護修復材料的綜合研究[D].北京：北京大學，2018.

②國家質量技術監督局.陶瓷材料抗彎強度試驗方法（GB/T 4741—1999）[S].北京：中國標準出版社，2000.

③中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局，中國國家標準化管理委員會.塑料 懸臂梁沖擊強度的測定（GB/T 1843-2008）[S].北京：中國標準出版社，2008.

④中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局，中國國家標準化管理委員會.塑料和硬橡膠 使用硬度計測定壓痕硬度（邵氏硬度）（GB/T 2411—2008）[S].北京：中國標準出版社，2008.

⑤中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局，中國國家標準化管理委員會.日用陶瓷顏料色度測定方法（GB/T 4739—2015）[S].北京：中國標準出版社，2015.

⑥中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局，中國國家標準化管理委員會.日用陶瓷顏料光澤度測定方法（GB/T 15614—2015）[S].北京：中國標準出版社，2015.

⑦中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局，中國國家標準化管理委員會.塑料 實驗室光源暴露試驗方法 第3部分：熒光紫外燈（GB/T 16422.3—2014）[S].北京：中國標準出版社，2014.

⑧中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局，中國國家標準化管理委員會.膠粘帶耐高溫高濕老化的試驗方法（GB/T 32368—2015）[S].北京：中國標準出版社，2015.