تاثیر آب و هوا روی پوشش ها

بسپار/ ایران پلیمر پوشش­ها باید ویژگی­های کلیدی همچون ظاهر(رنگی یا براق)، ویژگی­های عملکردی(بازتاب در پوشش­های سقف) و یا ویژگی­های حفاظت در برابر خوردگی(برای پل­ های فلزی یا کارخانجات صنعتی) داشته باشند. این سه عامل حتی می­توانند در شرایط محیط بیرونی موجب شکست پوشش گردد. ما باید در توسعه و تحقیق محصولات خود آن­ها را به اندازه کافی آزمایش کرده تا متوجه شویم که چگونه می­توان دوام و پایداری آن­ها را بهبود بخشید و یا زمان سرویس و تعمیر آن­ها را دریابیم. هم­چنین باید عملکردشان در شرایط جوی متفاوت، روش متفاوت اجرای هر کدام، انواع زیرآیند­ها و سایر شرایط بحرانی و تعیین کننده را نیز درنظر بگیریم.

تاثیر آب و هوا روی پوشش­ها

بیشترین آسیب­ های آب و هوا روی پوشش­ها شامل مواردی چون تشعشات نور خورشید، رطوبت و گرماست. نور فرابنفش (UV) قسمتی از نور خورشید است که انرژی کافی برای شکستن پیوند­های شیمیایی و شروع واکنش تخریبی رادیکال آزاد در مورد ترکیبات آلی را دارد. این مورد بویژه برای طول موج­ های کوتاه­تر یعنی UV-A و UV-B محتمل­تر است.

شیمی برخی از پوشش­ها مانند اپوکسی و پلی استر، به این تشعشات بسیار حساس هستند و در این شرایط طول عمر بالایی نخواهند داشت، در حالی که برخی دیگر مانند فلوروپلیمر­ها بسیار در این شرایط مقاوم اند. مقاومت در برابر تابش فرابنفش بسیاری از پوشش­ها در حد قابل ملاحظه­ای با افزودنی­ های پایدار کننده بهبود می­یابد، اما بطور کامل عملی نخواهد بود. بسیاری از این طرح­های پایداری نیز هنوز سطح وسیعی از پوشش را محافظت نمی­کنند و این سطوح همان جاهایی هستند که تخریب آغاز می­گردد. تخریب سطح معمولا با کاهش براقیت، گچی شدن، ترک، کاهش قدرت رنگی و زرد شدن همراه خواهد بود. اگر نور فرابنفش از پوشش عبور کند، زیرآیند­هایی مانند چوب را تخریب کرده، در نتیجه اتصال بین پوشش و زیرآیند و در نهایت چسبندگی از بین می­رود.

طول موج­های بلندتر فرابنفش(UV-A) و هم­چنین نور مرئی می­توانند شروع کننده واکنش تخریب نوری باشند. بسیاری از رنگدانه ­ها بخصوص رنگدانه­ های آلی، و محصولات حاصل از تخریب نوری مانند پراکساید­ها به این طول موج حساسند. امواج مادون قرمز نزدیک موجود در نور خورشید می­تواند باعث گرم شدن رنگدانه­ها شود چیزی که در مورد رنگ­های تیره خودرو­ها در هوای گرم مشاهده می­شود. این حرارت هم می­تواند از طریق جنبش­های مکانیکی-حرارتی باعث تخریب و هم باعث افزایش نرخ از دست دادن پایدار کننده­ها و تسریع تخریب شیمیایی شود.

رطوبت نیز یک عامل مهم در تخریب پوشش­ها (اعم از آلی یا معدنی) و سطوح است. بسیاری از پوشش­ها بدلیل انجام واکنش هیدرولیز تخریب می­شوند. دلایل تخریبی دیگر ناشی از تورم و آب رفتن (انقباض) از سطح تر به خشک و برعکس است. رطوبت با از بین بردن تثبیت کننده­ها شرایط مناسبی را برای رشد میکروارگانیزم­هایی چون کپک فراهم می­کند. بعضی از پوشش­ها مانند پوشش­های بتنی باید تنفس پذیر (تراوا نسبت به رطوبت) باشند تا امکان تنفس برای زیرآیند فراهم شود در حالی­که پوشش­های محافظتی ضد خوردگی باید کاملا نسبت به رطوبت غیرتراوا باشند تا بتوانند از سطح حفاظت کنند.

هر کدام از پارامتر­های اصلی آب و هوا (رطوبت، نور و حرارت) مستقل نیستند. نور می­تواند دما را تحت تاثیر قرار دهد که آن­هم روی رطوبت اثرگذار است. بعلاوه شرایط بیرونی اصلا پایدار نیست. هرکدام از این پارامتر­ها در هر مکانی و در دوره­ ها و بازه­ های مختلفی (ساعت، روز، فصل، سال، الگو­های آب و هوایی) با الگو­های پیچیده و غیر قابل بازیافتی تغییر می­کنند. پوشش لوله ­ها در کارخانجات صنعتی، یا پوشش­های دریایی می­توانند فشار­های اضافی مهمی را ایجاد کنند.  

علاوه بر این، بسیاری از شرایط ثانویه جویمانند باد، آلودگی­های جوی و سایر می­توانند به این لیست اضافه شوند.

آزمون­های جوی

شرایط جوی متنوعی در سرتاسر جهان وجود دارد. به طور کلی، سه دسته از آب و هوا که اثرات تخریبی روی مواد و از جمله پوشش­ها دارند شامل: گرم/ مرطوب (زیر مجموعه گرمسیری)، گرم و خشک(بیابانی) و سردسیری هستند. پوششی که به شیمی و الزامات عملکردی خاصی وابسته باشد، می­تواند در شرایط جویمختلف، بسیار متفاوت عمل کند. این امر معمولا نیازمند انجام آزمون­های بیرونی در شرایط جوی متفاوت است. با این حال، آب و هوای نیمه گرمسیری و گرم و مرطوب فلوریدای جنوبی به لحاظ تاریخی به عنوان مرجع اولیه انجام آزمون­های جویبرای انواع پوشش­ها استفاده شده ­است.

این امر بدلیل ترکیب شرایط ناشی از تابش شدید نور خورشید، درجه حرارت بالا و رطوبت شدید است که نسبت به مواد آلی بسیار محرک عمل می­کنند. سایر نقاط جهان آب و هوای مشابهی دارند مانند منطقه اطلس و هند. اما جنوب فلوریدا به دلایل ذکر شده به عنوان شاخص اصلی جهانی برای بررسی آزمون­های پوشش تبدیل شده است.

بسیاری از استاندارد­های عملکردی پوشش­ها نیازمند انجام آزمون­های غوطه وری در منطقه فلوریداست. بسیاری از شرکت­های پوشش در سراسر جهان، مکان­هایی را در این منطقه برای انجام آزمون­های تجاری نگه داری می­کنند. شرکت اطلس یک شبکه نمایشی جهانی با بیش از 25 مکان آزمایشی را برای تولیدکنندگانی که نیاز به آزمایشات در شرایط جویمنطقه ای دیگر دارند، فراهم آورده­است.

غوطه­وری پوشش­های فلوریدای جنوبی ممکن است در جهات مختلفی انجام شود. امروزه قرار گیری و غوطه­وری مستقیم به سمت مناطقی چون استوا متمایل است و بیش­تر آزمون­های جهانی در نوار­هایی با عرض جغرافیایی 15 تا 35 درجه که به دلیل تابش زیاد خورشید دمای بالایی دارند، انجام می­شود. با این­حال برخی از مکان­ های با آب و هوای سرد نیز وجود دارند که می­تواند برای پوشش و زیرآیند­های حساس به رطوبت و سرما مهم باشند.

مکان­های آزمایشی بسیار گرم مانند آزمایشگاه DSET اطلس در صحرای سونور آریزونا و صحرای کالاهاری در آفریقای جنوبی برای انجام آزمایشات پوشش­های خودرویی استفاده می­شوند. به طور میانگین، منطقه آریزونا حدود 20% بیش­تر از منطقه فلوریدا در معرض تابش نور فرابنفش قرار دارد اما حدود 5% مرطوب­تر بوده و دمای تابستان بالاتر و زمستان پایین­تری (زیر نقطه انجماد) دارد. به همین دلیل قرارگیری در منطقه آریزونا می­تواند در مورد تخریب پیوند­ها و از دست رفتن قدرت رنگی از جهت تابش فرابنفش شدید­تر باشد.

شتاب دهنده­های جوی

تحقیق و توسعه پوشش­ها و آزمایشات همیشه نمی­توانند منتظر آزمون­های غوطه­وری در معرض نور طبیعی بیرونی باشند. چرا که اینکار برای تصمیم ­گیری­های پیرامون فرمولاسیون بسیار زمان بر است. از این رو به آزمون­های سریع­تر نیاز است که به دو روش انجام می­پذیرند: آزمون­های تسریع شده بیرونی با استفاده از نور خورشید متمرکز و آزمون­های آزمایشگاهی با استفاده از شبیه سازی نور خورشید و شرایط آب و هوایی.

شرکت اطلس از سال 1958 در استفاده از نور خورشید متمرکز برای آزمایشات پوشش با دستگاه­های EMMA و EMMAQUA پیشرو است. در این دستگاه از ده تابنده ویژه فرسنل برای متمرکز کردن نور خورشید و تابش فرابنفش بر روی نمونه ­ها استفاده شده­است.

این دستگاه­ ها در طول روز نور خورشید را ردیابی می­کنند و ده تصویر از خورشید را روی نمونه هدف متمرکز می­کند. سپس نمونه­ های هدف به منظور این­که دمای آن­ها نزدیک به دمای شرایط آزمایش شود، خنک می­شوند. برای تر کردن سطح یا ایجاد شوک حرارتی بصورت روزانه یا در طول شبانه روز می­تواند توسط اسپری­های آبرسانی دوره ای برنامه ریزی شده انجام گیرد.

به عنوان مثال در مورد شبیه ساز نور خورشید، تمرکز نور حدود 8 برابر قرار گیری در معرض نور مستقیم است. این شتاب بصورت فصلی وابسته به خورشید است و بنابراین شدت آزمون در فصل تابستان بیش­تر است. تغییرات ویژه برای کنترل درجه حرارت و رطوبت بمنظور ایجاد ارتباط بهتر برای مواجهه با این عوامل امکان پذیر است. این تکنیک معمولا بطور گسترده در پوشش­های خودرویی و معماری روی فلز بکار می­رود. البته این روش در سطوح چوبی به دلیل هدایت حرارتی کم و حساسیت دمایی و رطوبتی آن، مطلوب نیست. بدلیل نیاز به شرایط جوی ویژه، این دستگاه­ ها فقط برای آماده­ سازی در آب و هوای خشک همانند منطقه آریزونا مناسب هستند.

انتقال شرایط جوی به آزمایشگاه

ایجاد شرایط آزمایشگاهی مطابق با شرایط بیرونی برای اولین بار توسط شرکت اطلس و برای معرفی دستگاه­ های لامپ آرک زنون در سال 1916 بمنظور آزمایش محو شدن رنگ آغاز شد. با پیشرفت­های تکنولوژی در شبیه­سازی منابع نوری و مراقبت­های محیط زیستی، شرکت اطلس اولین روش آزمایش شتاب داده شده پوشش­ها را بوسیله دستگاه­های Weather-Ometer و Xenotest و Sunset توسط لامپ آرک زنون و فیلتر­های نوری ارائه داد.

دستگاه غوطه­وری دیگری به نام fluorescent-condensatino بر اساس امواج UV-A340 و لامپ فلوروسنت فرابنفش بوجود آمد. قرار گرفتن در معرض نور معمولا طی یک دوره متراکم رطوبتی تاریک تغییر می­کند. این دستگاه ­ها از قبیل UVTest در توسعه و تحقیق پوشش­ها استفاده می­شوند. این روش در مورد نمونه­ های مقاوم در برابر نور فرابنفش و رطوبت نسبتا ارزان و بسیار کارامد است. از آنجایی که همبستگی با شرایط جوی بیرونی برای ویژگی­ های ظاهری مانند براقیت و پایداری رنگی می­تواند ضعیف باشد، لذا به عنوان یک دستگاه تطبیق دهنده شرایط جویبه حساب نمی­آید. این عدم همبستگی برای محیط­ های بیرونی به دلیل محدودیت طیف لامپ­ های فرابنفش و کنترل دمای محدود شده در مقایسه با دستگاه زنون است.

مطابقت طیفی با تابش تشعشات واقعی، همراه با کنترل دما و رطوبت، استاندارد­های لامپ آرک زنون برای ISO، DIN، ASTM و سایر استاندارد­های بین المللی و جزء اساسی تخمین زمان سرویس دهی پوشش­ها در مطالعات تحقیق و توسعه می­باشد. در حالی­که اولین دستگاه زنون برای شرایط جویتوسط شرکت اطلس معرفی شد، اما این نوآوری پس از سال 1979 و با معرفی دستگاه تابش اتوماتیک(بر اساس شدت نور)، نظارت و کنترل شد. این روش بخصوص برای پوشش­های صنایع خودروسازی و برای پوشش­های بیرونی سازگاری داشت.

کمیته­های استاندارد مانند ISO، ASTM، SAE و … روش­های آزمون­ استاندارد را بر اساس بهترین دانش فنی موجود و تکنولوژی ابداع کردند. در همان وقت، متاسفانه فرآیند مدرن کردن و نوسازی استاندارد­ها خودبخود با روش­هایی که کمترین تکنولوژی و سازگاری بیش­تر با سیستم­های قدیمی­تر را داشت، مقایسه می­شد. این امر بویژه در سال 2000 در صنعت خودروسازی ایالت متحده آمریکا، به سر آمد.

یک روش بهتر

(ادامه دارد …)

متن کامل این مقاله را در شماره 190ام دوماهنامه پوشرنگ که در نیمه تیرماه منتشر شده است بخوانید. 

در صورت تمایل به دریافت نسخه نمونه رایگان و یا دریافت اشتراک با شماره های 02177523553 و 02177533158 داخلی 3 سرکارخانم ارشاد .تماس بگیرید. امکان اشتراک آنلاین بر روی صفحه اصلی همین سایت وجود دارد.