فاکتورهای تسریع کننده ی تخریب اکسیدی کامپوزیت ها از جمله چوب پلاست
چوب پلاست هم مانند دیگر کامپوزیت ها ممکن است دچار تخریب اکسیدی شود. تخریب اکسیدی پلاستیک ها و کامپوزیت های دارای پلاستیک نوعا در دو مرحله ی مشخص صورت می پذیرد: الف)دوره ی القا ، که ممکن است به عنوان طول عمر ایمن ماده مورد توجه قرار گیرد، ب)تخریب دوره ای یا فرایندی، که منجر به مصرف سریع اکسیژن، کاهش سریع وزن مولکولی پلاستیک، افزایش شکنندگی و تخریب سریع خصوصیات مکانیکی ماده می شود. در فرایند مرحله ی دوم از پروفیل کامپوزیت بافت نرمی بدست می آید که نرم، از نظر ساختمانی ناسالم و بطور تصادفی تحت اثر وزن خود می شکند. ظواهر پلاستیکی اش را از دست می دهد و ماده شامل فقط پرکننده ی نرمی(شکل 15.1) می شود. سطح شکل، همانند تخته ی لمبه کوبی به گونه ای نرم می شود که به آسانی توسط ناخن یا یک کارت اعتباری خراشیده می شود.
دوره ی القا و همچنین دوام یا طول عمر کامپوزیت ها از جمله چوب پلاست اساسا به فاکتور های زیر وابسته است:
– ساختار فیزیکی و شیمیایی پلیمر;
– تاریخچه ی پلاستیک(دست نخورده یا بازیابی);
– نوع و مقدار فیبر سلولزی;
– نوع و مقدار فیبرهای معدنی;
– وجود تنش;
– وجود کاتالیزورهای فلزی(در رنگ کاری، روغن کاری، پرکننده ها و غیره);
– وجود رطوبت;
– آنتياکسیدها و مقادیرشان;
– مقدار مواد بازیابی افزوده شده، اگر باشد;
– دانسیته ی(وزن مخصوص ) کامپوزیت;
– درجه حرارت – گرمادهی در طول فرایند; تیمار گرمایی سازندگان تیرک(آهسته سرد کردن);
– موقعیت لمبه کوبی وشرایط آب و هوایی;
– اشعه ی خورشیدی(نور UV );
ما می خواهیم این فاکتورها را بررسی کنیم.
دانسیته ی(وزن مخصوص ) کامپوزیت
تاثیر وزن مخصوص بر روی مواد کامپوزیتی ظاهرا بطور جدی ای در نوشته ها توسط بسیاری از سازندگان مواد ساختمانی کامپوزیتی تخمین زده شده است. نوعا، وزن مخصوص به عنوان یک فاکتور تعیین کننده ی وزن پروفیل که در هزینه های انتقال تاثیر دارد و راحتی جابجایی آن در طول نصب لمبه کوبی و به عنوان فاکتوری که ماده ی صنعتی خام را تعریف می کندتعیین می شود، ولیکن، همچنین دانسیته ی یک ماده ی کامپوزیتی بطور جدی ای عمرش را تعیین می کند.
در بالا ذکر شده بود که تخته های لمبه کوبی کامپوزیتی به دلیل ویژگی ساخت شان دارای خلل و فرج هستند. خلل و فرج ها نوعا باز بوده و از درون به هم متصل هستند که زنخیره های حفرات را تشکیل می دهند. اکسیژن هوا در آن، از میان خلل و فرج ها جریان دارد و مواد کامپوزیتی را به شکل موثری از درون علی الخصوص در دماهای بالا اکسید می کند که اغلب در سطح لمبه کوبی اتفاق می افتد.
در نتیجه، مثلا قالب های HDPE خالص فقط از سطح اکسید می شوند، در حالیکه در پروفیل های دارای HDPE (به عنوان کامپوزیتی دیگر ) بطور جدی ای از درون اکسید می شوند، در حالیکه اکسیژن هوا می تواند از میان خلل و فرج ها نفوذ کند. سطح درونی بخشی که اکسیژن قابلیت دسترسی دارد، گاهی اوقات صدها برابر بزرگ تر از سطح بیرونی پلاستیک ها با قابلیت دسترسی اکسیژن است. حجم خلل و فرج مواد کامپوزیتی که قابلیت دسترسی به آن را دارد برابر با 0.6-0.5 % حجم کل کامپوزیت ها در طول 24 ساعت غوطه وری در آب است، و در طول 40 روز غوطه وری در آب به مقدار 20% و بیشتر نسبت به حجم کل بدست می آید. در این صورت این مورد می تواند به عنوان شاخصی از حجم درونی حداقل کامپوزیت هایی باشد که قابلیت دسترسی هوا را دارد، یعنی میزان یک پتجم آن دارای اکسیژن است. برای پلی الفین های خالص حجم درونی با قابلیت دسترسی اکسیژن یا آب برابر با صفر است.
گذشته از جذب آب، شیوه ی دیگر تخمین حجم درونی کامپوزیت ها به شرح زیر است. می خواهیم دو ماده ی کامپوزیت چوب پلاست Trex و GeoDeck را بررسی کنیم. چوب پلاست های Trex شامل دو جزء اصلی (50:50) هستند که یکی پلی اتیلن (دانسیته g/cm3 0.94)و دیگری آرد چوب (دانسیته g/cm3 1.30 (است. از این رو وزن مخصوص ظاهری کامپوزیت های Trex باید g/cm3 1.12 (0.5 × 1.30 + 0.5× 0.94 ) باشد. در واقع وزن مخصوص آن g/cm3 0.94 است. اگر ما فرض کنیم که اختلاف بین دو عدد به دلیل خلل و فرج است، این مورد آخری برابر با 19% است. در این صورت در حدود یک پنجم حجم کل ماده ی کامپوزیت برای اکسیژن باز است تا پلاستیک را از درون ماده خراب کند.
دانسیته ی ظاهری GeoDeck بایستی برابر با g/cm3 1.24 باشد. بنابراین، وقتیکه تخته ی GeoDeck وزن مخصوص g/cm3 1.06 دارد، خلل و فرج اش برابر با 17% است و وقتیکه g/cm3 1.23 است، خلل و فرج اش برابر با 8% است. از این رو، ماده ی آخری احتمالا بیشتر از 20 برابر خسارت کمتری را از تخریب اکسیدی در مقایسه با مورد اولی می بیند. در وضعیت مشابه، آن 20 برابر بزرگتر خواهد شد. ای مطلب توسط آزمایشات مستقیمی در جعبه ی هوادیدگی (جدول 15.12 زیر) تایید شده بود.
مطمئنا دانسیته ی ماده ی کامپوزیتی از فاکتورهایی است که نسبت تخریب اکسیدی ماده ی کامپوزیتی راتعیین می کند. از این رو، در یک شرایط کلی برابر ، دانسیته نقش خیلی مهمی را در تعیین عمر یک تخته ی لمبه کوبی بازی می کند.
جدول 15.8 اکسید گرمایی تخته های چوب پلاست GeoDeck سطح صفر در یک کوره دارای جریان هوا در دمای 0C 107(0F 225) بعد از 87 ساعت، که بار مانده در لحظه ی معیوب شدن (مقاومت پیچشی و برشی ) بعد از اینکه تخته ها تحت شرایط قرار گرفتند، اندازه گیری شده است.
|
وزن مخصوص(g/cm3) |
بار مانده در شكست در مقايسه با مورد كنترلي( بدون گرمادهي) (%) |
| 1.02 | 41 |
| 1.07 | 48 |
| 1.08 | 51 |
| 1.09 | 42 |
| 1.10 | 64 |
| 1.105 | 63 |
| 1.11 | 50 |
| 1.12 | 63 |
| 1.13 | 59 |
| 1.17 | 75 |
بدون اینکه آنتي اکسیدان به مواد کامپوزیتی اضافه شود(سطح صفر آنتي اکسیدان ها)
جدول 15.8 نتایج تجربی اثر دانسیته (وزن مخصوص ) یک چوب پلاست را روی مقاومت گرمایی اش (روی سرعت اکسید گرمایی اش ) در یک آون با جریان هوا خلاصه می کند. تخته های کامپوزیتی تحت کنترل تیمار گرمایی نشده بودند. همه ی تخته های دیگر به مدت 87 ساعت در دمای 0F 225 نگهداری شده بودند. در این حالت دانسیته ی پایین تر و اکسید سریع تری بدست آمد(جدول 15.8 ).
جدول 15.8 یک روند واضح یعنی دانسیته ی بیشتر ، دوام بیشتر تخته های لمبه کوبی را نشان می دهد. دلیل اش نسبتا آشکار است، تخته تا دانسیته ی پایین تر، حفراتش بیشتر است، اکسیژن هوا در تخته و داخل حفراتش سریع تر جریان می يابد. دمای بالا تر، اکسید سریع تر مواد کامپوزیتی. اکسید سریع تر، ماده ی ضعیف تر.
در اینجا تاکید می کنیم که یک تخته ی چوب پلاست اساسا از تخته هایی که از پلاستیک خالص ساخته شده اند متفاوت است. در پلاستیک خالص اکسید مواد فقط در سطح اتفاق می افتد. و در حالت حجیم، اکسید در شرایط فقدان اکسیژن شدید اتفاق می افتد. چوب پلاست ها نوعا قالب خلل و فرجی دارند، از این رو، جذب آب زیادی را به طور نسبی دارند. اگر آب به خوبی جذب شود، اکسیژن خیلی سریع تر جذب می شود، به دلیل اینکه مولکول های آن کوچک تر اند و قابلیت توزیع آسان تری را دارند.
تخته های کامپوزیتی که در جدول 15.8 توضیح داده شدند، هیچ گونه مواد آنتي اکسیدان افزوده شده ندارند. در جمله ی بالا منظور از مواد افزوده شده این است که فقط آن آنتي اکسیدان هایی که توسط سازندگان پلاستیک معرفی شده بودند به داخل پلاستیک اضافه می شوند که در ماده ی اصلی وجود داشته است(سطح صفر آنتي اکسیدان ها).
جدول 15.9 اکسید گرمایی تخته های چوب پلاست GeoDeck سطح اول ( اب در نظر گرفتن آنتی اکسیدان ها ) در یک کوره دارای جریان هوا در دمای 0C106 (0F 223) بعد از 93 ساعت، که به وسیله ی بار مانده در لحظه ی شکست (مقاومت پیچشی و برشی ) بعد از اینکه تخته ها تحت شرایط قرار گرفتند، اندازه گیری شده است.
| وزن مخصوص (g/cm3) | بار مانده در شكست در مقايسه با مورد كنترلي
( بدون گرمادهي براي كنترلي) (%) |
| 1.125 | 74 |
| 1.14 | 84 |
| 1.14 | 86 |
| 1.15 | 83 |
| 1.16 | 84 |
| 1.16 | 90 |
| 1.17 | 93 |
| 1.18 | 94 |
| 1.19 | 95 |
جدول 15.9 داده هایی را نشان می دهد که برای همان تخته های همان تخته های چوب پلاست بدست آمده اند و اما مقدار کمی آنتي اکسیدان به فرمول ساخت آن اضافه شده بود(سطح اول مقدار آنتي اکسید). این داده روند مشابه دانسیته بیشتر، دوام بیشتر را نشان می دهد. به طور آشکاری، در حضور مقدار کمی آنتي اکسیدان (سطح اول ) بطو نسبی، دوام تخته ها اساسا در مقایسه با جدول 15.8 بیشتر است. خوب است بگوئیم در حضور آنتي اکسیدان، تخته های با دانسیته ی زیر g/cm3 1.125 تولید نشده بودند(در مقایسه با جدول 15.8). ظاهرا آنتي اکسیدان ها قسمت های بیرونی HDPE را تجزیه کردند، از این رو، بطور موثری VOC را کاهش دادند، و در نتیجه، خلل و فرج تخته ی لمبه کوبی خارج شده کاهش یافت ودانسیته اش افزایش یافت.
اطلاعات جدول 15.10 در مقادیر سه برابر شده ی آنتي اکسیدان، در مقایسه با جدول 15.9 (سطح دوم ) و در یک دمای بالاتر و در دوره ی گرمایی خیلی طولانی تر بدست آمده بود. همچنین این اطلاعات روند – دانسیته ی بالاتر، دوام بالاتر را نشان می دهد. قابل توجه است که در یک دمای خیلی بالا و یک دوره ی گرمایی خیلی طولانی، تخته های با دانسیته ی نسبتا بالا (g/cm3 1.20 ) عملا تخریبی از خود نشان ندادند، در صورتی که در شرایط خیلی
جدول 15.10 اکسید گرمایی تخته های چوب پلاست GeoDeck سطح دوم ( با توجه به آنتی اکسیدان ها ) در یک کوره ی با جریان هوا در 0C111 (0F 232 ) بعد از 264 ساعت، که به وسیله ی بار مانده در لحظه ی شکست ( مقاومت پیچشی و برشی ) بعد از اینکه تخته ها تحت شرایط قرار گرفتند، اندازه گیری شدند.
|
وزن مخصوص(g/cm3) |
بار مانده در شكست در مقايسه با مورد كنترلي( بدون گرمادهي) (%) |
| 1.125 | 86 |
| 1.15 | 93 |
| 1.16 | 96 |
| 1.175 | 95 |
| 1.20 | 99 |
سطح دوم مقادیر سه برابر شده ی آنتی اکسیدان در مقایسه با سطح اول ( جدول 15.9 ) را شامل می شود.
راحت تر ، تخته های لمبه کوبی با دانسیته ی پایین ( g/cm3 1.09-1.02 )حتی بدون آنتی اکسیدان افزوده شده 50% یا بیشتر مقاومت شان را از دست دادند.
این پدیده نشان می دهد که دو فاکتور مقاوم کننده ی قوی، که عمر تخته های لمبه کوبی کامپوزیتی را بیشتر می کنند، شامل دانسیته ی تخته و مواد آنتی اکسیدان افزوده شده هستند. این دو فاکتور از طریق کاربردی قابل معاوضه هستند، اما آنها در فرايند هم نيرو زايي باهم عمل می کنند. آنتی اکسیدان ها از انتشار رادیکال های آزاد ممانعت می کنند و دانسیته مقدار اکسیژن هوا را که در حفرات قالب کامپوزیتی جریان می یابد، کنترل می کند. دانسیته ی بالای ماده ی کامپوزیتی بطور موثری دسترسی به اکسیژن را محدود می کند و تخریب اکسیدی را نشان می دهد.
اطلاعات جدول 15.8 می تواند از طریق مناسب زیر ( جدول 15.11 ) بعد از یکنواخت کردن نوسانات آن ارائه شود.
جدول 15.11 تاثیر دانسیته یتخته روی دوام تخته های چوب پلاست GeoDeck بدون آنتی اکسیدان افزوده شده در دوره های میانه ی عمر
| وزن مخصوص (g/cm3) | زمان رسيدن به كاهش 50% مقاومت تخته در 0C 107 (0F 225) (h) |
| 1.02 | 68 |
| 1.07 | 82 |
| 1.08 | 90 |
| 1.09 | 98 |
| 1.10 | 106 |
| 1.105 | 110 |
| 1.11 | 116 |
| 1.12 | 131 |
| 1.13 | 146 |
| 1.17 | 210 |
اطلاعات بر اساس آزمایشات جریان هوا می باشند.
جدول 15.12 تاثیر دانسیته ی تخته روی دوام تخته های چوب پلاست GeoDeck بدون آنتی اکسیدان و سطح دوم آنتی اکسیدان در میانه ی عمر ( ساعت و ماه ) در 0C 107(0F 225 )
| وزن مخصوص
(g/cm3) |
بدون آنتياكسيد |
«سطح اول» |
«سطح دوم»
(سطح اول سه برابر شده) |
||
| 1.02 | 68 | – | – | ||
| 1.07 | 82 | – | – | ||
| 1.08 | 90 | – | – | ||
| 1.10 | 106 | – | – | ||
| 1.12 | 131 | 195 | 2200 (3 ماه) | ||
| 1.15 | – | 390 | 4200 (6 ماه) | ||
| 1.17 | 210 | 810 | 7040 (10 ماه) | ||
| 1.19 | – | 1200 (1.7 ماه) | – | ||
| 1.20 |
– |
– | 28600 (40 ماه) |
براي نشان دادن تاثير آنتي اكسيدان روي طول عمر تخته ي كامپوزيتي، جدول 15.12 داده ها را براي سطوح سه گانه ي آنتي اكسيدان – «سطح صفر،» «سطح اول،» و «سطح دوم» سه برابر شده تركيب مي كند (ضریب دمایی 0C10/2.5 ، در بالا بینید) انجام می شود. همچنين روابط دمايي (ضريب دمايي 0C10/2.5 ، بالا را بينيد) ايجاد مي شوند.
جدول 15.12 تاثیر ترکیب شده ی دانسیته و آنتی اکسیدان ها را نشان می دهد. کمترین و بیشترین طول عمر تخته های لمبه کوبی کامپوزیتی در جدول 420 برابر تغییر می کند. در واقعیت به طور قابل ملاحظه ای مطابق با 35 سال و 1 ماه است!
از این رو، می توان گفت که تاثیر دانسیته روی طول عمر تخته های لمبه کوبی کامپوزیتی 20-10 برابر کلی می تواند برسد.
درجه حرارت
درجه ی حرارت تخریب اکسیدی مواد کامپوزیتی را تسریع می کند که بطور معمول – برای واکنش های شیمیایی – فاکتور دما بین 2 و 3 است. بطوری که در بالا توضیح داده شد، این به این معنی است که با تغییر دما به اندازه ی 0C10 سرعت واکنش 3-2 برابر تغییر می کند.
در بخش قبلی ما ضریب دمایی 0C10/2.5 را برای واکنش های اکسیدی HDPE و مواد کامپوزیتی دارای HDPE استفاده کرده ایم. به نظر رسیده است که کار خوبی بوده است. همانطور که در ضمیمه آورده شد ضریب دمایی که بطور مستقیم از اطلاعات تجربی بدست آمده است برابر با 2.7 است که نسبتا نزدیک است.
در بخشی دیگر (صفحه ی 508 )نشان داده شده بود که زمان نیمه ی عمر ( در دوره های افت مقاومت تا 50% مقدار اولیه به دلیل اکسیداسیون ) برای تخته های GeoDeck در 0F237 برابر با 582 ساعت (24 روز ) است. در دمای 0F225، فقط 0 12 پایین تر، زمان نیمه ی عمر تخته ها دو برابر می شود یعنی برابر با 48 روز می شود. این مورد نشان می دهد که حساسیت مواد WPC در مقابل دما به سبب اکسیداسیون چگونه است.
اختلاف دمای بالای متوسط بین فونیکس (0F106 ) و بوستوم (0F81 ) برابر با 0F25 (0C 13.9 ) است. برای ضریب دمایی 0C10/1.7 ، اختلاف در نسبت اکسیداسیون بین دو منطقه ی جغرافیایی مذکور چهار برابر ( بخش زیر را ببینید) خواهد شد. در واقع، همان طوری که در زیر نشان داده شده است، چهار برابر است. وقتی که محاسبات بر مبنای مقادیر ضمانت شکستگی تخته هستند عملا این مقادیر نسبتا نزدیک به هم هستند که به پیچیدگی محاسبات نسبت های اکسیدی در لمبه کوبی در جهان واقعی بر می گردد! همچنین، اختلاف دمای بالای متوسط بین آریزونا و ماساچوست از سالی به سال دیگر به همراه اختلاف بین دماها متغیر است. ولیکن اختلاف تخریب اکسیدی بین دو منطقه و در اختلاف دمای متوسط 0F13.9 ،4.5 برابر می شود که منجر خواهد شد تا ضریب دمایی ظاهری 2.95 شود.
ولیکن، اگر اختلاف دما بجای 0C13.9 تقریبا برابر 0C14.9 باشد ضریب دمایی تخریب اکسیدی طبیعی که منجر به شکستگی تخته ها می شود برابر با 2.78 خواهدشد.
مقدار اخیر را می توان از زیر به دست آورد:
4.5 = 14.9x
= y 10x
در اینجا
X افزایش نسبت واکنش به ازای هر 0C1 است
Y افزلیش نسبت واکنش به ازای هر 0C10 است که همان ضریب دمایی مورد نظر است.
مقدار 4.5 نشان می دهد که افزایش دما به اندازه ی 0C14.9، نسبت واکنش را 4.5 برابر ( بالا را ببینید ) می کند.
از حل این دو معادله در قالب
0.6532 = 4.5 log = log x14.9
0.438 = log x = log y 10
مقدار 2.74y = ( ضریب دمایی ) را می دهد، یا تقریبا 2.7، که این مقدار برمبنای دقت اطلاعات در محاسبه اش بود.
مثال بیشتر از وابستگی دمایی تخریب اکسیدی در مواد کامپوزیتی، در اکسیژن خالص، در جدول 15.13 داده شده است.در این جا یک نمونه ی GeoDeck ، یک ماده ی کامپوزیتی چوب پلاست دارای HDPE با پوسته های برنج، Biodac® ( ترکیبی از کربنات کلسیم، خاک چینی/خاکستر و فیبر سلولزی چوبی شده ) در اکسیژن خالص و در دمای بین 130 و 0C 190 قرار داده می شود و اکسیداسيون اش بطور پیوسته در یک کالری متر اسکن کننده ی اختلافی بنام ASTM D 3895 اصلاح شده، نمایش داده می شود.
می توانید ببینید که برای این ماده ی بخصوص ( GeoDeck )، ضریب دمایی نزدیک به 2.0 ( انرژی رادیواکتیوی kal/mol 25.0 است) می باشد. در مقدار دو برابر شده ی آنتی اکسیدان، ارقام OIT برابر با حداقل 11.72 در 0C190 و 25.12 در 0C180 هستند، و ضریب دمایی در این دامنه ی دمایی برابر با 2.1 است. این ضریب تا اندازه ای پایین تر از ضریب دمایی برای اکسیداسیون همان ماده در آون جریان هوا است، اما تست آخری در دامنه ی دمایی پایین تری ( ضریب دمایی همانند انرژی رادیواکتیو به دامنه ی دمایی وابسته است) انجام شده بود، و مقدار خوانده شده ی این تست بر خلاف تکامل گرمایی تست OIT، نیروی شکست بود. بطور کلی ضریب دمایی یک ثابت عمومی نیست، و حتی برای همان فرایند به فاکتور های زیادی وابسته است که گاهی اوقات در صورت امکان کنترل آنها سخت است.
به دلیل اینکه ضریب دمایی در فرایند فوق ( جدول 15.13 ) عملا همان فرایند در حضور مقادیر متغیر آنتی اکسیدان است، به درستی می گوییم که آنتی اکسیدان شیمی تخریب اکسیدی را در ماده ی کامپوزیتی تغییر نمی دهد. این مورد نشان می دهد که فرایند تخریب در این جنبه ی خاص ( از مقدار صفر آنتی اکسیدان افزوده شده تا 0.5 در صد وزنی ) 37 برابر است.
ولیکن، وابستگی های دمایی در حضور آنتی اکسیدان ها می تواند وقتی که آنتی اکسیدان ها در دمای بالا فرار هستند گمراه کننده باشد. در این جنبه، OIT بطور فزاینده ای با افزایش دما کاهش خواهد یافت، اما نه فقط به دلیل تخلیه ی شیمیایی آنتی اکسیدان ها بلکه همچنین به دلیل تخلیه ی فیزیکی اش می باشد. این مورد در برگشت منجر به وابستگی های دمایی شدید OIT بطور غیر واقع بینانه همانند ضرایب دمایی خیلی بالا و انرژی های رادیو اکتیوی بالای واکنش خواهد شد. اگر در دماهای خیلی بالا یک آنتی اکسیدان فرار بطور کامل تبخیر شود، وابستگی دمایی به اندازه ی معمول خواهد رسید که در این صورت فقط فرایندهای شیمیایی اکسیداسیون منعکس می شود.
جدول 15.13 OIT برای مواد کامپوزیتی دارای HDPE ( GeoDeck ، 0.25 در صد از یک آنتی اکسیدان ) در اکسیژن خالص
| دما (0C) | OIT (دقيقه) | افزايش OIT در هر 0C 10 |
| 190 | 0.32 | – |
| 180 | 0.50 | 1.56 |
| 170 | 1.03 | 2.06 |
| 160 | 2.10 | 2.04 |
| 150 | 3.99 | 1.90 |
| 140 | 8.17 | 2.05 |
| 130 | 17.14 | 2.10 |
| متوسط | 0.2±2.0 |
ضاهرا این مورد می تواند وابستگی دمایی شدید غیر معمول OIT را در تخریب پلی اتیلن توضیح بدهد که در « Application News T95 » از Shimadzu توضیح داده شده است و « اندازه گیری زمان القای اکسیداسيون PE توسط DSC [1] نامیده می شود. نویسنده اطلاعات زیر را برای اکسیداسیون پلی اتیلن در فرایند یک آنتی اکسیدان به دست آورده است:
| دما (0C) | OIT (دقيقه) |
| 180 | 316 |
| 190 | 78.58 |
| 200 | 20.46 |
| 210 | 7.1 |
این اطلاعات نشان می دهد که ضریب دمایی برای واکنش بطور فرایندی با افزایش هر 0C10 کم شده است: (0C210-200)2.88 و (0C200-190)3.84 و (0C190-180)4.02. بطور آشکاری، ضریب دمایی در حدود 4 خیلی بالا است; این مورد عملا برای فرایند های شیمیایی از این نوع غیر واقع بینانه است. انرژی رادیواکتیوی برای ارقامی که در جدول فوق داده شده است برابر با kal/mol 54 است که همچنین بطور غیر معمولی برای همان واکنش بالا است. با افزودن این نتیجه به خسارت، نویسندگان در محاسبه ی انرژی رادیواکتیوی اشتباه کرده اند زیرا از لگاریتم اعشاری (log) OIT بجای لگاریتم طبیعی (ln) OIT، مطابق با معادله ی آرهنيوز[2] (معادله ی 15.2 ) استفاده کرده اند، و ضریب انتقال بین دو فرم لگاریتمی (logx2.3lnx =) را بررسی نکرده اند. به دلیل این اشتباه، نویسندگان یک عدد بزرگی را از انرژی رادیواکتیوی kcal/mol 22.2 به دست آورده اند که برای واکنش های اکسیدی نسبتا واقعی به نظر می رسد. در حضور مس، که معمولا به عنوان کاتالیزور اکسید و خالی کننده ی بسیار سریع تر آنتی اکسیدان ارائه می شود، نویسندگان اطلاعات زیر را به دست آورده اند:
| دما (0C) | OIT (دقيقه) |
| 180 | 14.1 |
| 190 | 8.9 |
| 200 | 6.3 |
ضریب دمایی برای واکنش هر دو دمای 180 به 0C190 و 190 به 0C200 برابر با 1.41 است و انرژی رادیواکتیوی kcal/mol 14 است. بنابراین، بعنوان یک نتیجه ای از ترکیب خطای روش شناسی، اشتباهات تجربی، تفسیرهای اشتباه و محاسبات اشتباه، نویسندگان اطلاعاتی را بدست آورده اند که بطور همزمان با پدیده های مختلفی گزارش می شوند.
باید درک شود که معیوب شدن مواد کامپوزیتی بدلیل تخریب اکسیدی رو به افزایش است. در طول فرایند گدازش داغ، ترموپلاستیک ها به اندازه های کوچک تری تخریب می شوند. اگر آنتی اکسیدان ها در ماده وجود داشته باشند، از اکسید شدگی ماده ممانعت می کنند، ولی چنانچه مقدار آنتی اکسیدان ها کم شود مطابقا چنین نیست. در مرحله ی بعد، آب دادن شکل های خارج شده ( اگر آب دادن بخشی از فرایند است) مقدار بیشتری از آنتی اکسیدان ها را مصرف می کند که مقدار آن به دما و مدت آب دادن وابسته است.
در نهایت، وقتی که تخته های کامپوزیتی به عنوان یک لمبه کوبی ساخته می شود، شرایط محیطی و عناصر( دما، نور UV ، رطوبت بعنوان کاتالیزور تخریب اکسیدی ) به تخریب آنتی اکسیدان ها ادامه می دهند. باقیمانده ی آنتی اکسیدان ها عمر لمبه کوبی را تعیین می کنند. اگر آنتی اکسیدان های افزوده شده در مواد کامپوزیتی در جایگاه اول نبود، عمر لمبه کوبی منحصرا به مقاومت پلاستیک ها به عناصر وابسته بود، در این صورت، به مقدار آنتی اکسیدان های موجود در پلاستیک وابسته بود. این مورد برای زمان ضمانت (20-10 سال ) تقریبا ممکن است کافی باشد یا نباشد. همه ی این ها به مقدار و موقعیت لمبه کوبی وابسته است. برخی نمونه های خاص در بخش زیر داده شده اند.
بطور معمول، برآورد دما از روی دامنه ی وسیع دمایی می تواند بسیار گمراه کننده باشد. وابستگی های دمای نظری بعنوان مثال معادلات آرهنيوز(معادله ی 15.2) معمولا فقط در دامنه ی دمایی نسبتا باریک صدق می کند. همین مورد با طرح های خطی در این دامنه های دمایی باریک قابل کاربرد است. صحبت هایی به سختی می شود که قسمت های بیرونی این دامنه را نمی توان برآورد کرد بلکه فقط افزودن به این دامنه می تواند قابل قبول باشد. هم انرژی رادیواکتیوی (E در معادله ی 15.2 ) و هم ضرایب دمایی بطور معمول با دما تغییر داده می شوند. متاسفانه، خیلی معمول است که ثابت ها در دماهای بالا تعیین می شوند و سپس در یک دامنه ی دمایی پایین برآورد می شوند. بنابراین این برآوردها تقریبا همیشه اشتباه هستند. در اینجا یک نمونه است اما برجسته[3].
OIT برای یک ماده پلی اتیلن در یک دامنه ی دمایی وسیع بین 220 و 0C140 تعیین شده بود، و در این دامنه از 3 به 5000 ساعت ( ضریب دمایی 2.53 ) افزایش یافت، ولیکن، دامنه برای طرح آرهنيوز خطی نبود و یک انرژی رادیواکتیوی زودگذر را در دامنه ی دمایی از kj/mol212 (kcal/mol 50.75) در بالاترین دماها به kj/mol 108 ( kcal/mol25.86) در پایین ترین دماها می دهد. ضرایب دمایی به ترتیب 2.92 و 2.11 بودند. ارقام OIT که در بالاترین دماهای 0C210 بدست آمدند و 0C90 برآورد شده بودند، که البته در انرژی رادیواکتیوی محاسبه شده ی خاصی در دماهای بالا استفاده می شود، طول عمر را برای یک پروفیل 384 سال در 0C90 (0F194) پیش بینی کرد. ولیکن برآورد خطی از 0C140 به 0C90 می بایستی طول عمر 24 سال را پیش بینی کند. ولیکن، اگر فرض شود که کاهش انرژی رادیواکتیوی ( از این رو ضریب دمایی) بین 140 و 0C90 پیوسته باشد، در این صورت OIT پیش بینی شده در 0C90 فقط 5 سال خواهد بود.
معمولا وقتی که اطلاعات دماهای بالا برای دماهای پایین برآورد می شود، با استفاده از معادله ی آرهنيوز بطور کلی نتایج بهینه ( و بطور ناخالصی بدشکل) بدست می آید. نمونه ی شاخص دیگری توسط Ref. [4] نشان داده شده است. وقتی که شکستگی سطحی پلی پروپیلن در دامنه ی دمایی وسیع مطالعه شد، انرژی های رادیواکتیو محاسبه شده kj/mol 16، 41 و 82 ( kcal/mol 3.8، 9.8 و 19.6 ) به ترتیب در 30، 70 و 0C90 بودند. دوباره در دمای 0C90 وابستگی نسبت واکنش شدید بود و برآورد دماهای پایین نسبت های خیلی پایین شکستگی را خواهد داد. در واقعیت، آنها حتی در دماهای پایین تر خیلی سریع تر هستند.
[1] . Measurement of Oxidizing Induction of PE by DSC
[2] . Arrhenius
بدون دیدگاه