Погодные испытания полимеров - Weather testing of polymers

Погода испытания полимеров является контролируемое разложение полимера и полимера покрытия деградации под лаборатории или естественных условиях.

Так же, как эрозия горных пород, природные явления могут вызывать деградацию полимерных систем. Элементами, которые больше всего беспокоят полимеры, являются ультрафиолетовое излучение, влажность и влажность, высокие температуры и температурные колебания. Полимеры используются в повседневной жизни, поэтому ученым и производителям полимеров важно понимать долговечность и ожидаемый срок службы полимерных продуктов. Краска , обычное полимерное покрытие, используется для изменения цвета , изменения отражательной способности ( блеска ), а также для формирования защитного покрытия. В состав краски входят пигменты в матрице смолы . Типичный пример - окрашенная сталь.кровельные и стеновые изделия, которые постоянно подвергаются неблагоприятным погодным условиям.

Типичный результат полимерной поверхности после выветривания

  • Рисунок 1.1: Образцы окрашенной стали, подвергшиеся атмосферным воздействиям и не подвергшиеся атмосферным воздействиям. 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 для образца окрашенной стали; краска на стали является примером обычной полимерной системы. Образец слева был помещен в стойку для открытой выдержки и выдерживался в течение 6 лет. Можно видеть, 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 - это маленькие черные точки; красные пигменты представляют собой более крупные сферы, а желтые пигменты игольчатые . Эта комбинация пигментов дает оригинальный коричневый цвет. Верхняя диаграмма не подверглась выветриванию, а поверхность по-прежнему гладкая и неповрежденная. На нижнем рисунке 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. Он расположен в Белламби, Новый Южный Уэльс , Австралия.

Естественное выветривание предполагает размещение образцов на наклонных стеллажах, ориентированных на солнце . В Северном полушарии эти стойки расположены под углом 45 градусов к югу. В Южном полушарии эти стойки расположены под углом 45 градусов к северу. Этот угол обеспечивает воздействие полного спектра от солнечного излучения , от инфракрасного до ультрафиолетового . Площадки, используемые для этого типа испытаний, обычно находятся в тропических регионах, так как высокая температура, интенсивность ультрафиолетового 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 сохранения ориентации по солнцу и 10 зеркал для отражения солнечного света на тестируемые образцы. С помощью новейших технологий для испытаний с ультра-ускоренным воздействием можно смоделировать 63-летнее воздействие УФ-излучения за один год.

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. Аризона пустыни обычно обеспечивает 180 кило- Лэнгли в год. Эти экспозиции можно использовать с водяным орошением 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.

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

Также используются различные экологические камеры в соответствии с отраслевыми стандартами .

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. В большинстве коммерческих устройств используются газоразрядные лампы (например, ксеноновые дуговые лампы ), дуговые (угольные) или люминесцентные лампы для имитации / ускорения воздействия солнечного света. Ксеноновые, ртутные, металлогалогенные или угольные дуговые лампы следует использовать с осторожным устранением более коротких длин волн, как правило, путем добавления боросиликатного фильтра. В люминесцентных лампах короткое УФ-излучение преобразуется в видимый свет или длинноволновое УФ-излучение с помощью флуоресцентных покрытий.

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 помещают в люминесцентную УФ камеру. Системы дождя и росы моделируются системами распыления и конденсации под давлением, в то время как 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 большей длиной волны, аналогичному черному свету. Все эти лампы излучают в основном ультрафиолетовый свет, а не видимый или инфракрасный свет. Используемая лампа и, следовательно, длина волны излучаемого ультрафиолетового света будут влиять на реалистичность окончательных результатов деградации. На самом деле естественный солнечный свет содержит излучение из многих областей спектра. Сюда входят 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 UVB более разрушительным не только потому, что он увеличивает кинетику химической реакции, но также 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

SEPAP 12-24 пт: Photovieillissement accéléré ан SEPAP был разработан, в конце семидесятых, учеными университета Блез Паскаль [1] , [2] специалисты молекулярной фотохимии, чтобы спровоцировать в ускоренных контролируемых условиях одни и те же химические эволюций как те, которые происходят в течение длительного времени в условиях постоянных физико-химических воздействий окружающей среды, например, УФ - тепло - кислород воздуха и вода как отягчающее средство.
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 12-24 СЕНТЯБРЯ:

  • образцы вращаются, чтобы обеспечить однородное воздействие;
  • падающий свет подается четырьмя ртутными лампами среднего давления, фильтруемыми боросиликатной оболочкой ламп; падающий свет не содержит излучений с длиной волны меньше 300 нм. Хотя спектральное распределение не имитирует солнечный свет, колебательные релаксации, которые происходят из каждого возбужденного состояния, гарантируют отсутствие какого-либо влияния 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 промышленного применения и, в более широком смысле, участвует в анализе полимеров и отказов полимеров ( Национальный центр оценки фотозащиты ) для пластмассовой промышленности.

Смотрите также

использованная литература

  • 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 проведения 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.
  • Руководство по эксплуатации ускоренного погодного тестера QUV, Q-Lab Corporation, Кливленд, Огайо, США, www.q-lab.com.
  • УФ-выветривание и соответствующие методы испытаний, Cabot corporation, www.cabot-corp.com
  • GC Eastwood, A. Ledwith, S. Russo, P. Sigwalt, vol 6; «Полимерные реакции, том 6» в « Всесторонней науке о полимерах», Pergamon press, 1989, ISBN  0-08-036210-9
  • Оливье Хейллант, «Выветривание полимеров: смесь эмпиризма и науки», Material Testing Product and Technology News , 2006 г., 36 (76), 3-12 [4]
  • Жак Лемер, «Прогнозирование долговечности полимеров» в Chemtech , октябрь 1996 г., стр. 42-47.

Интернет-ссылки

  1. ^ 63 года воздействия ультрафиолета за 1 год