ההשפעה של חשיפה UV על היציבות ארוכת טווח של חומרים מטריקס פולימר

חומרים ממטריקס פולימר הם יסוד הנדסה וייצור מודרני, לשמש כעמוד השדרה של מוצרים החל מרכבים מטוסים ופאנלים גוף רכב אל בניינים חיצוניים ציפויים מבניים וציפויים. השימוש הנרחב שלהם נובע משילוב יתרון של תכונות קלות משקל, עמידות קורוזיה חומר, גמישות עיצוב, ויעילות עלות גבוהה של מערכות אלה אינה מובטחת לחץ סביבתי העיקרי כי פשרה של טמפרטורת פני השמש מופעלת (Vives) ואפקטיביכות קרינה אולטרה סגולה של קרינה אולטרה סגולה) הוא יעיל של קרינה אולטרה-סגולה.

יסודות של קרינה UV ו- Polymer Absorption

קרינה אולטרה סגול משתרעת על אורכי גל מ -100 עד 400 ננומטר, עם השמש הארצית UV להגיע אל פני כדור הארץ מרוכז UV-A (315–400 nm) ו-UV-B (280–315 nm) אזורים בשרשרת UV-UV-B הוא מזיק במיוחד כי הוא נושא אנרגיה פוטונית גבוהה יותר ( ⁇ ev ב 280 nm), אשר מספיק כדי לשבור אג"ח הרבה פחמן נמצא בסרום של אנרגיה אלקטרונית, כגון CDC-OCD)

מכניזם של ה-UV-Induced Degradation

ההשפלה של חומרי ממטריקס פולימריים תחת חשיפה UV היא תהליך מורכב ורב-ספקי הנשלט על ידי תגובות פוטו-חמצן-חמצן.הרצף מתחיל בדרך כלל עם ספיגת אור UV על ידי קבוצות chromophoric בתוך הפולימר (למשל, קבוצות פחמן, זיהומים, סטיות, או זרזים מובילים), או על ידי זיהומים ותוספים.

שרשרת סקי

פיסול שרשרת מתייחס לשבר אקראי של רשתות ריריות פולימרי עקב תגובות רדיקליות.זה מפחית את המשקל המולקולרי הממוצע של הפולימר, המוביל לאובדן של כוח רב-ile, הזזות בפירוק, והתנגדות השפעה. לדוגמה, בפוליאתילן וצפיפות פוליפרופילן, אפקטי שרשרת מושרה UV ביצירת oligomers קצרים יותר ושפל-משקל, אשר עלולים להזיזו את יכולת הסקה אונקטיבית.

קשר ו Embrittlement

קרוסלינקינג מתרחש כאשר רדיקלים חופשיים משלבים ליצירת קשרים קוהנדסיים חדשים בין רשתות פולימרים סמוכים.בעוד שדרגה מסוימת של crosslinking יכולה בתחילה להגדיל את המודולולים והקשידות, חיבורים מוגזמת מוביל לרשת נוקשה וגלויה מדי.חומר מאבד את הדלנות שלו והופך להיות רגיש להיווצרות ספציפית למיקרו-קפציפ, במיוחד תחת רכיבה תרמית או טעינה דינמית.

חסימה ומיקרו-קרינג

מכיוון שקרינת UV נספגת בעיקר בתוך המיקרונים הראשונים של פני השטח, השפלה לעתים קרובות ממוקמת לשכבה הנחשפת.תוצאות אלה במגרש פני השטח, מיקרו-מרוץ, ושחיקה. מים, לחות, מחזורים תרמיים יכולים להאיץ את ההשפעות הללו על ידי גרימת מתחים נפיחות-שטיפה כי סדקים משטחים המשמשים כמטרים מתח, צמצום החיים והעייפות של תרכובות צהובות, לאחר מכן, עלולות לחשיפה של חומרים מעצימות צהובות, אשר עלולות, אשר עלולות, כגון התחממות צהובות, חומרים ממושכות, אשר עלולות, כגון גורמות להתפרצות חומרים כימיים מתוחכמות גבוהה יותר, לאחר מכן, אשר עלולות, אשר עלולות, אשר עלולות, אשר עלולות להתפרצות חומרים מזיקים, לאחר מכן, אשר עלולות, לאחר מכן, או גורמות להתפרצות חומרים מדכאים, לאחר מכן, לאחר מכן, לאחר מכן, כדי לחשוף את חומר להתפרצות חומרים כימיים מתוחכמות גבוהה יותר, כגון רדיפטפטפטפטפטפטפטפטפטפטפטפטפטפטפטפטפטפטפטפטפטפטפטפטפטפטפטפטפטפטפטפטפטפטפטפטפטפטפטפטפטפטפטפטומטיים, ולאחר מכן, ולאחר מכן, אשר

השפעות על UV

לא כל הפולימרים מגיבים זהה לחשיפה של UV.הקצב וחומרת ההשפלה תלויים במבנה הכימי הפנימי של הרחם, נוכחותם של דנטליסרס ותנאים סביבתיים חיצוניים.הבנת גורמים אלה מאפשרת את בחירת החומרים המתאימים ואת אמצעי הגנה עבור יישומים ספציפיים.

סוג פולימר ומבנה מולקולרי

פולימרים אקרומטיים כגון פוליקרבונט (PC), פולי(אתילן terephthalate) (PET), ופולימיסטים מכילים טבעות ארומטיות סופגות אור חזק, מה שהופך אותם יותר נוטה לשפל UV מאשר פולימרים אלפטיים כמו פולית'רין (PE) או פוליפרופילן (PP), אך גם פולימרים אלפטיים אינם חסינים; PP, למשל, יש משככי כאבים רגישים להתפרצות פוליאמורית של זיהום אוויריטיסיום אחד (F) או פוליאמורה) או פוליאמורה, כמו CDF) או פוליאמורה, כמו CDF) או פוליפרמית (FDVFic) או חומצה פוליאמורה, כמו Creditolic) או חומצה פוליפרמית (pitericial) או חומצה פוליפרמית (pine) או פוליפרמית (PP).

תפקיד של סטטיביליס ואביזרים

דליקים UV מתווספים בכוונה לנוסחאות פולימרים כדי ליירט או לנטרל את ההשפעות המזיקות של קרינת UV.ללא תוספים אלה, רוב הפולימרים היו נכשלים בתוך חודשים של חשיפה חיצונית.השיעורים העיקריים של דטרנטינים כוללים:

  • (FLT:0)UV סופגנים (UVAs): ibph:1 תרכובות אלה, כגון benzotriazoles ו benzophenones, מעדיף לספוג אור UV ולבטל את האנרגיה כמו חום, למנוע ממנו להגיע לעמוד השדרה הפולימרים.הם יעילים ביותר כאשר הם בשימוש בשכבות דקות או ציפויים.
  • (FLT:0) ⁇ אור amine דקירנים (HALS): הפונקציה HALS 1 HALS כיצורים רדיקליים על ידי יצירת רדיקלים ניטרוקסל יציבים כי מלכודות רדיקלים חופשיים, להפריע מחזור photo-oxidative.הם יעילים מאוד אפילו בריכוזים נמוכים והם בשימוש נרחב בפוליומנטים, פוליאורתנים, ופולימדיקים.
  • (FLT:0) Antioxidants:FLT:1 נוגדי חמצון Phenolic וphosphites decomposes hydroperoxides ו מעכב חמצון תרמי, אשר משלים דוקרנים UV. Synergy בין HALS ו- UV סופגנים הוא היטב documented והוא תרגול סטנדרטי ביישומים חיצוניים תובעניים.
  • (FLT:0) חלקיקים למלא:FLT:1 Zinc oxide (ZnO) ו- titanium דו-חמצני (TiO2) חלקיקים משמשים גם חוסמי UV וגם מתפתל רדיקלי.הם משמשים בציפויים וסרטים כדי לספק הגנה רחבה UV, אך יש לנקוט זהירות כדי למנוע פגיעה בצילום ובפעילות הספקטרום שיכולה להאיץ את ההידרדרות.

תנאים סביבתיים

טמפרטורה, לחות, נוכחות שלמזהמים אטמוספריים (למשל, אוזון, דו-חמצני, תחמוצת חנקן, תחמוצת חנקן) יכול לסמס עם חשיפה UV להידרדרות גבוהה יותר בטמפרטורות גבוהות יותר להגדיל את שיעור הפיזור של חמצן ואת הניידות של רדיקלים, עלייה של קרינת שומן ו-482, במיוחד בטמפרטורות פוליאורדמיות משולבות, כגון קרינת חום ואפקטים (OCV292) בשילוב של זיהומים).

הערכה קוונטית של ה-UV Degradation

כדי להעריך את היציבות ארוכת הטווח של חומרי ממטריקס פולימרי, חוקרים ומהנדסים איכותיים מעסיקים מגוון של טכניקות אנליטיות המדידות שינויים במבנה כימי, תכונות מכניות, ומאפיינים משטח.שיטות אלה חיוניות לחיזוי חיי השירות, אימות ביצועים דקירה, וקביעת פרוטוקולי בקרת איכות.

שיטות לזיהוי כימי

Fourier Transform spectroscopy (FTIR) הוא כלי עיקרי לניטור photo-oxidation.הופעתן של להקות ספיגה פחמן (כ 1710-1740 ס"מ) ו hydroxyl / hydroxyl / hydroxyl / hydroxoperoxides (כ 3400 ס"מ) מזהה התקדמות חמצון (pcopic) ו-xspecialation) של ניתוח cpreic הראייה של cpation) של cpemation טמפרטורה ciftro-xiftro-xectation (מחדשודה (מחדשודה HD) של cemic) של cemic cemic) קרינת cpinedation) ו-xiftro-xiftro-xcination) של טמפרטורת cemic (Ric הראייה לאחור של מערכת ההפעלה cpinedation) של קרינת cpine) של טמפרטורת cpine (Ric הראייה לאחור (Ric הראייה לאחור של מערכת ההפעלה cexic הראייה לאחור (Ric הראייה לאחור ciftro-DSD-xcination) ו-xiftro-xifexine) קרינת cemectation טמפרטורה הראייה לאחור של מערכת ההפעלה cemation) קרינת cpine (

הערכת נכסים מכנית

בדיקות Tensile הוא הגישה המכנית הנפוצה ביותר להעריך נזק UV. Reductions בחוזק רבילי, Modulus, ו elongation בשבר הם ישירות מתואמות עם מידת photodegradation. Flexural ואפקט בדיקות לחשוף את הbrittlement ואובדן של קשיחות.מיקרו-dentation ו nanoindentation יכול למדוד שינויים קשים על פני השטח.עבור חומרים,laminar היא לעתים קרובות לכידת של תכונות אלה (חומצה אורת) הוא חשוף את הדיכאון (Ric).

ניתוח Surface and Microscopic Analysis

סריקת מיקרוסקופיה אלקטרונים (SEM) ומיקרוסקופיות כוח אטומי (AFM) חושפת שינויים טופוגרפיים כגון סדק, פיזור, ושחיקה. פרופ'למטריה ומדידות מטה את החוספסות והאובדן של השתקפות ספקטרוםית. Colorimetry (למשל, CIE Lab לתאם באופן אובייקטיבי) רשומות צהובות (בהשוואה לערך*) ואפלה (למשל, באינדיקטורים מוקדמים אלה, מופיעים לעתים קרובות, מוטציות מכניות).

מחקר: UV Degradation במערכות פולימר ספציפיות

Polypropylene in Auto Exterior Parts

Polypropylene (PP) משמש נרחב fascias, trim, ותחת בסיס מרכיבים בשל העלות הנמוכה שלה ונכסים מכניים טובים. עם זאת, unstabilated PP degrads במהירות תחת חשיפה UV, המציג משטח crazing בתוך שבועות של מזג אוויר בחוץ על פני אקלים השמש.השימוש של HALS בריכוזים של 0.2-0.5- wt% מרחיב את השירות למספר שנים, אפילו מ- UV-C גורם גבוה יותר מאשר טמפרטורות סטנדרטיות יותר מאשר טמפרטורות סטנדרטיות.

אפיקסי Composites in Wind Turbine Blades

להבים טורבינות רוח הם מבנים מורכבים גדולים כי חייב לעמוד עשרות שנים של חשיפה חיצונית.EOoxy resins מציעים כוח מעולה ועייפות התנגדות, אבל המבנה הארומטי שלהם גורם להם רגישים צהובה ושחיקה משטח UV. יצרנים ליישם מעילים מג'ל מגן ופוליאורטן העליון של מזג אוויר מכיל ספוגי UV ו פיגמנטים.

Polycarbonate in Architectural Glazing

גלידות פוליקרבונט (PC) פופולריים לאורות שמיים, חממות, ובטיחות בוהקות בשל עוצמת ההשפעה הגבוהה שלהם ואת השידור האור.עם זאת, PC הוא נוטה מאוד לקרינת UV ואובדן של שקיפות. יצרנים ליישם קו-קודש קו-קודש של UV עבור שכבות מקודמות או ציפויים קשים המכילים קולטי UV.ללא הגנה אלה, גיליון מחשב יכול לאבד עד 50% של אינדקס צהוב בתוך 1000 שעות חשיפה אחורית של ויטמין.

אסטרטגיות לשיפור התנגדות UV

הגנה על חומרי ממטריקס פולימרים מפני נזק UV כרוך בשילוב של בחירה חומרית, ניסוח, והחלטות עיצוב.הגישה היעילה ביותר היא לעתים קרובות מערכת רב שכבתית אשר מתייחסת הן פני השטח והן להשפלה גדולה.

בחירה חומרית

כאשר יישומים דורשים חשיפה חיצונית ארוכה, פולימרים נבחרים עם יציבות UV. פלואו-פולמורמרים (PVDF, PTFE), acrylics (PMMA), וסיליקון מציג התנגדות גבוהה יותר. עבור מאפים מורכבים, לשקול שימוש ב- cycloaliphatic epoxy או bisimide resimides במקום peoxies סטנדרטיים, כמו סופגים פחות חזק דרישות פולינזילות אלה עלולים אפילו עלות עלות עלות עלות, אבל חומרים אלה עלולים יותר עלות יותר עלות יותר עלות עלות יותר מאשר עלות טיפול תרופתיות.

שילובים מתקדמים

ההגנה החזקה ביותר מגיעה משילובים סינרגטיים של HALS ו-UV קולטנים.לדוגמה, מערכת הכוללת 0.5% HALS ו 0.3% benzotriazole UV סופג יכול להאריך את החיים של פוליפרופילן על ידי גורם של 5 עד 10 בהשוואה לכיסויים לא יציבים של הגנה על UVD; 0Technical מדריכים מספקים FLT1 ממליץ על יחס מבוסס על סוג של 5-Opine במיוחד כמו חסימת חום שחור.

קידודים מוגנים וטיפולים על פני השטח

החל ציפוי דק, UV-blocking הוא לעתים קרובות הדרך הכלכלית ביותר להגן על פולימר רב. Clear פוליאורטן או acrylic העליוןcoats עם קולטי UV נפוצים.עבור עמידות גדולה יותר, מעילים קשים קרמיקה המבוססים על פוליסרקסימין מתפתח או פוליאוריטאן-סיליקה לספק עמידות לחבית יחד עם הגנה UV.

שיקולים

בעוד שניתן, רכיבי עיצוב למזער חשיפה ישירה של UV. השתמש בגוונים, כיסויים או נטיות אשר להפחית את הקרינה האירוע.שילוב של ה-UV-Acificial UV-absorbing שכבות או סרטים ניתנים להחליף אותם ללא החלפת המרכיב כולו.הימנעות מחוד החנית ונציגים מתח שיכולים להאיץ את הסדקים.

בדיקות סטנדרטיות ומודלים חיזוי

בדיקות מזג אוויר מואצות חיוניות עבור חומרים זכאים בתוך מסגרת זמן מעשית (FLT:0ASTM G15403FLT:1 מתאר מחזור של חשיפה UVA-340 מנורות (שסימול אור באזור גל קצר UV קריטי) שינוי עם רמות של אנרגיה אלקטרונית או תרסיס מים.

מסקנה

חשיפה UV מהווה איום משמעותי על היציבות ארוכת הטווח של חומרי ממטריקס פולימרי, נהיגה שינויים כימיים וגופניים שמגיעות לשיאם בביצועים מופחתים וכישלון מוקדם.המנגנונים של חמצון, נפיחות שרשרת, וחיבור של יושרה מכנית מדרגה ואיכויות אסתטיות, עם חומרה המושפעת על ידי סוג פולימר, נוכחות דקירה, וגורמים סביבתיים.