UV Exposure'un uzun süreli polimer Matrix Materials Malzemelerinin Etkileri Üzerine Etkisi

Polimer matrisi malzemeleri modern mühendislik ve üretim temeldir, uçak kompozitlerinden ve otomotiv vücut panellerinden dış bina kaplamalarını ve deniz kaplamalarını teşvik etmek için geri kemiği olarak hizmet eder. Prolonged UV maruziyeti, korozyon direnci, tasarım esnekliği ve maliyet-maliyetçiliği garanti edilmez, mekanik güç kaybı için uzun vadeli bir çevresel strese yol açan betonlar.

UV Radyasyon ve Polimer Abhidrasyonunun Temelleri

Ultraviolet radyasyonu yaklaşık 100 ila 400 nanometreden dalga geçiyor, çünkü Dünya'nın yüzeyindeki UV-A (315-400 nm) ve UV-B (280-315 nm) bölgelerinin enerjilerini daha yüksek foton enerjileri (Düzücük bir şekilde) taşır ve bu da polimer sırt kemiğinde birçok kovalan bağı ortaya çıkarır.

UV-Indük Degradasyonları

UV maruziyeti altındaki polimer matris materyallerin bozulması karmaşık, multifaktörel bir süreçtir.Bir kez absorbe edilen tepkiler ve katkı maddeleri ile UV ışığının kromoforik grupların polimer içindeki (örneğin, karbonil gruplar, daha radikaller veya katalizörler) şeklinde tepki verir.

Sci Chainssion

Zincir scission, radikal tepkiler nedeniyle polimer arka kemiğinin rastgele kırılmasını ifade eder.Bu, polimerin ortalama moleküler ağırlığını azaltır, yüzeyin kaybına yol açabilir ve dirençlere neden olur. Örneğin, polietilen ve polipropilen ve polipropilen, zincir scission degrad zinciri, matriks ve düşük-molecular-küresel parçanın oluşumunda sonuçlanır.

Bağlantı ve Embrittlement

Crosslinking, yeni kovalent tahvillerini, özellikle de termal bisiklet veya dinamik yükleme arasındaki eş zamanlı bağlar oluşturmak için bir araya geldiğinde, aşırı bağlantılama, aşırı bağlantı kurma ve aşırı pompalanma ağı gibi, aşırı doldurma ve çapraz bağlantı kurma arasındaki denge, özellikle de mikroküresel yükleme ile hassas hale gelir.

Yüzey Degradasyon ve Mikrokracking

UV radyasyonu öncelikle yüzeyin ilk birkaç mikron içinde absorbe edilir, bozulma sık sık sık maruz kalan tabakaya hizmet edilir.Bu sonuçlar yüzey embrittlement, mikrokırıklama ve erozyonda.Su, nem ve termal döngüler, bu etkileri şişirme streslerine neden olabilir, ki bu da daha sonra çevresel etkilere bağlı olarak görünür.

Faktörler UV Susceptability

Tüm polimerler UV maruziyetine aynı şekilde cevap vermezler. İntratinsic kimyasal yapısına bağlı olarak, stabilizatörlerin varlığı ve dış çevre koşulları.Bu faktörler belirli uygulamalar için uygun malzemeleri ve koruyucu önlemleri anlamayı sağlar.

Polimer Tipi ve Moleküler Yapı

Makroetik polimerler polipropil (PC), poli(pirasyonel tertemiz) (PET) ve poliimitler UV ışıkını güçlü bir şekilde absorbe eden aliphatik polimerler gibi UV bozulmasına daha yatkındır (PE) veya polinötik polimerler (PP) ancak, daha az sayıda polimerler bağışıklık değildir; PP, örneğin, radikal saldırıya karşı hassas bir karbon kaplamaları vardır.

Stabiliserlerin ve Katkılarının Rolü

UV stabilizatörler, UV radyasyonunun zararlı etkilerini engellemeye veya tarafsızlaştırmaya kasıtlı olarak eklenirler, bu katkı maddeleri olmadan, çoğu polimerler açık maruz kalma ayları içinde başarısız olur.

  • [FONT:0)UV emiciler (UVAs): ), Bu bileşikler, iyi tabakalarda veya kaplamalarda kullanılan en etkili olanı tercih eder ve UV ışıklarını tercih eder ve enerjiyi ısıtır, polimer sırt kemiğine ulaşmasını engeller.
  • [FONT:0]Hindered amine ışık stabilizatörü (HALS): ), HALS işlevi, serbest radikalleri üreten, foto-oksidatif döngüsü kesmek ve çok verimlidir.
  • [FONT:0]Antioksitler: [Döneticiler ve fosforlar, temiz su ve UV emerler arasındaki sinerjiyi tamamlar ve dışsal uygulamaları talep eder.
  • [FONT:0]Nanoparticle dolgular: [DÜT:1], çinko oksit (ZnO) ve titanyum dioksit (TiO2) nanopartiküller hem UV blokerleri hem de radikal scavengers olarak hizmet eder. Geniş spektrumlu UV koruması sağlamak için kaplamalarda kullanılırlar, ancak bakım, agglomerasyon ve fotocatalytic aktiviteden kaçınmak için alınmalıdır.

Çevre Koşulları

Sıcaklık, nem ve atmosferik kirleticilerin varlığı (örneğin, ozon, sulfurtoksit, azot oksit oksitler) UV maruziyeti ile kötüleşen UV/humidasyon döngülerinin azaltılması için sinerjik olabilir ve radikallerin hareketliliğini arttırır, foto-oksidasyonu hızlandırır. Moisture, bu tür yüzeylerde ve UV ışınlarına bağlı olarak silikon ve sıvı yağ asitleri kullanarak 48 inç daha fazla test eder.

UV Degradasyonunun Sayısal Değerlendirme

Polimer matris materyallerinin uzun vadeli stabilitesini değerlendirmek için, araştırmacılar ve kalite mühendisleri kimyasal yapı, mekanik özellikler ve yüzey özelliklerinde değişiklikleri ölçen çeşitli analitik teknikler kullanmaktadır. Bu yöntemler hizmet yaşamını tahmin etmek, stabilleştirici performans ve kaliteli kontrol protokolleri oluşturmak için önemlidir.

Kimyasal Karakterizasyon Yöntemleri

Fourier, kızılötesi spektroskopu (FTIR) foto-oksitasyon izleme için birincil bir araçtır. Karbonil absorpsiyon bandlarının görünümü (yaklaşık 1710-1740 cm - 1) ve hidroxyl /hidrojenler (yaklaşık 3400 cm -1), x-rayış fotoerontroskopu (XPS) 10'un yüksek çözünürlükte ve optik diskografide yüksek çözünürlükte standart bir yüzeysel değişiklikler ve optik ölçümlerin ortaya çıkmasını sağlar.

Mekanik Emlak Değerlendirme

Çekme testi, UV hasarının değerlendirilmesine en yaygın mekanik yaklaşımdır. Tozlu güç, modulus ve kırılımdaki elongasyon doğrudan fotodegradasyon derecesi ile ilişkilendirilir. Flexural ve etki testi, amplitüdikasyon ve nanosinasyonun ilk sitesini ortaya çıkarır (mümesel malzemeler için yüzeysel sertliği ölçemez.Ingörüntüler için, interlaminer hear gücü (ILSS) testleri bu türdeki tüm değişikliklerle ilgili olarak ortaya çıkarılmalıdır.

Yüzey ve Mikrooskopik Analiz

Mekanik elektron mikroskobu (SEM) ve atomik kuvvet mikroskobu (AFM) çatlak, çukur ve erozyon gibi en iyi değişiklikleri ortaya çıkarır. Profilometri ve parlak ölçümler yüzeysel kabalığı ve spektral yansımalarının kaybıdır. Renkimetri (örneğin, CIE Lab koordinatları) objektif olarak b* değerde sarılama (b* değerde yükselme) ve koyulma (L* değerde artış).

Vaka Çalışmaları: Özel Polimer Sistemlerinde UV Degradasyonu

Otomotiv Dış Parçalarda Üretilen

Polizdi (PP) geniş ölçüde bumper fascias, trim ve düşük maliyetli ve iyi mekanik özellikleri nedeniyle altüst edilen PP degradları hızla UV maruz kalma altında, güneşli havalarda yüzeysel hava kirliliğini sergileyerek, sadece birkaç yıl boyunca hizmet ömrünün ötesine geçen tahminlerin ötesine geçti.

Rüzgar Türbinde Renkli Parçacıklar

Rüzgar türbinleri, onlarca yıllık açık maruz kalmalara dayanmalıdır., lens reçineleri mükemmel bir güç ve yorgunluk direnci sunabilir, ancak aromatik yapısı onları UV kaynaklı sarı ve yüzey erozyonunu kanıtlamıştır. Üreticiler UV emicileri ve pigmentleri içeren koruyucu jel ceketleri uygularlar. ancak, yüzey mikroklavuzları hala genişleyen hizmetten sonra formlanabilir ve emisyonlu cam kaplama ve potansiyel delaminasyona yol açar. Araştırma nano ölçekli ZnO'u ila UV iletim ve yavaşlamasını azaltır.

Mimari camlı pencerelerde polikarbonat

Yüksek etkiye sahip olan yüksek çözünürlükte (PC) çarşaflar, UV emicileri içeren UV kaplamaları ve güvenlik önlemleri için popülerdir. Ancak, PC, yüksek etkiye sahip olan UV sarılama ve şeffaflığı kaybetmeye eğilimlidir.

UV Direnişi Geliştirmek için Stratejiler

UV hasarından polimer matris materyallerini korumak, malzeme seçimi, formülasyon ve tasarım kararları kombinasyonu içerir. En etkili yaklaşım genellikle hem yüzey hem de büyük bozulmayı karşılayan çok katmanlı bir sistemdir.

Malzeme Seçme Rehberliği

Uygulamaların uzun açık maruz kaldığı zaman, organik UV stabilitesi ile polimerleri seçin. Fluoropolimers (PVDF,VPN), Adobes (PMMA), ve silikonlar üst kapaklar için, cycloalifatik epoxy veya bismaleimide reçineleri kullanarak, standart bisfenol A epoxies yerine, UV'leri absorbe ettikleri gibi, UV'leri daha az güçlü bir şekilde absorbe ederler.

Gelişmiş Stabiliser Kombinasyonları

Çoğu sağlam koruma, en büyük kriptoS ve UV emerilerinin sinerjik karışımlarından gelmektedir. Örneğin, tedarikçilerden gelen kılavuzlar (% 0,5T ve% 0.3) ZnO gibi nanoparçacıklar (zinc oksit) özellikle de organik UVAs'nin tam olarak güvenli bir şekilde korunmasız olan yüksek oranda UV kaplamaları ile karşılaştırıldığında, yüksek riskli UV ışınlarına göre yüksek çözünürlükte kullanılır.

Koruyucu Kaplamalar ve Yüzey Tedavisi

İnce, UV-blocking kaplamaları genellikle büyük bir polimer korumak için en ekonomik yoldur. Temiz poliurethane veya UV emicileri ile UV koruyucuları yaygındır.Daha katı kalınlık ve tedavi gereksinimlerine dayanan daha büyük dayanıklılık için.

Tasarım

Mümkün olan, doğrudan UV maruziyetine sahip olan bileşenleri tasarlayın. tonları kullanın, gizlemek için, veya yönlendirmeler olayı radyasyonu azaltır.Ingresyon katmanları veya tüm bileşeni değiştirmeden değiştirilebilecek en yaygın filmlerin değiştirilmesini sağlar.

Test Standartları ve Tahmini Modelleme

Hızlandırılmış hava testleri, UVA-340 lambalar kullanarak UV ışınlarının bir döngüsüni açıklar (bu, kritik UV kısa dalga bölgesinde güneş ışığı simüle etmek veya su spreyi ile ilgili olarak, 4892-2 ve 4892-3, xenon yay veya floresan lambalar kullanarak benzer protokolleri sunar.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

UV maruziyeti, polimer matris materyallerinin uzun vadeli istikrarına önemli bir tehdit oluşturur, kimyasal ve fiziksel değişikliklerden tasarruf edilen performans ve prematüre başarısızlık mekanizmalarıdır. Fotoğraf-oxidasyon mekanizmaları, zincir scission ve polimer kullanımı daha fazla talep edilen dışsal uygulamalarla genişletilebilir, elektrikli araç bileşenlerine etkilenebilir ve çevresel faktörlere karşı daha güvenli bir şekilde ölçümler yapılır.