כיצד לקבוע את תנאי הבדיקה ואת זמן הבדיקה למבחן ההזדקנות?

1. בחירת תנאי בדיקת הזדקנות מואצת מלאכותית
ניתן למעשה להבין שאלה זו כאל אילו גורמי הזדקנות יש לדמות. במהלך השימוש בחומרים פולימריים, לגורמים רבים בסביבת האקלים עשויה להיות השפעה על ההזדקנות של חומרים פולימריים. אם הגורמים העיקריים הגורמים להזדקנות ידועים מראש, ניתן לבחור בצורה ממוקדת את שיטת הבדיקה.
אנו יכולים לקבוע את שיטת הבדיקה על ידי התחשבות בהובלה, אחסון, סביבת השימוש ומנגנון ההזדקנות של החומר. לדוגמה, פרופילי פוליוויניל כלוריד קשיחים עשויים מפוליוויניל כלוריד כחומר גלם ומתווספים אליהם תוספים כגון מייצבים ופיגמנטים. הם משמשים בעיקר בחוץ. בהתחשב במנגנון ההזדקנות של PVC, PVC קל לפירוק כאשר מחומם; בהתחשב בסביבת השימוש, חמצן, אור אולטרה סגול, חום ולחות באוויר הם כולם גורמים להזדקנות הפרופיל.
לכן, התקן הלאומי GB/T8814-2004 "פרופילי פוליוויניל כלוריד לא פלסטיים (PVC-U) לדלתות וחלונות" קובע לא רק את שיטת בדיקת הזדקנות הפוטו-חמצן, אלא גם מאמץ GB/T16422.2 "מקור אור מעבדתי מפלסטיק מבחן חשיפה" חלק 2 של השיטה: מנורת קשת קסנון התיישנות במשך 4000 שעות או 6000 שעות, המדמה גורמים כגון אור אולטרה סגול חיצוני ואור נראה, טמפרטורה, לחות, גשמים וכו', וכן קובע את פריטי ההזדקנות החמצן התרמי: מצב לאחר חימום , מונח על 150 מעלות למשך 30 דקות, התבוננות ויזואלית בדוק אם יש בועות, סדקים, חריצים או הפרדה כדי לבחון את עמידות הפרופיל בחום. דוגמה נוספת היא מוצר שלמדינה שלי יש תחרותיות בשוק הבינלאומי: נעלי יצוא סחר חוץ. במהלך השימוש, קרניים אולטרה סגולות באור השמש הן הגורם העיקרי לשינוי צבע ודהייה של נעליים. לכן, יש צורך להשתמש בקופסת אור UV כדי לבדוק את ההתנגדות להצהבה שלהם.
תא בדיקת ההתנגדות להצהבה של הנעלה בשימוש נפוץ משתמש במנורת UV 30W. הדוגמה נמצאת במרחק של 20 ס"מ ממקור האור. השינוי בצבע נצפה לאחר 3 שעות של חשיפה. יחד עם זאת, במהלך ההובלה, הסביבה החמה, הלחה והקשה במיכל תגרום לשינויי צבע, כתמים ואף להתדרדרות של גפות הנעל, הסוליות והדבק. לכן, לפני המשלוח, יש לשקול עריכת בדיקת יישון עמידות בחום ולחות כדי לדמות את סביבת החום הגבוה והלחות הגבוהה במיכל. בתנאים של 70 מעלות ו-95% לחות יחסית, צפו במראה ובשינויי הצבע לאחר 48 שעות בדיקה.

2. בחירת מקור אור לבדיקת הזדקנות מואצת מלאכותית
בדיקת חשיפה למקור אור במעבדה: זה יכול לדמות בו-זמנית אור, חמצן, חום, גשם וגורמים אחרים בסביבה הנראית באטמוספירה בתא בדיקה. זוהי שיטת בדיקת הזדקנות מואצת מלאכותית נפוצה. בין גורמי הדמיה אלו, מקור האור חשוב יחסית. הניסיון מלמד כי אורכי הגל באור השמש הגורמים נזק לחומרים פולימריים מרוכזים בעיקר באור אולטרה סגול ובחלק מהאור הנראה.
מקורות האור המלאכותי המשמשים כיום שואפים להפוך את עקומת חלוקת ספקטרום האנרגיה בטווח אורכי גל זה קרוב לספקטרום השמש. סימולציה וקצב האצה הם הבסיס העיקרי לבחירת מקורות אור מלאכותיים. לאחר כמאה שנה של פיתוח, מקורות האור במעבדה כוללים מנורות קשת פחמן סגורות, מנורות קשת פחמן מסוג אור שמש, מנורות אולטרה סגול פלורסנט, מנורות קשת קסנון, מנורות כספית בלחץ גבוה ומקורות אור אחרים לבחירה. ועדות טכניות הקשורות לחומרים פולימריים בארגון הבינלאומי לתקינה (ISO) ממליצות בעיקר על שימוש בשלושה מקורות אור: מנורות קשת פחמן סולארית, מנורות אולטרה סגול פלורסנט ומנורות קשת קסנון.
01. מנורת קשת קסנון
כיום מאמינים שחלוקת האנרגיה הספקטרלית של מנורות קשת קסנון בין מקורות אור מלאכותיים ידועים דומה ביותר לחלקים האולטרה-סגולים והנראים של אור השמש. על ידי בחירת מסנן מתאים, ניתן לסנן את רוב קרינת הגלים הקצרים הקיימת באור השמש המגיעה לקרקע. למנורות קסנון יש קרינה חזקה באזור האינפרא אדום של 1000nm~1200nm ומייצרות כמות גדולה של חום.
לכן, יש לבחור מכשיר קירור מתאים שיוציא את האנרגיה הזו. נכון לעכשיו, קיימות בשוק שתי שיטות קירור לציוד לבדיקת מנורת קסנון: מקורר מים ומקורר אוויר. באופן כללי, אפקט הקירור של מכשירי מנורת קסנון מקוררים במים טוב יותר מזה של מכשירי קסנון מקוררים באוויר. יחד עם זאת, המבנה מורכב יותר והמחיר יקר יותר. מכיוון שהאנרגיה של החלק האולטרה-סגול של מנורת הקסנון עולה פחות משני מקורות האור האחרים, היא הנמוכה ביותר מבחינת קצב האצה.
02. מנורת UV פלורסנט
תיאורטית, אנרגיית גל קצר של 300 ננומטר ~ 400 ננומטר היא הגורם העיקרי הגורם להזדקנות. אם אנרגיה זו מוגברת, ניתן להגיע לבדיקה מהירה. ההתפלגות הספקטרלית של מנורות UV פלורסנט מרוכזת בעיקר בחלק האולטרה סגול, כך שהיא יכולה להשיג קצבי תאוצה גבוהים יותר.
עם זאת, מנורות UV פלורסנט לא רק מגבירות את האנרגיה האולטרה סגולה באור השמש הטבעי, אלא גם מקרינות אנרגיה שאינה קיימת באור השמש הטבעי כאשר נמדדת על פני כדור הארץ, ואנרגיה זו עלולה לגרום לנזק לא טבעי. בנוסף, פרט לקו הספקטרלי הכספית הצר מאוד, למקור האור הפלורסנטי אין אנרגיה גבוהה מ-375 ננומטר, כך שחומרים הרגישים לאנרגיית UV באורך גל ארוך יותר עשויים שלא להשתנות כפי שהם משתנים כאשר הם נחשפים לאור שמש טבעי. פגמים מובנים אלו יכולים להוביל לתוצאות לא אמינות.
לכן, מנורות UV פלורסנט מדומות בצורה גרועה. עם זאת, בשל קצב האצה הגבוה שלו, ניתן להשיג סינון מהיר של חומרים ספציפיים על ידי בחירת סוג המנורה המתאים.
03. מנורת קשת פחמן לאור השמש
מנורות קשת פחמן מסוג אור שמש משמשות כיום לעתים רחוקות בארצנו, אך הן נמצאות בשימוש נרחב במקורות אור ביפן. רוב תקני JIS משתמשים במנורות קשת פחמן מסוג אור שמש. חברות רכב רבות במדינה שלי שהן מיזמים משותפים עם יפן עדיין ממליצות להשתמש במקור אור זה. חלוקת האנרגיה הספקטרלית של מנורת קשת הפחמן הסולארית קרובה יותר גם לזו של אור השמש, אך הקרניים האולטרה סגולות מ-370 ננומטר עד 390 ננומטר מתרכזות ומתחזקות. הסימולציה לא טובה כמו מנורת הקסנון, וקצב התאוצה הוא בין מנורת הקסנון למנורת האולטרה סגול.

3. קביעת זמן בדיקת הזדקנות מואצת מלאכותית
1. עיין בתקנים ותקנות המוצר הרלוונטיים
תקני המוצר הרלוונטיים כבר קבעו את מועד בדיקת ההזדקנות. אנחנו רק צריכים למצוא את התקנים הרלוונטיים ולבצע אותם לפי הזמן הנקוב בהם. תקנים לאומיים רבים ותקנים תעשייתיים קבעו זאת.
2. חישוב מבוסס על מתאמים ידועים
מחקרים מראים כי יציבות הצבע של ABS מוערכת באמצעות שינויים בצבע ובמדד ההצהבה. להזדקנות מואצת מלאכותית יש מתאם טוב עם חשיפה טבעית לאטמוספירה, וקצב התאוצה הוא בערך 7. אם אתה רוצה לדעת את שינוי הצבע של חומר ABS מסוים לאחר שנה אחת של שימוש בחוץ ולהשתמש באותם תנאי בדיקה, אתה יכול להתייחס ל קצב התאוצה כדי לקבוע את זמן ההזדקנות המואץ 365x24/7=1251h.
במשך תקופה ארוכה בוצעו מחקרים רבים בנושאי קורלציה מבית ומחוץ, ונגזרו יחסי גיור רבים. עם זאת, בשל מגוון החומרים הפולימריים, הבדלים בציוד ושיטות בדיקת הזדקנות מואצת והבדלים באקלים בזמנים ובאזורים שונים, יחסי ההמרה מסובכים. לכן, בבחירת קשר ההמרה, עלינו לשים לב לחומרים הספציפיים, לציוד היישון, לתנאי הבדיקה, לאינדיקטורים להערכת ביצועים ולגורמים אחרים הנגזרים את המתאם.
3. לשלוט בכמות הכוללת של קרינת הזדקנות המואצת באופן מלאכותי כך שתהיה שווה ערך לכמות הכוללת של קרינת החשיפה הטבעית
עבור מוצרים מסוימים שאין להם תקנים תואמים וללא התייחסות לקורלציה, ניתן לשקול את עוצמת הקרינה של סביבת השימוש בפועל, ויש לשלוט בכמות הכוללת של קרינת הזדקנות המואצת באופן מלאכותי כך שתהיה שווה ערך לכמות הכוללת של קרינת החשיפה הטבעית .

דוגמה: כיצד לשלוט בכמות הקרינה הכוללת של הזדקנות מואצת מלאכותית
מוצר פלסטי מסוים נמצא בשימוש באזור בייג'ינג, והוא צפוי לשלוט בכמות הקרינה הכוללת של הזדקנות מואצת באופן מלאכותי כדי להיות שווה ערך לשנה אחת של חשיפה חיצונית.
שלב 1: מכיוון שמוצר זה הוא מוצר פלסטיק ומשמש בחוץ, בחר בשיטה A ב-GB/T16422.2-1996 "שיטות בדיקת חשיפה למקור אור מפלסטיק במעבדה חלק 2: מנורת קשת קסנון".
תנאי הבדיקה הם: עוצמת הקרינה 0.50W/m2 (340nm), טמפרטורת הלוח 65 מעלות, טמפרטורת הקופסה 40 מעלות, לחות יחסית 50%, זמן התזת מים/זמן התזה ללא מים 18 דקות/102 דקות, אור מתמשך;
שלב 2: סך הקרינה השנתית בבייג'ין היא כ-5609MJ/m2. על פי התקן הבינלאומי CIENo85-1989 (GB/T16422.1-1996 "שיטות בדיקת חשיפה למקור אור מפלסטיק" להשוואת ההתפלגות הספקטרלית של מקורות אור מלאכותיים ואור שמש טבעי) חלק: מצוטט ב"קשת קסנון מנורה"); מהם האזורים האולטרה סגולים והנראה לעין (300nm~800nm) מהווים 62.2%, או 3489MJ/m2.
שלב 3: לפי GB/T16422.2-1996
כאשר עוצמת הקרינה של 340nm היא 0.50W/m2, עוצמת הקרינה באזורים האינפרא אדום והנראה לעין (300nm~800nm) היא 550W/m2; ניתן לחשב את זמן ההקרנה כ-3489X106/550=6.344X106s, כלומר 1762h. לפי שיטת חישוב זו, מקדם התאוצה הוא בערך 5. מאחר וההזדקנות הטבעית אינה סופרפוזיציה פשוטה של ​​עוצמת הקרינה, רק נקבע שאור השמש גורם לחומר.

4. בחירת מדדי הערכת ביצועים לבדיקת הזדקנות מואצת מלאכותית
בחירת מדדי הערכת ביצועים נחשבת בעיקר משני היבטים: השימוש בחומר ומאפייני החומר עצמו.
1. קבעו את מדד ההערכה לפי השימוש בחומר. עבור אותו חומר, בשל שימושיו השונים, ניתן לבחור באינדקסים שונים של הערכה. לדוגמה, אם משתמשים באותו צבע לקישוט, יש לקחת בחשבון את השינוי במראה שלו. ב-GB/T1766-1995 "דירוג ההזדקנות של ציפויי צבע ולכה", שיטות הדירוג לשינויי מראה שונים כגון ברק, שינוי צבע, גימור וגימור זהב מפורטים בפירוט.
עבור ציפויים פונקציונליים מסוימים, כגון ציפויים נגד קורוזיה, רמה מסוימת של שינויי צבע ומראה מקובלים. בשלב זה, בעת בחירת אינדיקטורים להערכה, השיקולים העיקריים הם עמידות הסדקים שלו, מידת האבקה וכו'. זה גם פוליוויניל כלוריד (PVC). אם משתמשים בו לייצור גפות נעליים, יש לשקול את עמידותו להצהבה. אם משתמשים בו בצנרת גשם, הדרישות לשינויי מראה אינן גבוהות, והתכונות הפיזיקליות והמכניות של החומר משתנות, כמו משיכה. השינוי בחוזק המתיחה הוא מדד ההערכה העיקרי.
2. קבע את מדד ההערכה על סמך מאפייני החומר עצמו. עבור אותו חומר, תכונות שונות יורדות בקצב לא שווה במהלך תהליך ההזדקנות. במילים אחרות, נכסים מסוימים רגישים לסביבה ויורדים במהירות, וזה הגורם העיקרי לנזקים חומריים. בעת בחירת אינדיקטורים להערכה, יש לבחור במאפיינים רגישים אלו. מחקרים מראים כי עבור רוב הפלסטיק ההנדסי, חוזק ההשפעה משתנה מאוד ויורד באופן משמעותי במהלך בדיקות הזדקנות טבעיות.
לכן, בעת ביצוע מבחני יישון של פלסטיק הנדסי, יש לתת עדיפות לבחירת ירידת חוזק ההשפעה כמדד ההערכה. חוזק ההשפעה רגיש מאוד גם להזדקנות של פוליפרופילן והוא המדד העיקרי להערכת ביצועי ההזדקנות. עבור חומרי פוליאתילן, הירידה בהתארכות בשבירה ברורה יותר והיא מדד הערכת העדיפות. עבור פוליוויניל כלוריד, גם חוזק המתיחה וגם חוזק ההשפעה יורדים מהר יחסית, ויש לבחור אחד מהם להערכה על סמך המצב בפועל.
בתקן הלאומי GB/T8814-2004 "פרופילי פוליוויניל כלוריד לא פלסטיים (PVC-U) לדלתות וחלונות", שיעור החזקת חוזק ההשפעה לאחר התיישנות גדול מ- או שווה ל-60% נבחר כמחוון ההסמכה; בתקן התעשייה הקלה QB/T2480 -2000 צינורות ואביזרי מי גשמים קשיחים של פוליוויניל כלוריד (PVC-U) לבנייה, שיעור החזקת חוזק המתיחה לאחר היישון גדול או שווה ל-80% כקריטריון ההסמכה.