WikiDer > Погодные испытания полимеров

Weather testing of polymers

Погодные испытания полимеров контролируемый разложение полимера и полимер покрытие разложение в лабораторных или естественных условиях.

Так же, как эрозия горных пород, природные явления могут вызывать деградацию полимерных систем. Наиболее важными для полимеров элементами являются: ультрафиолетовый радиация, влажность и влажность, высокие температуры и температурные колебания. Полимеры используются в повседневной жизни, поэтому для ученых и производителей полимеров важно понимать долговечность и ожидаемый срок службы полимерных продуктов. Краска, обычное полимерное покрытие, используется для изменения цвет, изменим коэффициент отражения (блеск), а также образуют защитное покрытие. В состав краски входят: пигменты в матрице смолаТипичный пример расписан стали кровельные и стеновые изделия, которые постоянно подвергаются вредному воздействию выветривание условия.

Типичный результат полимерной поверхности после выветривания

  • Рисунок 1.1: Образцы окрашенной стали, подвергшиеся атмосферным воздействиям и неповрежденным. Обратите внимание на изменение цвета.

  • Рисунок 1.2: Диаграмма, показывающая пигменты краски в матрице смолы. Видно, что выветривание удаляет только более мелкие пигменты, что приводит к изменению цвета.

На рисунке 1.1 показаны типичные результаты атмосферных воздействий образца окрашенной стали; краска на стали является примером обычной полимерной системы. Образец слева был помещен в стойку для открытой выдержки и выдерживался в общей сложности 6 лет. Видно, что образец имеет меловой вид и претерпел изменение цвета по сравнению с образцом без выветривания справа.

Цвет определяется отражающими свет химическими частицами, пигментами в краске. Эти частицы могут иметь самые разные физические размеры, как показано на диаграмме на рисунке 1.2. В этом примере черные пигменты представляют собой маленькие черные точки; красные пигменты - это большие сферы, а желтые пигменты - игольчатый. Эта комбинация пигментов дает оригинальный коричневый цвет. Верхняя диаграмма не выветрилась, поверхность по-прежнему гладкая и неповрежденная. На нижнем графике показана окрашенная поверхность после выветривания. Поверхность подверглась эрозии со значительной потерей черного и красного пигментов из поверхностного слоя. Рваная поверхность рассеивает свет, уменьшая тем самым блеск и создавая эффект мела. Более крупные игольчатые желтые пигменты труднее удалить, что приводит к изменению цвета в сторону более желтого цвета. Погодные испытания сыграли решающую роль в открытии этого механизма. Состав пигмента недавно был изменен, чтобы минимизировать этот эффект.

Виды погодных испытаний

Есть 3 основных метода тестирования; Естественное выветривание, ускоренное естественное выветривание и искусственное выветривание. Поскольку естественное выветривание может быть медленным процессом, каждый из методов представляет собой компромисс между реалистичными результатами выветривания и продолжительностью испытаний до сопоставления результатов.

Естественное выветривание

Типичная стойка для испытаний на естественную погоду. Этот расположен в Белламби, Новый Южный Уэльс, Австралия

Естественное выветривание предполагает размещение образцов на наклонных стеллажах, ориентированных по солнце. В Северное полушарие эти стойки расположены под углом 45 градусов к югу. В Южное полушарие эти стойки расположены под углом 45 градусов к северу, что обеспечивает полное экспонирование. спектр из солнечная радиация, из инфракрасный к Ультрафиолетовый.Площадки, используемые для этого типа испытаний, обычно находятся в тропических регионах, так как высокая температура, интенсивность УФ-излучения и влажность необходимы для максимальной деградации.Флорида, например, является мировым стандартом, поскольку обладает всеми тремя характеристиками. Несмотря на суровые условия, испытания занимают несколько лет, прежде чем будут достигнуты существенные результаты.

Ускоренное естественное выветривание

Чтобы ускорить процесс выветривания при сохранении естественных погодных условий, можно применить ускоренные естественные испытания. В одном методе используются зеркала для усиления доступного УФ-излучения. В устройстве, известном как концентратор, отражающий Френеля, используются фоторецепторные ячейки для поддержания согласованности с солнцем и 10 зеркал для отражения солнечного света на испытуемые образцы. С помощью новейших технологий для испытаний с ультра-ускоренным воздействием можно смоделировать 63-летнее воздействие УФ-излучения за один год.[1]

Такие устройства, известные под торговыми марками Acuvex, Q-Trac и Emma, ​​обычно используются в Аризоне и других пустынных местах с высоким процентом солнечного света и низкой относительной влажностью. В Аризона пустыня обычно обеспечивает 180 кгЛэнгли Эти экспозиции можно использовать с распылителем воды для имитации более влажного климата. Кроме того, можно распылять воду, содержащую до 5% хлорида натрия, чтобы создать условия для возникновения коррозии.

Это типично для ускорения выветривания в 5 раз по сравнению с выветриванием во Флориде.[нужна цитата]

Атрак в Таунсвилле, Австралия, использует технологию «следуй за солнцем», в которой образцы поворачиваются так, чтобы они всегда были обращены к солнцу. За 17 месяцев это эквивалентно 2 годам выветривания.

Разнообразие камеры окружающей среды также используются в промышленности стандарты.

Искусственное выветривание

Процесс погодных испытаний можно значительно ускорить за счет использования специально разработанных атмосферных камер. Хотя это ускоряет время, необходимое для получения результатов, условия не всегда соответствуют условиям реального мира. Большинство коммерческих устройств используют Газоразрядная лампа (например. ксеноновые дуговые лампы), электрическая дуга (углерод) или флюоресцентные лампы для имитации / ускорения воздействия солнечного света. Ксеноновые, ртутные, металлогалогенные или угольные дуговые лампы следует использовать с осторожным устранением более коротких волн, обычно добавляя боросиликатный фильтр. В Флюоресцентные лампы короткое УФ-излучение преобразуется в видимый свет или в длинноволновое УФ-излучение с флуоресцентным покрытием.

Флуоресцентный УФ

Флуоресцентные УФ-испытания на ускоренное атмосферное воздействие - это лабораторное моделирование разрушительных воздействий погоды с целью прогнозирования относительной прочности материалов, подверженных воздействию внешней среды. Стойки с образцами помещаются в люминесцентную УФ камеру. Системы дождя и росы моделируются системами распыления и конденсации под давлением, а разрушающее воздействие солнечного света моделируется люминесцентными УФ-лампами. Температура воздействия регулируется автоматически. Также можно моделировать циклические погодные условия. Для УФ-тестирования обычно используются три типа люминесцентных ламп. Два из них относятся к типу UVB (УФ-излучение со средней длиной волны), а третье - к УФ-излучению с более длинными волнами, аналогичному черному свету. Все эти лампы излучают в основном ультрафиолетовый свет, а не видимый или инфракрасный свет. Используемая лампа и, следовательно, длина волны излучаемого УФ-света будут влиять на реалистичность окончательных результатов деградации. В действительности естественный солнечный свет содержит излучение из многих областей спектра. Это включает как UVA, так и UVB, однако UVB-излучение находится на самом низком уровне естественного света и менее преобладает, чем UVA. Поскольку он имеет более короткую длину волны, он также имеет более высокую энергию. Это делает УФВ более опасным не только потому, что он увеличивает кинетику химических реакций, но и потому, что он может инициировать протекание химических реакций, которые обычно невозможны в естественных условиях. По этой причине было показано, что испытания с использованием только ламп UVB плохо коррелируют с испытаниями тех же образцов при естественной погоде.

SEPAP

Вид на тестер погоды SEPAP

СЕНТЯБРЬ 12-24 fr: Photovieillissement accéléré en SEPAP был разработан в конце семидесятых годов учеными из университета Блеза Паскаля. [1],[2] специалистам в области молекулярной фотохимии, чтобы вызвать в ускоренных контролируемых условиях те же химические процессы, которые происходят в долгосрочной перспективе под постоянными физико-химическими воздействиями окружающей среды, т.е. УФ - тепло - кислород воздуха и вода в качестве отягчающего агента.
Эта камера старения, основанная на фундаментальных концепциях, сильно отличается от блоков старения, основанных на моделировании стрессов окружающей среды в неускоренных условиях, как в некоторых приборах на основе ксенона. В SEPAP 12-24:

  • образцы вращаются, чтобы обеспечить однородное воздействие;
  • падающий свет подается четырьмя средними давлениями Лампы ртутные фильтруется боросиликатной оболочкой ламп; падающий свет не содержит излучений с длиной волны менее 300 нм. Хотя спектральное распределение не моделирует солнечный свет, колебательные релаксации, которые происходят из каждого возбужденного состояния, гарантируют отсутствие какого-либо эффекта длины волны при возбуждении ртутной дуги, спектральное распределение света влияет только на скорость фотореакций. Эта концепция была в значительной степени проверена за последние 30 лет;
  • поскольку фотохимическая активация (из-за УФ) и тепловое возбуждение не могут быть деконъюгированы, важно контролировать температуру поверхностей образцов, непосредственно подвергающихся воздействию света. Запатентованное устройство обеспечивает выполнение этого требования в SEPAP 12-24;
  • вода, присутствующая в полимерной смеси, представленной в SEPAP 12-24, образуется в результате разложения первичных гидропероксидов; внешняя вода не попадает на экспонированный образец. Воздействие воды на искусственное старение обрабатывается либо в SEPAP 12-24 H (при сопряжении с воздействием УФ, тепла и кислорода), либо посредством постфотохимических погружений в нейтральную воду (при отсутствии сопряженных эффектов ») .

Контроль долговечности полимерных составов посредством испытаний SEPAP 12-24 в настоящее время требуется некоторыми французскими и европейскими стандартами и многими промышленными компаниями (см. Список на [3])
(Французский) Национальный центр оценки фотозащиты (CNEP) в настоящее время использует SEPAP для промышленных приложений и более широко занимается анализом полимеров и их отказов (Национальный центр оценки фотозащиты) для пластмассовой промышленности.

Смотрите также

Рекомендации

  • СТАНДАРТЫ ASTM B117: Стандартный метод испытания солевым туманом,
  • ASTM D1014 (45 ° северной широты): Метод испытаний для проведения испытаний красок на стали на внешнее воздействие.
  • ASTM G90: Стандартная практика выполнения ускоренного атмосферного воздействия на неметаллические материалы на открытом воздухе с использованием концентрированного естественного солнечного света
  • ASTM G154: Стандартная практика эксплуатации люминесцентных осветительных приборов для УФ-облучения неметаллических материалов.
  • Q.U.V. Руководство по эксплуатации ускоренного тестера погодных условий, Q-Lab Corporation, Кливленд, Огайо, США, www.q-lab.com.
  • УФ-выветривание и соответствующие методы испытаний, Cabot corporation, www.cabot-corp.com
  • G.C. Иствуд, А. Ледвит, С. Руссо, П. Сигвальт, том 6; «Полимерные реакции, т. 6» в Всесторонняя наука о полимерах, Pergamon press, 1989, ISBN 0-08-036210-9
  • Оливье Хайлян, «Полимерное выветривание: смесь эмпиризма и науки», Новости продукции и технологий для испытаний материалов, 2006, 36 (76), 3-12 [4]
  • Жак Лемер, «Прогнозирование долговечности полимеров» в Chemtech, October 1996, 42-47.

Интернет-ссылки

  1. ^ 63 года воздействия ультрафиолета за 1 год