تاثیر UV خورشید بر چوب پلاست

تاثیر UV خورشید بر چوب پلاست


تاثیر UV خورشید بر چوب پلاست

تاثیر UV خورشید بر چوب پلاست میتواند منجر به تغییراتی در این محصول شود. تشعشع خورشيدي به طور معمول با گرماي سطح مواد همراه مي شود. خيلي به ندرت تشعشع خورشيدي سردي مثلا در مناطق كوهستاني مرتفع اتفاق مي افتد. بنابراين در تاثیر UV خورشید بر چوب پلاست به سختي از تاثيرات گرمايي روي پلاستيك ها كامپوزيت هاي داراي پلاستيك جدا مي شود. دماهاي سطحي لمبه كوبي تحت نور مستقيم خورشيد و در سايه نسبتا با هم ديگر متفاوت هستند. در سايه ي دماي سطحي لمبه كوبي عملا برابر با دماي هوا است، با وجود اين تحت نور مستقيم خورشيد حدود 0F40 بيشتر در شمال ايالات متحده و 0F50 بيشتر در جنوب است از اين رو، تاثير تشعشع خورشيدي عملا هميشه يك جزء گرمايي را با خود دارد.

در تاثیر UV خورشید بر چوب پلاست عنصر تخريب كننده اصلي در تشعشع خورشيد، نور UV است. وقتي كه نور  UV   خورشيد، كه بسيار فعال است، به طور طبيعي سطح لمبه كوبي را گرم مي كند، باعث توليد راديكال هاي آزاد شده و به همين طريق تيمار گرمايي را انجام مي دهد. تنها اختلاف اين است كه اثرات گرما راديكال هاي آزاد را در ماده ي حجيم توليد مي كند، با وجود اينكه نور  UV   راديكال هاي آزاد را فقط در سطح توليد مي كند. در تاثیر UV خورشید بر چوب پلاست نور UV، همان گونه كه شناخته شده است، يك ماهيت دو گانه، هم يك موج و هم يك خاصیت ذره ای به طور هم زمان دارد. وقتي كه موج هاي پر انرژي يا ذرات به اندازه ي زياد سطح لمبه كوبي را گرم مي كنند، زنجيره هاي پليمري را مي شكنند و راديكال هاي آزاد را همان گونه كه در معادلات شيميايي ( معادلات 15.7-15.3 ) نشان داده شده بود، شكل مي دهند.

در تاثیر UV خورشید بر چوب پلاست در واقع، فقط حدود 6% از تشعشع خورشيد شامل نور UV با طول موج كمتر از nm 400 است كه انرژي كاقي را براي شكستن اتصالات شيميايي كووالاني مي توانند توسط نور UV خورشيدي با طول موج nm 300 شكسته شوند. هر چه خورشيد از خط افق دورتر مي شود، طول موج كوتاه تر به لمبه كوبي انتقال مي يابد و نيروي پتانسيلي بيشتري توسط هم نور UV وهم دما تخريب مي كند. ارتفاع بيشتر، نور UV قوي تر طول موج كوتاه تر خودش به سطح انتقال مي يابد و انرژي اش بيشتر.

مولكول هاي پليمري شكسته شده و محصولات با وزن مولكولي پايين (مثل هيدرو پروكسيدها) راديكال هاي آزاد را براي مولكول هاي همسايه ي شان ذخيره مي كنند. اين اتفاق واكنش هاي زنجيره اي راديكال هاي آزاد (خطي يا شاخه دار) را در عمق تخته ي كامپوزيتي منتشر مي كند. درحالت نور UV   سرد، راديكال هاي آزاد شكل گرفته   مي شوند و در يك لايه ي بسيار نازك سطح تخته منتشر مي شوند كه معمول ابيشتر از 0.075 ميليمتر(mils 3) نيست و به طور تصاعدي در آن و به طور تصاعدي در آن و به طور ناگهاني در زير لايه قطع مي شود. در حالت تشعشع خورشيدي معمولي ، علي الخصوص در جنوب ، دماي بالاي تخته ي لمبه كوبي از تكثير راديكال هاي آزاد توليد شده توسط نور  UV   در فاصله اي در تخته ي حجيم جلوگيري مي كند و بعلاوه راديكال هاي آزاد بيشتري را با مكانيزم هاي مشابه با برش زنجيرهاي پليمري (15.7-15.3 دقيقه) توليد مي كند .اين موضوع لايه ي بالاتر تأثير پذيرفته و خراب شده ي تخته را به اعماق گسترش مي دهد، تا تخته عملاً بشكند.

شكل 15.12- 15.8 گام هاي فزاينده ي اين فرآيند را نشان مي دهد كه به طرف خرد كردن و در نهايت شكستن تخته هدايت مي شوند.در ابتدا تعدادي از شكستگي هاي بسيار ريز در سطح تخته نمايان مي شوند و سپس تخته اي كه تأثير پذيرفته است به تدريج بافتش تغيير مي كند و بعد از آن نرم و نابود مي شود. مي توان آن را با يك ناخن  يا گوشه ي يك كارت اعتباري به آساني خراشيد. اين حالت نتيجه ي فعاليت سه گانه ي – نور  UV  ، دما و اكسيژن هوا است. فاكتور چهارم، كه آب است، همچنين بخش مهمي را در تخريب اكسيدي بر عهده دارد.

لايه ي آسيب ديده به تدريج عميق تر و عميق تر مي شود، مانند اينكه پلاستيك از ماده ي كامپوزيتي ناپديد مي شود، و فقط فيلر آسيب ديده اي در زمينه باقي مي ماند. در واقع، پلاستيك حقيقتاً ناپديد مي شود زيرا زنجيره ي پليمري اش كوتاه تر و كوتاه تر مي شودو بعد از آن ديگر پلاستيك نيست. اگر تخته تو خالي است، به زودي صفحه ي بالاتر در معرض خطوط و كانال هاي دروني تخته مي شكند(شكل هاي 15.11و15.12). صفحه ي پاييني در تخته ي توخالي هنوز پابرجا است زيرا فقط در معرض تأثير گرمايي بود، نه نور  UV.

شكل 15.13 نتيجه ي تخريب تخته ي كامپوزيتي را از بالا نشان مي دهد. اين اثر توسط هواديدگي تسريع شده در يك تخته ي كامپوزيتي به دست آمده بود كه بدون مواد افزودني بودند. آن تخته درست چند روز در جعبه ي هواديدگي بود و سپس لايه ي بالاي تخته عملا متلاشي شد(با ذكر يك دسته ي تيره رنگ از آسيب براي ماده ي در معرض قرار گرفته در سطح بالايي تخته، در مقايسه با تخته ي كنترلي).

در برگشت اين موضوع، ما را به ضعيف شدن تخته هدايت مي كند. وقتي كه براي يك نيروي شكست (تست نيرويpt-3) در فاصله ي دهانه ي 3 اينچ (قطعات كوچك تخته هاي كامپوزيتي باد خورده و تست شده بودند). يك تخته ي كامپوزيتي تو خالي كنترلي تست شد، يك نقطه ي شكست را در بار متوسط 46 ± 3433 پوند نشان داد. يك نمونه ي باد خورده ي خرد شده از همان اندازه كه در شكل 15.13نشان داده شده است، يك بار شكست جزئي را در 1381 پوند (40% مقدار اوليه) نشان داد، وقتي كه صفحه ي بالايي تخته ي توخالي تسليم شد، منجر به شكستگي هاي بزرگ و نهايي شده در ادامه ي بارگذاري، صفحه ي پاييني در 1968 پوند (57% مقدار اوليه) شكست.

در تاثیر UV خورشید بر چوب پلاست نمونه ي ديگر مي تواند براي يك تخته ي توخالي كامپوزيتي فاق و زبانه دار داده شود. يك تخته ي كنترلي    نقطه ي شكستگي را بار متوسط 32 ± 2666 پوند نشان داد. يك نمونه ي باد خورده و خرد شده از همان اندازه يك نيروي شكست جزئي را در 1408 پوند (53% مقدار اوليه) وقتي كه صفحه ي بالايي شكست، از خود نشان داد. در ادامه ي بار گذاري، صفحه ي پاييني در 1861 پوند (70% مقدار اوليه) شكست.

سطح مقطع يك تخته كامپوزيتي تو خالي ( “2/1-5 × “4/5 ): بالايي- تخته در معرض جعبه ي هواديدگي تحت نور  UV  ( nm 340  و w/m2 ) و يك اسپري آب دوره اي (18 دقيقه در دو ساعت؛ پاييني: تخته ي كنترلي در معرض قرار نگرفته)

در تاثیر UV خورشید بر چوب پلاست اين فرآيند تخريب اكسيدي تخته نمي تواند هم زمان در يك آون هوايي باشد زيرا دما و اكسيژن به طور يكنواخت بر همه ي گوشه هاي تخته اثر كردند و تخريب اكسيدي فقط «از بالا» پيش نرفت. در واقع در يك تخته ي توخالي تخريب گرمايي در آون هوايي از گوشه ها، از خطوط، شروع و پيشرفت مي كند، تا قاعدتا، دانسيته (وزن مخصوص) پايين تري دارد، از اين رو، خلل و خرج بيشتري دارد كه باعث توزيع سريع تر اكسيژن در خطوط، و تخريب سريع تر خطوط مي شود. وقتي كه پروفيل تو خالي بعد از اينكه در معرض آون هوايي كه باعث كاهش اساسي مقاومت تخته مي شود، قرار گرفت، شكسته شد، الگوي مشهور واضحي از توزيع وزن مخصوص را نشان داد. اين خطوط كه   پايين ترين دانسيته را داشتند، تيره ترين آنها هستند، كه بزرگترين درجه ي سوختگي را كه همان درجه­ي اكسيد است، منعكس مي كند. رنگ سوختگي به تدريج به طرف صفحات بالايي و پاييني تخته يعني به طرف سطوح، ناپديد      مي شود، در آنجا دانسيته بهترين الگوي جريان نرم شدن در اكستروژن پروفيل است.

قطعات توخالي تخته هاي لمبه كوبي كامپوزيتي در يك آون براي سه ماه در 0C75 (0F167) و 0C100 (0F221) نگهداري شده بودند. در حالت اول، تخته ها در مقدار متوسط 59% نيروي شكست اوليه (تخته هاي كنترلي، در دماي جو نگهداري شدند) شكست. مقطع عرض تخته كلا به طور يكنواخت تيره شده بود، كه عملا بر اكسيداسيون يكنواخت ماده دلالت مي كرد. يك تخته ي مشابه، شامل آنتي اكسيدان، بعد از سه ماه در 0C75 نيروي شكستي در همان سطح تخته ي كنترلي نشان داد. در آنجا مقاومت شكست و از اين رو، تخريب اكسيدي تغييري نكرده بود. يك تخته كه بدون آنتي اكسيدان ساخته شده و در 0C100 براي 3 ماه نگهداري شده بود، مقاومت شكست اش را به 33% مقدار كنترلي كاهش داد.

در تاثیر UV خورشید بر چوب پلاست همان آنتي اكسيدان ها كه در بالا توضيح داده شدند مي تواند براي محافظت تخته عليه تخريب اكسيد به كار گرفته شوند، زيرا تخريب  UV   به همراه گرما همان راديكال هاي آزادي را مي سازد كه تنها توسط گرماي طبيعت (بالا را ببينيد) ساخته مي شود. به بيان ديگر، اينكه چه چيزي سبب مي شود راديكال هاي آزاد، گرما يا نور  UV   اهميت ندارد: وقتي كه راديكال هاي آزاد به داخل تخته ي كامپوزيتي مي روند و در آنجا منتشر مي شوند، براي اينكه آنتي اكسيدان ها آنها را در آنجا متوقف كنند، تدارك ديده شده بود كه آنتي اكسيدان ها به مقدار كافي به كار برده شوند.

وليكن، بر حفاظت سطح ماده از نور  UV  ، حداقل به طور جزئي، جذب كننده هاي  UV   ( UVA) و     پرده هاي نوري هم استفاده مي شوند. آنها راديكال هاي آزاد را به تركيب هاي پايدار توسط ابزار شيميايي تبديل   نمي كنند يا از شكل گيري راديكال هاي آزاد توسط تبديل اسلافشان[1]  (مثلا هيدروپروكسيدها) به تركيبات پايدار ممانعت نمي كنند، بلكه نور  UV   را با تبديل آنها به نوسان قيد با فركانس پايين جذب مي كنند، از اين رو، گرم  مي شوند و بنابراين از شكل گيري راديكال هاي آزاد توسط ابزار فيزيكي ممانعت مي كنند.  UVA، همان طور كه از نامشان پيداست، مقدمتا طول موج هاي در دامنه ي nm400- 290 را جذب مي كنند؛ از اين رو، آنها مواد را رنگي نمي كنند، با وجود اين، پرده هاي نوري هم نور  UV   و هم نور مرئي (بالايnm400) را جذب مي كنند. براي مثال، سياهه كربن، اگرچه جاذب قوي نور  UV   است، ولي يك پرده ي نوري است.

جدول 15.21 تأثير يك آنتي اكسيدان كلاسيك، ايرگانوكس1010، و يك مقاوم كننده ي نوري آمين منع شده (HLAS) تينووين770، بعلاوه ي تركيبي از اين دو روي زمان هاي ترد كردن  UV   (به ساعت) براي پلي پروپيلن كه شامل رنگدانه هاي متغير در مقدار 1% مي شود، را نشان مي دهد. مي توان ديد كه هر سه رنگدانه  پلاستيك را از نور  UV   محافظت مي كنند. تينووين 770 محافظت خيلي بهتري را از نور  UV   در مقايسه با ايرگانوكس1010 نشان مي دهد وليكن، وقتي كه تركيب شدند،  يك ناسازگاري معين اما گوناگون را با دو رنگدانه و يك فرايند هم نيرو زايي براي رنگدانه ي سوم را نشان مي دهد.

جدول 15.21   زمان هاي ترد كننده­گي UV (به ساعت) براي فيلم هاي پلي پروپيلن شامل رنگدانه، با و بدون افزودني هاي تثبيت كننده

رنگدانه(1%)
افزودني(0.1%) بدون آن كادميوم زرد اكسيد كروميوم سبز فتالوكيانيد مس آبي
بدون آن 80 95 135 210
ايرگانوكس 1010 410 500 520 630
تينووين 770 2750 5620 5000 5750
ايرگانوكس + تينووين 2120 3500 3700 6750

 

يكي از كاتالزورهاي اصلي فرايند اكسيدي توسط حرارت- نور ديوكسيد تيتانيوم است. همان طور كه رنگدانه ها در WPC ها معرفي شده بودند، هم نابودي و هم تخريب اكسيدي را تسريع مي كند.

در تاثیر UV خورشید بر چوب پلاست HALS ابزار هاي غالب براي محافظت پلاستيك ها و كامپوزيت هاي داراي پلاستيك از نور UV هستند. مكانيزم فعاليت HALS هنوز آشكار نيست; HALS به عنوان آنتي اكسيدان هاي اوليه، جمع كننده هاي راديكال آزاد و/يا حبس كننده ي اكسيژن براي تبديل بعدي آن به آب  بررسي مي شود. HALS  كه در طول سرويس مصرف مي شود، نشان مي دهد كه «دوره ي القا» به مقدار HALS كه به ماده افزوده شده، وابسته است. اين مصرف (دوره ي القا) هم  توسط استخراج شيميايي و هم شست و شوي مواد افزودني با بارش ها تعيين مي شود. در اين صورت HALS با وزن مولكولي بالا زمان طولاني تري دوام آورده و از اين رو در طي سرويس طولاني مدت موثرتر هستند.

تركيبات آميخته ي مشهور انواع تينووين و چيماسورب HALS و UVA در جدول 15.22 فهرست شده اند.

براي مقايسه با UVA، HALS وزن هاي مولكولي خيلي بالاتري را در جدول 15.23 دارد.

جدول 15.22   تركيبات آميخته ي تينووين و چيماسورب (HALS) و تركيبات انفرادي (UVA) كه توسط Ciba Specialty Chemicals ساخته شده بود

محصول نسبت تركيبات
HALS
چيماسورب 2030 1:1 چيماسورب 2020: تينووين622
چيماسورب 2040 1:1 چيماسورب 2020: تينووين770
تينووين 111 1:1 چيماسورب 622: تينووين119
تينووين 353 C 1:2 چيماسورب 119: تينووين234
تينووين 492 چيماسورب 119: اكسيد ها/استيرات ها
تينووين 494 چيماسورب 119: اكسيد ها/استيرات ها
تينووين 783 1:1 چيماسورب 944: تينووين622
تينووين 791 1:1 چيماسورب 944: تينووين770
UVA
چيماسورب 81 ، مول. وزن 326
تينووين 234 ، مول. وزن 448
تينووين 326 ، مول. وزن 316
تينووين 327 ، مول. وزن 358
تينووين 328 ، مول. وزن 352

 

جدول 15.23 وزن مولكولي تعدادي از HALS

HALS وزن مولكولي(Da)
چيماسورب 119 2286
چيماسورب 944 3100-2000
چيماسورب 2020 3400-2600
تينووين 123 737
تينووين 622 4000-3100
تينووين 765 509
تينووين770 481

تينووين 234 و تينووين 326 همچنين در بازار فروش به ترتيب به نام هاي لانگ سورب 90 و لانگ سورب 320 شناخته مي شوند. نام هاي ديگر همان تركيب چمارك 234-UV و چمارك 326-UV (Chemark ، چين)، چيسورب 234 و چيسورب 326 (شركت شيميايي  Chitec ، تايوان)، اورسورب 234 و اورسورب 73 (Everlight، تايوان) هستند. اين مورد برخي موارد مشابه ديگر در جدول 15.24 نشان داده شده اند.

در تاثیر UV خورشید بر چوب پلاست در واقعيت، تأثير تشعشع خورشيدي روي پلاستيك ها و مواد كامپوزيتي مي تواند نتايج زيادي را در بر داشته باشد. نوعا، اما نه هميشه ، نور  UV   موجب بي رنگ شدن يا محو پلاستيك و مواد كامپوزيتي بر مبناي پلاستيك  مي شود. در اين صورت نابودي منعكس كننده ي تخريب اكسيدي در يك سطح زياد است. اين مورد ممكن نيست كه باعث تخريب قسمت عمده ي ماده ي كامپوزيتي شود.

اين رويداد در كل به مقدار آنتي اكسيدان در حجم ماده وابسته است. ماده ي كامپوزيتي با مقادير بالاي آنتي اكسيدان مي تواند به طور برجسته اي نابود كنند (عملا، اگر آنها شامل مواد رنگي نباشند) اما مي توانند خصوصيات مكانيكي شان را براي يك دوره ي زماني نامحدود حفظ كنند. كامپوزيت هاي ديگر مي توانند رنگ شان را حفظ كنند(عملاً آنهايي كه مقدار بالايي رنگدانه دارند)، اما اگر آنها مقدار آنتي اكسيدان كافي نداشته باشند، از خرد شدگي اكسيدي زيان مي بينند.

كامل ترين ابزار آزمايشگاهي براي مطالعه ي تأثير نور  UV   روي پلاستيك و مواد كامپوزيتي يك جعبه ي    هوا ديدگي يا يك اتاقك محيطي، هواسنج، در ميان ديگران است. بدون اينها طيف نور  UV   طبيعي دقيقا جور        نمي شود؛ وليكن ، آنها هر چهار تركيب اصلي از تخريب اكسيدي مواد در شرايط طبيعي را تأمين مي كنند: نور  UV  ، گرما، رطوبت و اكسيژن.

جدول 15.24 جذب كننده هاي سيبا UV و مقاوم كننده هاي نوري كه تحت نام هاي مختلف فروخته شده اند.

Ciba UVA و تثبيت

كننده هاي نور

Longchem

(تايوان)

Chitec

(تايوان)

Chemark

(چين)

Myzo

(ايالات متحده)

Cytec

(ايالات متحده)

Everlight

(تايوان)

چيماسورب 81 لانگسورب 12-BP چيسورب 12-BP 531 BLS كياسورب 531 اورسورب 12
تينووين 234 لانگسورب 90 چيسورب 234 چمارك 234UV- اورسورب 234
تينووين 326 لانگسورب 26 چيسورب 326 چمارك 326UV- اورسورب 73
تينووين 329 لانگسورب 54 چيسورب 5411 چمارك 5411UV- 5411 BLS كياسورب 5411
تينووين 328 لانگسورب 28 چيسورب 328 چمارك 328UV- 1328 BLS كياسورب 2337 اورسورب 74
تينووين 770 لانگسورب 70 چيسورب 770 چمارك 770UV- 1770 BLS اورسورب90
تينووين 765 لانگسورب 92 چيسورب 292 چمارك 292UV- 292 BLS كياسورب 3581
تينووين 622 چيسورب LD622
چيماسورب 944 چيسورب LD944

يك مقدار مشخصه ي تابش كه نوعا در جعبه هاي هواديدگي استفاده مي شود، در عمل 0.35 w/m2 در يك طول موج داده شده nm340 است. مقدارw/m 20.35 تشعشع نور روز طبيعي در nm340 ودماي0F80 در فلوريدا است. انرژي مزبور به ژول (w/s) تبديل مي شده است و در كل سال برابر با 11038600 است، كه در اين صورت حدودا برابر با 11(در nm340) مي شود.

انرژي تشعشع خورسيدي ساليانه ي نيم كره اي كامل شده در 05 در فلوريدا (ميامي) حدود 6500 براي كل انرژي خورشيدي و 280 براي كل انرژي  UV  (در دامنه يnm385-295)  است. بنابراين اختلاف بين تابش  UV در طول موج انتخاب شده (nm340) در يك جعبه ي هواديدگي و تابش خورشيدي كامل شده در فلوريدا به اين معني نيست كه هوا ديدگي در جعبه بسيار آهسته تر از هواديدگي در فضاي آزاد در فلوريدا است. در واقع، مقايسه ي مستقيم اگرچه جذاب است ولي مشكل است.

مي خواهيم بررسي كنيم كه روي تخته هاي لمبه كوبي كامپوزيتي در جعبه ي هواديدگي چه اتفاقاتي مي افتد.

شكل 15.14 نشان مي دهد كه دماي صفحه ي بالايي تخته ي كامپوزيتي به 0F165 (0C74) مي رسد و در اين سطح برا ي حداقل 42 دقيقه ادامه مي يابد. بين 20 دقيقه و 1 ساعت كه در اين صورت براي حداقل 82 دقيقه، دماي صفحه ي بالايي، بيشتر از 0F150 است. بالاي تخته در معرض تشعشع  UV   بالا قرار مي گيرد.

علاوه بر اين، هر 2 ساعت، آن تخته يك شوكي را وقتي كه اسپري آب سرد مي شود، دريافت مي كند. شكل 15.15 نوسان دمايي تخته را در مراحل مياني نشان مي دهد كه به ترتيب برابر با 84، 74 و 054 است. در نتيجه ي انقباض و انبساط، تخته به صورت يك نواخت از بالا و پايين جنبش مي كند و به تنش و تخريب اكسيدي مربوط به خود در تخته كمك مي كند.

جدول 15.25 اطلاعات عددي را براي اين آزمايش خاص مي دهد.

سوال اصلي كه هر كس در خصوص جعبه ي هواديدگي مي پرسد اين است كه: دوره ي زماني در معرض شرايط طبيعي كه مطابق با زمان معين در جعبه ي هواديدگي تقريبا، 1روز تا 1ماه، يا 1000 ساعت در جعبه چقدر است؟

البته، براي هر ماده ي مخصوص، اين دوره مي تواند معادل با يك تخريب معين – درجه ي نابودي، آسيب در مقاومت، افزايش در جذب آب – بين يك دوره ي زماني خاص در يك جعبه ي هواديدگي و يك دوره ي زماني خاص در معرض طبيعت باشد. مشكل در اينجا است كه اين معادل هردوره براي هر موقعيت جغرافيايي و هر رنگ ماده ي تحت مطالعه متفاوت خواهد بود.

مثال: در آجر سقفي كامپوزيتي، خاكستري و سبز، روي سقفي در ايالات متحده ي بدفورد نصب شده بودند، تا اينكه آنها با 0.1 واحد (در واحد هاي مقياس Hunter Lab) نابود شدند. براي آجر خاكستري 4 ماه در محيط آزاد و 700 ساعت (1 ماه) در جعبه ي هواديدگي طول كشيد. از اين رو، مي توان نتيجه گرفت كه 1 ماه در جعبه ي هواديدگي معادل با 4 ماه در محيط آزاد (در ايالات متحده ي بدفورد) است. اين نسبت هم چنين ارائه خواهد داد كه 2000 ساعت در جعبه ي معادل با 1 سال در محيط آزاد در بدفورد است.

براي آجر سبز، وليكن، براي همان دوره ي زماني (4 ماه) روي همان سقف اما فقط براي 300 ساعت (12.5 روز) در جعبه ي هواديدگي، آن آجر با واحدهاي 2.0 نابود شد. از اين رو، اين نسبت كه 1 ماه در جعبه ي هواديدگي است تقريبا با 10 ماه در محيط آزاد (در بدفورد) معادل است. به بيان ديگر، آجر سبز به نور  UV   در جعبه در مقايسه با نور طبيعي خورشيد بسيار حساس تر شده بود. 1000 ساعت در جعبه اكنون معادل با بيشتر از يك سال (13 ماه) در بدفورد است.

 دماي يك تخته ي ماها گوني  GeoDeck   در سه نقطه ي متفاوت از تخته در دوره ي يك سيكل هواديدگي( Q-Sun 3000 ، فيلتر UV: نور روز، حسگر UV: 340 ، W/m2 0.35، صفحه ي سياه 0C 63 ، ASTM G155-97 ، سيكل 1: نور 1:42 ، نور + اسپري 0:18).  اولين ميله در دسته بندي سه گانه – سطح بالايي تخته؛ ميله ي دوم – سطح بالايي دروني از كانال توخالي؛ ميله ي سوم – سطح پاييني تخته.

دسته ي ميله ي اول- فقط انتهاي سيكل  UV –  در اين صورت 1 ساعت و 42 دقيقه نور  UV ؛ دسته ي دوم- 1 دقيقه  نور  UV   1 اسپري آب؛ دسته ي سوم – انتهاي اسپري آب، در اين صورت زمان سيكل 18 دقيقه است.  پنج دسته ي زير: 10 دقيقه فقط  در سيكل UV  ؛ 20 دقيقه؛ 1 ساعت; اين دوره بين  1 ساعت و 10 دقيقه و 1 ساعت و 42 دقيقه (همان دما).

در تاثیر UV خورشید بر چوب پلاست نوسان دمايي براي يك تخته ي  GeoDeck   ماهاگوني در سه نقطه ي متفاوت از تخته در دوره اي از  سيكل هواديدگي (براي شرايط هواديدگي، نوشته ي روي شكل 15.14 را ببينيد). «بالاتر» – سطح بالايي تخته؛ «بالاتر درون تر» سطح بالاتري دروني تر كانال توخالي؛ «پاييني» – سطح پاييني تخته.

كدام مجموعه از اطلاعات بايستي به منظور درجه بندي در «استاندارد» هواديدگي آورده شود؟ ظاهراً هيچ كدام. يك درجه بندي بايستي توسط رنگ ماده تعيين شود؛ از اين رو، فقط با اين ماده ي خاص خود متناسب مي شود.

جدول 15.25  دماي صفحه ي بالايي، صفحه ي بالايي دروني و صفحه ي پاييني از يك تخته ي لمبه كوبي توخالي كامپوزيتي در اتاقك هواديدگي

لبه ي تخته UV، 1:42 (انتهاي سيكل UV) دما، 0F در زمان معين سيكل
اسپري آب +

نور UV

نور UV
0:01 دقيقه 0:18

دقيقه

0:10 0:20 0:30 1:00 1:42- 1:10
بالايي 165 117 81 118 150 156 163 165
دروني- بالايي 151 120 88 109 133 144 150 151
پاييني 131 127 99 127 129 131 131 131

Q-Panel ، W/m20.35  در nm 340 ، سيكل 2 ساعته: 1:42 نور UV + 0:18 دقيقه نور UV و اسپري آب

مثال ديگر: تخته ي ماهاگوني كامپوزيتي  GeoDeck   از يك دانسيته ي پايين و بدون مواد افزودني بعد از 4 ماه درفونيكس شروع به شكسته شدن كرد. همان تخته بعد از 4 روز در جعبه ي هواديدگي شروع به شكسته شدن كرد. از اين رو، مي توان 1 روز در جعبه ي هواديدگي معادل – با توجه به خرد شدن – با 1 ماه در فونيكس و 1000 ساعت در جعبه ي معادل با 3.5 سال در فونيكس است.

اين مورد دقيقا از روي فكر خواهد بود اگر بگوييم كه شرايط هواديدگي در ماساچوست 4-3 برابر شديدتر از اين در فونيكس هستند. اولا، برداشت هاي مختلف، خرد شدگي و نابودي بررسي شده بودند؛ ثانيا، كامپوزيت هايي كه رنگ هاي متفاوت و بافت سطحي متفاوت داشتند بررسي شدند. اين مورد در هواديدگي مهم است. اگرچه برداشتي از افت خصوصيات مكانيكي بعد از هواديگي است، درجه بندي مي تواند دوباره تغيير كند.

در دوره هاي خرد شدن، همان گونه در زير توضيح داده خواهد شد، تعدادي از درخواست هاي ضمانتي را به عنوان برداشت مي آوريم، 1 سال در فلوريدا تقريبا برابر 1.5 سال در پنسيلوانيا، مريلند، ويرجينيا و نيوجرسي و 3.4 سال در نيو انگلند، كانكتيكاك و ايالت نيويورك است. يك سال فونيكس تقريبا برابر با 1.3 سال در فلوريدا و 4.5 سال در ويسكانسين، مينسوتا، ميشيگان است. مقايسات با جزئيات بيشتر مي تواند از جدول 15.30 بدست آيد.

مطالعه ي نمونه: تخته سنگ هاي سقفي بر مبناي  HDPE   (تركيبات اصلي ديگر شامل كندسوز كننده و يك فيلر غير آلي بودند) با يك مقدار ناكافي هم از رنگدانه ي اكسيد كلسيم و هم مقاوم كننده ي  UV   پس از حدود 2 سال روي يك سقف در وضعيت جنوبي به شدت نابود شدند  (L در مقياس واحد هاي Hunter Lab از واحد 46 اوليه به واحد 64 آمد). بررسي سطح شان زير يك ميكروسكوپ نوري شبكه ي وسيعي از ترك ها (شكل 15.16) را در مقايسه با آجري كه در معرض شرايط فوق قرار نگرفته بود (شكل 15.17) آشكار كرد. بزرگ نمايي 10 برابر،  ترك ها را در جزئيات بيشتر نشان داد (شكل 15.18).

در بزرگ نمايي x43، مي توان به طور بعدي تخريب  UV  مكانيكي فزاينده را با ظاهر و رشد بعدي ترك ها در سطح آجر پيگيري كرد. نتيجه اينكه نابودي و پديده ي ترك خوردگي سطح هميشه با هم هستند:  نمونه اي كه همچنين به سرعت نابود مي شود رشد ترك زودتر و سريع تر از  نمونه اي كه به آرامي نابود مي شود نشان مي دهد. آزمايش تجاري بر روي  HDPE   نشان مي دهد كه بعد از سال هاي زيادي در معرض تشعشع  UV   رشد ترك سطحي در نهايت به كاهش قابل اندازه گيري در مقاومت كششي هدايت مي شود.

تخته سنگ سقفي بر مبناي  HDPE   سبز كه از يك سقف بعد از 2 سال در معرض شرايط برداشته شده است. بزرگ نمايي X43.

تخته سنگ سقفي بر مبناي  HDPE   سبز كه در معرض شرايط قرار نگرفته است. بزرگ نمايي X43

عكس برداشته شده با  ميكروسكوپ الكتروني از تخته سنگ سقفي داراي  HDPE   سبز رنگ شده كه از يك سقف بعد از 2 سال در معرض شرايط برداشته شده است. بزرگ نمايي X 430

در جعبه ي هواديدگي (W/m2 0.35 در nm340 ، سيكل 2 ساعته در نور UV 1:42 و اسپري آب 0:18 + نور UV )، ترك ها نوعا بين 2000 و 2500 ساعت در معرض شرايط در آجرهاي خاكستري رنگ و بعد از 600 ساعت در معرض شرايط در آجرهاي سبز ظاهر شدند. اين ترك ها با افزوده شدن شرايط به سرعت رشد كردند. بعد از اينكه حجم رنگ دانه و مقدار مقاوم كننده ي UV افزايش يافت، تا بعد از 4000 ساعت در جعبه ي هواديدگي هيچ گونه نابودي و تركي يافت نشد.

مقدار مواد بازيافتي افزوده شده، اگر باشد

افزودن مواد بازيافتي، كه اغلب تا اندازه اي توسط تخريب اكسيدي در طول فرآيند يا در محيط مصرف (وقتي كه ماده ي كامپوزيتي جمع آوري شده براي بازيابي استفاده مي شود) تخريب مي شود، به ماده ي كامپوزيتي «تازه» يك افزودني مخرب نيست. مواد بازيافتي شامل راديكال هاي آزاد نيستند زيرا، همان گونه كه قبلا توضيح داده شد، راديكال هاي آزاد از نمونه هاي شيميايي با عمر كوتاه هستند و  آنها يا به طور لحظه اي منتشر مي شوند يا بند مي آيند تا راديكال هاي آزاد باشند. ماده ي بازيافتي افزودني مي تواند وليكن مقاومت و سختي (سلول هاي پيچشي) پروفيل تحت تأثير آن را، اگر به مقدار زياد افزوده شده است، كم كند، اما اگر مقدار صحيحي آنتي اكسيدان افزوده شود، تخريب اكسيدي در ماده ي كامپوزيتي نهايي تسريع نخواهد شد.

اما چنانچه آنتي اكسيدان به تركيب پلاستيك، پركننده ها، مواد افزودني و مواد بازيافتي افزوده نشود، طول عمر مؤثر كامپوزيت ناشي از آن ممكن است در مقايسه با همان كامپوزيت بدون ماده ي بازيافتي افزودني پايين تر باشد. فرمول ساده شده عبارتست از:

= OIT1  × A + OIT1 × B OIT نهايي

در اينجا

OIT نهايي زمان القاي اكسيدي كامپوزيت نهايي است،

OIT1مربوط به OITكامپوزيت بدون مواد بازيافتي افزودني است،

OIT2 مربوط به OIT مواد بازيافتي است،

A كسر فرمول بدون ماده ي بازيافتي افزودني است و

B (= A- 1.0) كسر ماده ي بازيافتي افزودني در فرمول نهايي است.

اگر OIT پلاستيك 20 دقيقه باشد، OIT كامپوزيت ناشي از آن بدون بازيافتي افزودني 2 دقيقه است (OIT1)، OIT ماده ي بازيافتي 0.5 دقيقه است (OIT2) و 20% ماده ي بازيافتي به فرمول اضافه مي شود (0.20 B =)،

دقيقه 1.7=0.2× 0.5 + 0.8 × 2 = OIT نهايي

در اين صورت، طول عمر ظاهري كامپوزيت با مواد بازيافتي افزودني تا 15 % كاهش مي يابد. البته، طول عمر واقعي كامپوزيت در محيط مصرف توسط فاكتور دما تعيين خواهد شد و محاسبات فوق فقط يك تخمين تقريبي از تأ‌ثير يك ماده ي بازيافتي را روي تخريب اكسيدي كامپويت ها مي دهد.

آنتی اکسیدان ها

اگر آنتي اكسيدان به تركيب نهايي اضافه شود مثلا به مقداري كه OIT فرمول اوليه (بدون بازيافتي افزودني ) را به 20 دقيقه افزايش دهد، فرمول فوق مشابه اين خواهد شد:

دقيقه 16.1 = 0.2 × 0.5 + 0.8 × 20 =OIT نهايي

اگرچه طول عمر ظاهري فرمول نهايي هنوز (تقريبا 20%) در مقايسه با آن مورد بدون بازيابي افزودني پايين تر است، OIT نهايي براي ارائه ي كامپوزيت به محيط مصرف براي يك مدت نسبتا طولاني كافي است، و احتمالا براي دوره ي زماني ضمانت خوبي است.

براي رساندن OIT در فرمول نهايي به 20 دقيقه ، 20% آنتي اكسيدان بيشتر بايد به تركيب در مقايسه مواد بدون ماده ي بازيافتي افزودني، افزوده شود.

تثبيت مجدد از يك بازيافتي LDPE با آنتي اكسيدان افزوده شده توسط Ref. [12] بررسي شده بودند. OIT اوليه ي LDPE برابر با 24 دقيقه بود. بعد از سيكل يك فرآيند، OIT 18 دقيقه شد، بعد از دو و سه و چهار فرآيند، OIT به ترتيب 14 و12 و 7 دقيقه شد. بعد از 0.2% از Recyclostab 421 به ماده ي بازيافتي افزوده شد، و مقدار OIT برابر با 38 دقيقه شد. اين به اين معني نيست كه، بدون تعجب، مقدار OIT براي ماده ي دوباره       تثبيت شده بيشتر از ماده اي كه در فرايند بدون تثبيت مجدد قرار گرفته بود، بود.

در حالت هاي زيادي يك ماده ي بازيافتي به مقدار بيشتري آنتي اكسيدان افزوده شده براي تثبيت مجدد نياز دارد. در اينجا نمونه اي از يك ماده ي  HDPE   است كه براي 18 سال انبار شده بود. ماده كه در جعبه ي هواديدگي قرار گرفته بود، بعد از 1000 ساعت در معرض شرايط شروع به تخريب كرد. به 0.2% Recyclossorb 550 افزوده شده، مقاومت كششي 6.4 برابر شد[12].

در اين صورت، در اينجا براي مواد بازيافتي افزوده شده دو بخش اصلي است كه بايد بررسي شود: الف) طول عمر محصول نهايي كه مي تواند به آساني با مقدار ضروري آنتي اكسيدان بيشتر كه به درستي به فرمول نهايي افزوده مي شوند، ميزان شود و ب) خصوصيات ديگر محصول كامپوزيت نهايي، مهم تر از همه خصوصيات مكانيكي; آنها نمي توانند توسط آنتي اكسيدان هاي افزوده شده ميزان شوند و آنها بايستي توسط روی هم قرار دادن این ها اينها براي فرمول اصلي و براي مواد بازيافتي در مقادير افزوده شده تعيين شوند.

جدول 15.26 نشان مي دهد كه با افزايش آنتي اكسيدان ، مقدارOIT   بطور منظم از 5.3 اوليه به 10.9 دقيقه افزايش مي يابد. مقدار 20% ماده ي بازيافتي افزودني بطور ثابتي OIT (در 30-10% ) كاهش مي دهد، اما علاوه بر اين افزايش آنتي اكسيدان بطور كامل تاثير منفي بازيافتي را خنثي مي كند. 0.1-0.05% از آنتي اكسيدان در هر مرحله بطور كامل فعاليت منفي 20% مواد بازيافتي را محو مي كند.

[1]. predecessors

بدون دیدگاه

دیدگاهتان را بنویسید