1. انتخاب شرایط آزمایش پیری تسریع شده مصنوعی
این سوال در واقع می تواند به عنوان عوامل پیری شبیه سازی شود. در طول استفاده از مواد پلیمری، عوامل زیادی در محیط آب و هوایی ممکن است بر پیری مواد پلیمری تأثیر بگذارند. اگر عوامل اصلی ایجاد کننده پیری از قبل شناخته شده باشند، می توان روش آزمایش را به صورت هدفمند انتخاب کرد.
ما می توانیم با در نظر گرفتن حمل و نقل، ذخیره سازی، محیط استفاده و مکانیسم پیری مواد، روش آزمایش را تعیین کنیم. به عنوان مثال، پروفیل های پلی وینیل کلرید سفت و سخت از پلی وینیل کلرید به عنوان ماده اولیه ساخته شده و با افزودنی هایی مانند تثبیت کننده ها و رنگدانه ها اضافه می شود. آنها عمدتا در فضای باز استفاده می شوند. با توجه به مکانیسم پیری PVC، PVC به راحتی در هنگام گرم شدن تجزیه می شود. با توجه به محیط استفاده، اکسیژن، اشعه ماوراء بنفش، گرما و رطوبت موجود در هوا همگی از عوامل پیری پروفیل هستند.
بنابراین، استاندارد ملی GB/T8814-2004 "پروفیل های پلی وینیل کلرید (PVC-U) غیر پلاستیکی برای درها و پنجره ها" نه تنها روش آزمایش پیری اکسیژن نوری را تعیین می کند، بلکه منبع نور آزمایشگاهی GB/T16422.2 را نیز به کار می گیرد. تست نوردهی قسمت 2 روش: لامپ قوس زنون برای 4000 ساعت یا 6000 ساعت کهنه می شود، شبیه سازی عواملی مانند اشعه ماوراء بنفش در فضای باز و نور مرئی، دما، رطوبت، بارندگی و غیره و همچنین موارد پیری اکسیژن حرارتی را تعیین می کند: حالت پس از گرم شدن در دمای 150 درجه به مدت 30 دقیقه قرار می گیرد، مشاهده بصری بررسی کنید که آیا حباب، ترک، حفره یا جدایی وجود دارد تا مقاومت حرارتی پروفیل را بررسی کنید. نمونه دیگر محصولی است که کشور من در بازار بین المللی قابل رقابت است: کفش صادراتی تجارت خارجی. در حین استفاده، اشعه ماوراء بنفش در نور خورشید عامل اصلی تغییر رنگ و محو شدن کفش است. بنابراین لازم است از جعبه نور UV برای تست مقاومت زرد شدن آنها استفاده شود.
محفظه تست مقاومت زرد شدن کفش معمولاً از یک لامپ UV 30 واتی استفاده می کند. نمونه 20 سانتی متر از منبع نور فاصله دارد. تغییر رنگ پس از 3 ساعت قرار گرفتن در معرض مشاهده می شود. ضمناً در حین حمل و نقل، محیط گرم، مرطوب و خشن ظرف باعث تغییر رنگ، لک و حتی خراب شدن رویه، زیره و چسب کفش می شود. بنابراین، قبل از حمل و نقل، انجام آزمایش پیری مقاومت در برابر حرارت و رطوبت برای شبیه سازی محیط گرما و رطوبت بالا در کانتینر ضروری است. در شرایط 70 درجه و رطوبت نسبی 95 درصد پس از 48 ساعت آزمایش، ظاهر و تغییر رنگ را مشاهده کنید.
2. انتخاب منبع نور برای آزمایش پیری تسریع شده مصنوعی
آزمایش قرار گرفتن در معرض منبع نور آزمایشگاهی: می تواند به طور همزمان نور، اکسیژن، گرما، بارندگی و سایر عوامل را در محیط مرئی جو در یک محفظه آزمایش شبیه سازی کند. این یک روش آزمایش پیری شتاب مصنوعی متداول است. در میان این عوامل شبیه‌سازی، منبع نور از اهمیت نسبی برخوردار است. تجربه نشان می دهد که طول موج های نور خورشید که باعث آسیب به مواد پلیمری می شود، عمدتاً در نور ماوراء بنفش و مقداری نور مرئی متمرکز می شوند.
منابع نور مصنوعی مورد استفاده در حال حاضر تلاش می کنند منحنی توزیع طیف انرژی را در این محدوده طول موج نزدیک به طیف خورشیدی کنند. شبیه سازی و نرخ شتاب مبنای اصلی انتخاب منابع نور مصنوعی است. پس از حدود یک قرن توسعه، منابع نور آزمایشگاهی شامل لامپ‌های قوس کربنی بسته، لامپ‌های قوس کربنی نوع نور خورشید، لامپ‌های فرابنفش فلورسنت، لامپ‌های قوس زنون، لامپ‌های جیوه فشار بالا و سایر منابع نوری برای انتخاب می‌شوند. کمیته‌های فنی مرتبط با مواد پلیمری در سازمان بین‌المللی استاندارد (ISO) عمدتاً استفاده از سه منبع نور را توصیه می‌کنند: لامپ‌های قوس کربنی خورشیدی، لامپ‌های فلورسنت فرابنفش و لامپ‌های قوس زنون.
01. لامپ قوس زنون
در حال حاضر اعتقاد بر این است که توزیع انرژی طیفی لامپ‌های قوس زنون در بین منابع نور مصنوعی شناخته‌شده شبیه به بخش‌های فرابنفش و مرئی نور خورشید است. با انتخاب یک فیلتر مناسب، بیشتر تابش موج کوتاه موجود در نور خورشید که به زمین می رسد را می توان فیلتر کرد. لامپ های زنون دارای تابش قوی در ناحیه مادون قرمز 1000 نانومتر تا 1200 نانومتر هستند و مقدار زیادی گرما تولید می کنند.
بنابراین باید یک دستگاه خنک کننده مناسب انتخاب شود تا این انرژی را از بین ببرد. در حال حاضر دو روش خنک کننده برای تجهیزات تست پیری لامپ زنون در بازار وجود دارد: آب خنک و هوا خنک. به طور کلی، اثر خنک کنندگی دستگاه های لامپ زنون آب خنک بهتر از دستگاه های خنک کننده با هوا است. در عین حال، ساختار پیچیده تر و قیمت گران تر است. از آنجایی که انرژی قسمت فرابنفش لامپ زنون کمتر از دو منبع نوری دیگر افزایش می یابد، از نظر سرعت شتاب کمترین مقدار است.
02. لامپ فلورسنت UV
از نظر تئوری، انرژی موج کوتاه 300 نانومتر تا 400 نانومتر عامل اصلی پیری است. اگر این انرژی افزایش یابد، می توان به آزمایش سریع دست یافت. توزیع طیفی لامپ های UV فلورسنت عمدتاً در قسمت فرابنفش متمرکز است، بنابراین می تواند به نرخ های شتاب بالاتری دست یابد.
اما لامپ های فلورسنت UV نه تنها انرژی ماوراء بنفش را در نور طبیعی خورشید افزایش می دهند، بلکه انرژی ای را که در نور طبیعی خورشید در سطح زمین وجود ندارد، ساطع می کنند و این انرژی می تواند آسیب های غیرطبیعی ایجاد کند. علاوه بر این، به جز خط طیفی جیوه بسیار باریک، منبع نور فلورسنت انرژی بالاتر از 375 نانومتر ندارد، بنابراین موادی که به انرژی UV با طول موج طولانی‌تر حساس هستند ممکن است مانند زمانی که در معرض نور طبیعی خورشید قرار می‌گیرند تغییر نکنند. این نقص های ذاتی می تواند منجر به نتایج غیر قابل اعتماد شود.
بنابراین، لامپ های فلورسنت UV ضعیف شبیه سازی شده اند. با این حال، به دلیل سرعت بالای آن، غربالگری سریع مواد خاص را می توان با انتخاب نوع مناسب لامپ به دست آورد.
03. لامپ قوس کربنی نور خورشید
لامپ های قوس کربنی از نوع نور خورشید در حال حاضر به ندرت در کشور ما استفاده می شوند، اما در ژاپن از منابع نوری پرکاربرد هستند. اکثر استانداردهای JIS از لامپ های قوس کربنی از نوع نور خورشید استفاده می کنند. بسیاری از شرکت‌های خودروسازی در کشور من که سرمایه‌گذاری مشترک با ژاپن دارند، هنوز استفاده از این منبع نور را توصیه می‌کنند. توزیع انرژی طیفی لامپ قوس کربن خورشیدی نیز به نور خورشید نزدیک‌تر است، اما پرتوهای فرابنفش از 370 نانومتر تا 390 نانومتر متمرکز و تقویت می‌شوند. شبیه سازی به خوبی لامپ زنون نیست و نرخ شتاب بین لامپ زنون و لامپ فرابنفش است.
3. تعیین زمان تست پیری تسریع شده مصنوعی
1. به استانداردها و مقررات مربوط به محصول مراجعه کنید
استانداردهای محصول مربوطه قبلاً زمان آزمایش پیری را مشخص کرده است. فقط باید استانداردهای مربوطه را پیدا کرده و طبق زمان مشخص شده در آن اجرا کنیم. بسیاری از استانداردهای ملی و استانداردهای صنعتی این را تصریح کرده اند.
2. محاسبه بر اساس همبستگی های شناخته شده
تحقیقات نشان می دهد که ثبات رنگ ABS از طریق تغییرات رنگ و شاخص زرد شدن ارزیابی می شود. پیری تسریع شده مصنوعی همبستگی خوبی با قرار گرفتن در معرض اتمسفر طبیعی دارد و میزان شتاب آن حدود 7 است. اگر می خواهید تغییر رنگ یک ماده ABS خاص پس از یک سال استفاده در فضای باز را بدانید و از همان شرایط تست استفاده کنید، می توانید به ادامه مطلب مراجعه کنید. نرخ شتاب برای تعیین زمان پیری تسریع شده 365x24/{3}}ساعت.
برای مدت طولانی، تحقیقات زیادی در مورد مسائل همبستگی در داخل و خارج انجام شده است و بسیاری از روابط تبدیلی به دست آمده است. با این حال، به دلیل تنوع مواد پلیمری، تفاوت در تجهیزات و روش های آزمایش پیری تسریع شده و تفاوت در آب و هوا در زمان ها و مناطق مختلف، رابطه تبدیل پیچیده است. بنابراین، هنگام انتخاب رابطه تبدیل، باید به مواد خاص، تجهیزات قدیمی، شرایط آزمایش، شاخص‌های ارزیابی عملکرد و سایر عواملی که همبستگی را ایجاد می‌کنند، توجه کنیم.
3. مقدار کل تشعشعات پیری تسریع شده مصنوعی را کنترل کنید تا معادل مقدار کل تابش نور طبیعی باشد.
برای برخی از محصولاتی که استانداردهای مربوطه ندارند و هیچ مرجعی برای همبستگی ندارند، می‌توان شدت تابش محیط استفاده واقعی را در نظر گرفت و مقدار کل تشعشعات پیری تسریع‌شده مصنوعی باید به‌گونه‌ای کنترل شود که معادل مقدار کل تابش نور طبیعی باشد. .
مثال: نحوه کنترل میزان کل تشعشعات پیری تسریع شده مصنوعی
یک محصول پلاستیکی خاص در منطقه پکن استفاده می‌شود و انتظار می‌رود که میزان کل تشعشع پیری تسریع‌شده مصنوعی معادل یک سال قرار گرفتن در فضای باز را کنترل کند.
مرحله 1: از آنجایی که این محصول یک محصول پلاستیکی است و در فضای باز استفاده می‌شود، روش A را در GB/T16422 انتخاب کنید.2-1996 «روش‌های آزمایش قرار گرفتن در معرض منبع نور آزمایشگاهی پلاستیک قسمت 2: لامپ قوس زنون».
شرایط آزمایش عبارتند از: شدت تابش 0.50 وات بر متر مربع (340 نانومتر)، دمای تخته سیاه 65 درجه، دمای جعبه 40 درجه، رطوبت نسبی 50 درصد، زمان پاشش آب/بدون زمان پاشش آب 18 دقیقه/102 دقیقه، نور مداوم.
مرحله 2: مجموع تشعشعات سالانه در پکن حدود 5609MJ/m2 است. طبق استاندارد بین‌المللی CIENo85-1989 (GB/T16422.1-1996 "روش‌های آزمایش قرار گرفتن در معرض منبع نور آزمایشگاهی پلاستیکی" برای مقایسه توزیع طیفی منابع نور مصنوعی و نور طبیعی خورشید) بخش: به نقل از "قوس زنون" لامپ") که نواحی فرابنفش و مرئی (300 نانومتر تا 800 نانومتر) 62.2٪ یا 3489MJ/m2 را تشکیل می دهند.
مرحله 3: طبق GB/T16422.2-1996
وقتی شدت تابش 340nm 0.50 W/m2 باشد، شدت تابش در نواحی مادون قرمز و مرئی (300nm~800nm) 550W/m2 است. زمان تابش را می توان به صورت 3489X106/{10}}.344X106s محاسبه کرد که 1762 ساعت است. بر اساس این روش محاسبه، ضریب شتاب حدود 5 است. از آنجایی که پیری طبیعی یک برهم نهی ساده از شدت تابش نیست، تنها مشخص می شود که نور خورشید باعث ایجاد ماده می شود.
4. انتخاب شاخص های ارزیابی عملکرد برای تست پیری تسریع شده مصنوعی
انتخاب شاخص های ارزیابی عملکرد عمدتا از دو جنبه مورد توجه قرار می گیرد: استفاده از مواد و ویژگی های خود ماده.
1. شاخص ارزیابی را با توجه به استفاده از مواد تعیین کنید. برای یک ماده، به دلیل کاربردهای متفاوت آن، ممکن است شاخص های ارزیابی متفاوتی انتخاب شود. به عنوان مثال، اگر از همان رنگ برای تزئین استفاده شود، باید تغییر ظاهر آن را در نظر گرفت. در GB/T1766-1995 «رده‌بندی پیری پوشش‌های رنگ و لاک»، روش‌های رتبه‌بندی برای تغییرات ظاهری مختلف مانند براقیت، تغییر رنگ، گچ‌زدگی و روکش طلایی به تفصیل مشخص شده است.
برای برخی از پوشش های کاربردی مانند پوشش های ضد خوردگی، درجه خاصی از تغییر رنگ و ظاهر قابل قبول است. در این زمان، هنگام انتخاب شاخص های ارزیابی، ملاحظات اصلی آن مقاومت به ترک، درجه پودر شدن و غیره است. همچنین پلی وینیل کلراید (PVC) است. اگر از آن برای ساخت رویه کفش استفاده می شود، باید مقاومت آن را در برابر زرد شدن در نظر گرفت. در صورت استفاده در لوله های بارانی، الزامات تغییرات ظاهری زیاد نیست و خواص فیزیکی و مکانیکی مواد مانند کشش تغییر می کند. تغییر در استحکام کششی شاخص اصلی ارزیابی است.
2. شاخص ارزیابی را بر اساس ویژگی های خود ماده تعیین کنید. برای یک ماده، خواص مختلف در طول فرآیند پیری به میزان نابرابر کاهش می یابد. به عبارت دیگر برخی از خواص به محیط حساس بوده و به سرعت کاهش می یابد که عامل اصلی ایجاد خسارت مادی است. هنگام انتخاب شاخص های ارزیابی، این ویژگی های حساس باید انتخاب شوند. تحقیقات نشان می دهد که برای اکثر پلاستیک های مهندسی، مقاومت ضربه به شدت تغییر می کند و به طور قابل توجهی در طول آزمایش های پیری طبیعی کاهش می یابد.
بنابراین، هنگام انجام آزمایش های پیری پلاستیک های مهندسی، اولویت باید به انتخاب کاهش مقاومت ضربه به عنوان شاخص ارزیابی داده شود. استحکام ضربه نیز به پیری پلی پروپیلن بسیار حساس است و شاخص اصلی برای ارزیابی عملکرد پیری است. برای مواد پلی اتیلن، کاهش ازدیاد طول در هنگام شکست آشکارتر است و شاخص ارزیابی اولویت است. برای پلی وینیل کلراید، هم استحکام کششی و هم مقاومت ضربه ای نسبتاً سریع کاهش می یابد و یکی از آنها باید بر اساس وضعیت واقعی برای ارزیابی انتخاب شود.
در استاندارد ملی GB/T8814-2004 "پروفیل های پلی وینیل کلرید غیرپلاستیک (PVC-U) برای درها و پنجره ها"، نرخ حفظ استحکام ضربه پس از کهنه شدن بیش از یا مساوی 60٪ به عنوان شاخص صلاحیت انتخاب شده است. در استاندارد صنعت سبک QB/T{3}} لوله‌ها و اتصالات آب باران پلی‌وینیل کلرید صلب (PVC-U) برای ساخت و ساز، میزان حفظ استحکام کششی پس از کهنه‌سازی به عنوان معیار صلاحیت بیشتر یا برابر با ۸۰ درصد است.