آزمون های بررسی شرایط آب ‌و هوایی

یکی از شرکت‌های با سابقه در زمینه تولید تجهیزات آزمون پایداری و ارایه خدمات در این زمینه، شرکتQ-Lab Corporation است. هوازدگی ترکیبی از نور خورشید، گرما و آب است که سبب تخریب و از کاراُفتادگی پلاستیک‌ها می‌شود. ترکیب دو عامل طبیعی مانند نور خورشید و گرما با عنوان ثبات نوری (light fastness) شناخته شده است، اما هوازدگی به هر سه عامل در کنار هم نیاز دارد.

بیشتر طیف نور خورشید (حدود 55%) نور مرئی است و حدود 38% باقی مانده آن پرتو فروسرخ است، که خود را به صورت گرمای تابشی (radiant heat) نشان می‌دهد. حدود 5 تا 7 درصد طیف نور خورشید را پرتو فرابنفش (UV) تشکیل می‌دهد که باعث تخریب، تغییر رنگ، محوشدگی (fading) و از دست رفتن براقیت (gloss) پلاستیک‌ها و بسپارها می‌شود.

با این حال شرایط برای محصولاتدرون­گاهی، مانند محصولاتی که پشت شیشه قرار می‌گیرند، متفاوت است و این محصولات در معرض طیف متفاوتی از نور خورشید قرار می‌گیرند و می‌توان برخی پرتوهای خطرناک مانند پرتو فرابنفش با طول موج کوتاه را در مورد آن­ها حذف کرد.

گرما به تنهایی نمی‌تواند موجب هوازدگی شود، بلکه گرما در ترکیب با نور خورشید سبب تسریع بسیاری از اثرات اکسایش نوری می‌شود. در چنین شرایطی ابعاد محصول دچار تغییر می‌شود. به طور معمول، وقتی مواد گرم می‌شوند انبساط می‌یابند و وقتی سرد می‌شوند منقبض می‌گردند، که این رفتار سبب ایجاد تنش‌های گرمایی و ترک‌خوردگی می‌شود. هم‌چنین گرما می‌تواند باعث تبخیر شدن آب جذب شده در پلاستیک شود. خروج آب از ساختار پلاستیک سبب تاول زدن (blistering)، دوپوستگی (delamination) و سایر نواقص می‌شود.

چرخه گرمایی سبب پیرش سریع محصولات می‌شود. علاوه­بر این اثر دما با رنگ مشخص می‌شود. نمونه‌هایی با رنگ تیره‌تر، دماهای بیشتری دارند. تفاوت دمای میان نمونه‌های سفید و سیاه بدون لایه عایق (backing) می‌تواند حدود °C 15 باشد، اما برای نمونه‌های عایق شده این تفاوت دما می‌تواند به °C 25 نیز برسد. تاثیر گرمای پشت شیشه پنجره نیز می‌تواند زیاد باشد، تا جایی که دمای وسایل داخلی اتومبیل می‌تواند به حدود °C 100 برسد. این دما می‌تواند سبب تسریع پیرش و هوازدگی شود، اگرچه شیشه پنجره می‌تواند بخش اعظم پرتو فرابنفش را صاف (فیلتر) کند.

سومین عامل هوازدگی که معمولا مورد غفلت واقع می‌شود، آب است. آب می‌تواند سبب هر نوع وادادگی در پلاستیک‌ها (شیمیایی یا فیزیکی) شود. آب می‌تواند سبب تشکیل پودر سفید در سطوح رنگ شده (chalking)، فرسایش سطح، تاول زدن، تورم، دوپوستگی و تسهیل سایر واکنش‌ها شود.

آب به سه شکل در طبیعت وجود دارد، شکل اول، آب موجود در هوا است که به عنوان رطوبت نسبی اندازه‌گیری می‌شود و می‌تواند روی محصولات درون­گاهی و برون­گاهی تاثیر گذارد و منجر به تنش فیزیکی شود. نوع دیگر به صورت باران است که تاثیر اصلی آن روی سطح محصول است و معمولا تاثیرات آن شامل شستن لایه‌های سطحی، حذف آلودگی‌ها وسفیدک­ ها و حذف افزودنی­ هایی که سبب مقاوم شدن محصول در برابر نور UV می‌شود. هم‌چنین بارش باران موجب ایجاد شوک گرمایی نیز می‌گردد؛ برای مثال در ایالت فلوریدا مشاهده شده است که بارش باران می‌تواند سبب کاهش دما از حدود 70°C به 20°C در مدت چند دقیقه شود و سبب اعمال تنش زیادی به ماده می‌گردد.

نوع دیگر به شکل شبنم یا همان رطوبت موجود در هوا است که به صورت قطره های کوچک روی سطوح سرد شکل می‌گیرد. شبنم به دو دلیل بر تخریب بسپارها تاثیرگذار است، اول این‌که حاوی مقدار زیادی اکسیژن است و دیگر این‌که زمان اقامت (dwell) آن زیاد است. این بدان معنی است که سطح مادهمی­تواند به مدت طولانی (برای مثال حدود 6 ساعت در روز و در نواحی استوایی حدود 18-16ساعت در روز) خیس بماند. در چنین شرایطی شبنم عامل اصلی ترشدگی در فضای بیرونی است و تاثیرگذارترین عامل هوازدگی در میان اثرات هوازدگی ناشی از آب می­باشد.

تصمیمات جهت یافته

آزمون‌های هوازدگی شتاب یافته که در آزمایشگاه انجام می‌‌شوند، ابزاری برای انجام تصمیمات جهت‌یافته هستند. هوازدگی، علمی است که تعیین کیفیت آن مشکل است؛ از آزمون‌های هوازدگی استفاده می‌شود تا تصمیمات درست‌تر و سریع‌تری گرفته شود و احتمال گرفتن تصمیم‌های نادرست کاهش یابد و در نهایت این‌که مانع از تصمیم‌گیری نهایی در زمان‌های طولانی می‌شود.

انجام آزمون هوازدگی، چندین برون‌داد خواهد داشت که نتایج نهایی به این بستگی دارد که بخواهید چه یاد بگیرید و این‌که ترجیح می‌دهید آزمون در چه مدت زمانی انجام شود. در این‌جا، انواع متفاوت آزمون‌ها بر اساس مدت زمان آزمون، میزان نزدیکی به شرایط واقعی و میزان پیچیدگی طبقه‌بندی می‌شوند.

متداول‌ترین آزمون، آزمون‌های کنترل کیفیت هستند که مشخص می‌کنند آیا نمونه قادر است شرایط را تحمل کند یا دچار وادادگی می­شود. زمان انجام آزمون، تعریف شده و‌ کوتاه است و نتیجه آزمون با نمونه معیار مقایسه می‌شود. هم­چنینآزمون شتاب­ یافته اعتبارسنجی نیز نتیجه‌ای مشابه با آزمون قبل دارد، موفقیت در آزمون یا وادادگی. زمان آزمون تعریف شده است و مدت متوسط تا طولانی را دربرمی‌گیرد و نتیجه آزمون با مشخصات یا نمونه مرجع مقایسه می‌شود.

آزمون شتاب یافته مرتبط دیگری، دارای نتایج رتبه‌بندی شده است و مدت زمان آن متوسط تا نامحدود است. نتایج این آزمون با نمونه‌ای که در شرایط طبیعی هوازده شده است مقایسه می‌گردد. انجام آزمون هوازدگی در شرایط طبیعی زمان انجام آزمون را طولانی می‌کند اما داده‌های واقعی و قابل اعتمادتری به دستمی ­آید. مورد آخر، آزمون پیش‌بینی در مورد عمر محصول است که به صورت شتاب‌ یافته انجام می‌شود. مدت زمان این آزمون نیز طولانی و نامحدود است و نتایج آزمون با نتایج نمونه‌ای که در محیطی کاربری هوازده شده است مقایسه می‌شود.

آزمون هوازدگی شتاب یافته بر اساس پرتو نور به دو دسته قوس زنون (xenon–arc) و فرابنفش-فلوئوروسنت (fluorescent UV) تقسیم می‌شود. دستگاه قوس زنون دارای دو آرایش اصلی است. یکی استوانه چرخان (یا قفسه rack) است که در آن لامپ به صورت عمودی قرار گرفته و نمونه‌ها به دور لامپ می‌چرخند؛ در نوع دیگر آرایش نمونه‌ها به صورت تخت است و لامپ از بالا به سمت پایین می‌تابد.

طیفآزمون­گر قوس زنون، تقلیدی از نور خورشید است. با این حال، لامپ زنون دارای نور UV با طول موج بسیار کم (کمتر از 250nm) است که سبب تخریب غیرواقعی در بسیاری از نمونه‌های بادوام می‌شود. بنابراین از صافی‌های نوری برای ایجاد طیف نور واقعی­تر استفاده می‌شود، که این صافی‌ها شامل روشنی روز (daylight)، پنجره و صافی‌های UV (با طول موج بیشتر) می‌شوند. هنگام راه ­اندازی آزمون بسیار مهم است که در مورد شرایط محیطی که محصول در آن قرار می‌گیرد اطلاعات داشت و بر مبنای آن صافی درست را انتخاب کرد. دستگاه قوس زنون (مدل Q-Sun Xe-3) و اجزای اصلی آن در آزمون هوازدگی شتاب یافته به ترتیب در شکل 1 و 2 آورده شده است.

[EasyDNNGallery|24445|Width|400|Height|400|position||resizecrop|False|lightbox|False|title|False|description|False|redirection|False|LinkText||]

شکل 1. دستگاه قوس زنون مدل Q-Sun Xe-3 در آزمون هوازدگی شتاب یافته

(ادامه دارد …)