Устойчивостью к ультрафиолетовому излучению что. Современные проблемы науки и образования

Получены композиционные материалы на основе полипропилена, устойчивые к УФ-излучению. Для оценки степени фотодеградации полипропилена и композитов на его основе главным инструментом являлась ИК-спектроскопия. При деградации полимера происходит разрыв химических связей и окисление материала. Данные процессы находят свое отражение на ИК-спектрах. Также о развитии процессов фотодеградации полимера можно судить по изменению структуры поверхности, подвергшейся облучению УФ. Это отражается на изменении краевого угла смачивания. Методами ИК-спектроскопии и измерения краевого угла смачивания исследовался полипропилен, стабилизированный различными УФ-абсорберами. В качестве наполнителей для полимерной матрицы использовались нитрид бора, многостенные углеродные нанотрубки и углеродные волокна. Получены и проанализированы ИК-спектры поглощения полипропилена и композитов на его основе. На основании полученных данных определены концентрации УФ-фильтров в полимерной матрице, необходимые для защиты материала от фотодеградации. В результате проведенных исследований установлено, что использованные наполнители значительно снижают деградацию поверхности и кристаллической структуры композитов.

полипропилен

УФ-излучение

нанотрубки

нитрид бора

1. Смит А. Л. Прикладная ИК-спектроскопия. Основы, техника, аналитическое применение. – М.: Мир, 1982.

2. Bertin D., M. Leblanc, S. R. A. Marque, D. Siri. Polypropylene degradation: Theoretical and experimental investigations// Polymer Degradation and Stability. – 2010. – V. 95, I.5. – P. 782-791.

3. Guadagno L., Naddeo C., Raimondo M., Gorrasi G., Vittoria V. Effect of carbon nanotubes on the photo-oxidative durability of syndiotactic polypropylene // Polymer Degradation and Stability. – 2010. – V.95, I. 9. – P. 1614-1626.

4. Horrocks A. R., Mwila J., Miraftab M., Liu M., Chohan S. S. The influence of carbon black on properties of orientated polypropylene 2. Thermal and photodegradation // Polymer Degradation and Stability. – 1999. – V. 65, I.1. – P. 25-36.

5. Jia H., Wang H., Chen W. The combination effect of hindered amine light stabilizers with UV absorbers on the radiation resistance of polypropylene // Radiation Physics and Chemistry. – 2007. – V.76, I. 7. – P. 1179-1188.

6. Kaczmarek H., Ołdak D., Malanowski P., Chaberska H. Effect of short wavelength UV-irradiation on ageing of polypropylene / cellulose compositions // Polymer Degradation and Stability. – 2005. – V.88, I.2. – P. 189-198.

7. Kotek J., Kelnar I., Baldrian J., Raab M. Structural transformations of isotactic polypropylene induced by heating and UV light // European Polymer Journal. – 2004. – V.40, I.12. – P. 2731-2738.

1. Введение

Полипропилен применяется во многих областях: в производстве плёнок (особенно упаковочных), тары, труб, деталей технической аппаратуры, в качестве электроизоляционного материала, в строительстве и так далее. Однако при воздействии УФ-излучения полипропилен теряет свои эксплуатационные характеристики вследствие развития процессов фотодеградации . Поэтому для стабилизации полимера применяются различные УФ-абсорберы (УФ-фильтры) - как органические , так и неорганические: дисперсные металлические, керамические частицы, углеродные нанотрубки и волокна .

Для оценки степени фотодеградации полипропилена и композитов на его основе главным инструментом является ИК-спектроскопия. При деградации полимера происходит разрыв химических связей и окисление материала. Данные процессы находят свое отражение на
ИК-спектрах. По числу и положению пиков в ИК-спектрах поглощения можно судить о природе вещества (качественный анализ), а по интенсивности полос поглощения - о количестве вещества (количественный анализ) , а, следовательно, и оценить степень деградации материала.

Также о развитии процессов фотодеградации полимера можно судить по изменению структуры поверхности, подвергшейся облучению УФ. Это отражается на изменении краевого угла смачивания.

В данной работе методами ИК-спектроскопии и измерения краевого угла смачивания исследовался полипропилен, стабилизированный различными УФ-абсорберами.

2. Материалы и методика эксперимента

В качестве исходных материалов и наполнителей были использованы: полипропилен, низковязкий (ТУ 214535465768); многослойные углеродные нанотрубки диаметром не более 30 нм и длиной не более 5 мм; высокомодульное углеродное волоконо, марки ВМН-4; гексагональный нитрид бора.

Образцы с различной массовой долей наполнителя в полимерной матрице были получены из исходных материалов методом экструзионного перемешивания.

В качестве метода для исследования изменения молекулярной структуры полимерных композитов под действием ультрафиолетового излучения использовалась ИК-Фурье спектрометрия. Съемка спектров проводилась на спектрометре Thermo Nicolet 380 с приставкой для реализации метода нарушенного полного внутреннего отражения (НПВО) Smart iTR с алмазным кристаллом. Съемка велась с разрешением 4 см-1, анализируемая область находилась в диапазоне 4000-650 см -1. Каждый спектр получен путем усреднения 32 проходов зеркала спектрометра. Спектр сравнения снимался перед съемкой каждого образца.

Для исследования изменения поверхности экспериментальных полимерных композитов под действием ультрафиолетового излучения использовался метод определения краевого угла смачивания дистиллированной водой. Измерения краевого угла смачивания проводятся при помощи системы анализа формы капли KRÜSS EasyDrop DSA20. Для расчета краевого угла смачивания использовался метод Юнга - Лапласа. В данном методе оценивается полный контур капли; при подборе учитывается не только межфазные взаимодействия, которые определяют контур капли, но и то, что капля не разрушается за счет веса жидкости. После успешного подбора уравнения Юнга - Лапласа определяется краевой угол смачивания как наклон касательной в точке касания трех фаз.

3. Результаты и их обсуждение

3.1. Результаты исследований изменения молекулярной структуры полимерных композитов

На спектре полипропилена без наполнителя (рисунок 1) присутствуют все характерные для данного полимера линии. В первую очередь это линии колебаний атомов водорода в функциональных группах CH3 и CH2. Линии в области волновых чисел 2498 см-1 и 2866 см-1 отвечают за асимметричные и симметричные валентные колебания метильной группы (CH3), а линии 1450 см-1 и 1375 см-1 в свою очередь обусловлены изгибными симметричными и асимметричными колебаниями той же группы. Линии 2916 см-1 и 2837 см-1 относят к линиям валентных колебаний метиленовых групп (CH2). Полосы на волновых числах 1116 см-1,
998 см-1, 974 см-1, 900 см-1, 841 см-1 и 809 см-1 принято относить к полосам регулярности, то есть к линиям, обусловленным областями регулярности полимера, также их иногда называют полосами кристалличности. Стоит отметить присутствие линии малой интенсивности в области 1735 см-1, которую следует относить к колебаниям связи C=O, что может быть связано с незначительным окислением полипропилена в процессе прессования. На спектре также присутствуют полосы, отвечающие за образование двойных связей C=C
(1650-1600 см-1), возникших после облучения образца УФ-излучением. Ко всему прочему, именно этот образец характеризуются максимальной интенсивностью линии C=O.

Рисунок 1. ИК спектры полипропилена после испытаний устойчивости к ультрафиолетовому излучению

В результате воздействия УФ-излучения на композиты, наполненные нитридом бора, образуются связи C=O (1735-1710 см-1) различной природы (альдегидной, кетонной, эфирной). На спектрах облученных УФ-излучением образцов чистого полипропилена и полипропилена, содержащего 40 % и 25 % нитрида бора, присутствуют полосы, как правило, отвечающие за образование двойных связей C=C (1650-1600 см-1). Полосы регулярности (кристалличности) в области волновых чисел 1300-900 см-1 на образцах полимерных композитов, подвергнутых УФ-облучению, заметно уширены, что говорит о частичной деградации кристаллической структуры полипропилена. Однако с увеличением степени наполнения полимерных композиционных материалов гексагональным нитридом бором деградация кристаллической структуры полипропилена уменьшается. УФ-воздействие также привело к повышению гидрофильности поверхности образцов, что выражается в присутствии широкой линии гидроксогруппы в области 3000 см-1.

Рисунок 2. ИК спектры полимерного композита на основе полипропилена с 25 % (масс.) нитрида бора гексагонального после испытаний устойчивости к ультрафиолетовому излучению

Спектры же полипропилена, наполненного 20 % (масс.) смесью углеродных волокон и нанотрубок до и после испытаний, практически не отличаются друг от друга, в первую очередь это вызвано искажением спектра в виду сильного поглощения ИК-излучения углеродной составляющей материала.

На основании полученных данных, можно судить о наличии в образцах композитов на основе полипропилена, углеродного волокна ВМН-4 и углеродных нанотрубок малого количества связей C=O, в виду присутствия пика в области 1730 см-1, однако, достоверно судить о количестве данных связей в образцах не представляется возможным в связи с искажениями спектров.

3.2. Результаты исследования изменения поверхности полимерных композитов

В таблице 1 представлены результаты исследования изменения поверхности экспериментальных образцов полимерных композитов, наполненных нитридом бора гексагональным. Анализ результатов позволяет сделать вывод о том, что наполнение полипропилена нитридом бора гексагональным повышает устойчивость поверхности полимерных композитов к ультрафиолетовому излучению. Увеличение степени наполнения приводит к меньшей деградации поверхности, проявляющейся в увеличении гидрофильности, что хорошо согласуется с результатами исследования изменения молекулярной структуры экспериментальных образцов полимерных композитов.

Таблица 1. Результаты изменения краевого угла смачивания поверхности полимерных композитов, наполненных нитридом бором гексагональным вследствие испытания устойчивости к ультрафиолетовому излучению

Анализ результатов исследования изменения поверхности экспериментальных образцов полимерных композитов, наполненных смесью углеродных волокон и нанотрубок (табл. 2), позволяет сделать вывод о том, что наполнение полипропилена углеродными материалами делает данные полимерные композиты устойчивыми к ультрафиолетовому излучению. Данный факт объясняется тем, что углеродные материалы активно поглощают ультрафиолетовое излучение.

Таблица 2. Результаты изменения краевого угла смачивания поверхности полимерных композитов, наполненных углеродным волокном и нанотрубками вследствие испытания устойчивости к ультрафиолетовому излучению

4. Заключение

Согласно результатам исследования устойчивости композитов на основе полипропилена к ультрафиолетовому излучению добавление в полимер гексагонального нитрида бора значительно снижает деградацию поверхности и кристаллической структуры композитов. Однако углеродные материалы активно поглощают ультрафиолетовое излучение, обеспечивая тем самым высокую устойчивость композитов на основе полимеров и углеродных волокон и нанотрубок к ультрафиолетовому излучению.

Работа выполнена в рамках федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007-2013 годы», Государственный контракт от 08 июля 2011 г. № 16.516.11.6099.

Рецензенты:

Серов Г. В., доктор технических наук, профессор кафедры функциональных наносистем и высокотемпературных материалов НИТУ "МИСиС", г. Москва.

Кондаков С. Э., доктор технических наук, старший научный сотрудник кафедры функциональных наносистем и высокотемпературных материалов НИТУ "МИСиС", г. Москва.

Библиографическая ссылка

Полимеры – это активные химические вещества, которые в последнее время приобретают широкую популярность из-за массового потребления пластмассовых изделий. С каждым годом растут объемы мирового производства полимеров, а изготовленные с их использованием материалы завоевывают новые позиции в бытовой и производственной сферах.

Все испытания продукции проводятся в лабораторных условиях. Их основная задача – определить факторы окружающей среды, которые оказывают разрушительное воздействие на пластмассовые изделия.

Основная группа неблагоприятных факторов, разрушающих полимеры

Стойкость конкретных изделий к негативным климатическим условиям определяется с учетом двух главных критериев:

• химического состава полимера;
• типа и силы воздействия внешних факторов.

При этом неблагоприятное влияние на полимерные изделия определяется по времени их полного разрушения и типу воздействия: моментальная полная деструкция или малозаметные трещины и дефекты.

К факторам, влияющим на разрушение полимеров, относятся:

• микроорганизмы;
• тепловая энергия различной степени интенсивности;
• промышленные выбросы, в составе которых присутствуют вредные вещества;
• повышенная влажность;
• УФ-излучение;
• рентгеновское излучение;
• повышенный процент содержания в воздухе соединений кислорода и озона.

Процесс полного разрушения изделий ускоряется при одновременном воздействии нескольких неблагоприятных факторов.

Одной из особенностей проведения климатических испытаний полимеров является необходимость тестовой экспертизы и изучения влияния каждого из перечисленных явлений по отдельности. Однако такие оценочные результаты не могут с полной достоверностью отразить картину взаимодействия внешних факторов с полимерными изделиями. Это связано с тем, что в обычных условиях материалы чаще всего подвергаются комбинированному воздействию. При этом разрушительный эффект заметно усиливается.

Воздействие ультрафиолетовой радиации на полимеры

Существует ошибочное мнение, что пластмассовым изделиям особый вред наносят солнечные лучи. На самом деле, разрушительное влияние оказывает только ультрафиолет.

Связи между атомами в полимерах могут быть уничтожены только под воздействием лучей этого спектра. Последствия такого неблагоприятного воздействия можно наблюдать визуально. Они могут выражаться :

• в ухудшении механических свойств и прочности пластмассового изделия;
• повышении хрупкости;
• выгорании.

В лабораториях для подобных испытаний применяют ксеноновые лампы.

Также проводят эксперименты по воссозданию условий воздействия УФ-радиации, повышенной влажности и температуры.

Такие испытания нужны для того, чтобы сделать выводы о необходимости внесения изменений в химический состав веществ. Так, для того чтобы полимерный материал приобрел устойчивость к УФ-излучению, в него добавляют специальные адсорберы. За счет поглощающей способности вещества активизируется защитный слой.

Устойчивость и прочность межатомных связей также можно повысить путем введения стабилизаторов.

Разрушающее действие микроорганизмов

Полимеры относятся к веществам, которые весьма устойчивы к воздействию бактерий. Однако это свойство характерно только для изделий, изготовленных из пластмассы высокого качества.

В низкокачественные материалы добавляются низкомолекулярные вещества, которые имеют тенденцию скапливаться на поверхности. Большое число таких компонентов способствует распространению микроорганизмов.

Последствия разрушительного воздействия можно заметить довольно быстро, так как:

• утрачиваются асептические качества;
• снижается степень прозрачности изделия;
• появляется хрупкость.

В числе дополнительных факторов, которые могут повлечь за собой снижение эксплуатационных характеристик полимеров, следует отметить повышенную температуру и влажность. Они создают условия, благоприятные для активного развития микроорганизмов.

Проводимые исследования позволили найти наиболее эффективный способ предотвращения размножения бактерий. Это добавление в состав полимеров специальных веществ – фунгицидов. Развитие бактерий приостанавливается за счет высокой токсичности компонента для простейших микроорганизмов.

Можно ли нейтрализовать воздействие негативных природных факторов?

В результате проводимых исследований удалось установить, что большая часть пластмассовой продукции, представленной на современном рынке, не вступает во взаимодействие с кислородом и его активными соединениями.

Однако механизм разрушения полимеров может быть запущен при комплексном воздействии кислорода и высокой температуры, влажности или ультрафиолетовой радиации.

Также при проведении специальных исследований удалось изучить особенности взаимодействия полимерных материалов с водой. Жидкость влияет на полимеры тремя способами:

1. физическим;
2. химическим (гидролиз);
3. фотохимическим.

Дополнительное одновременное воздействие повышенной температуры может ускорить процесс разрушения полимерных изделий.

Коррозия пластмасс

В широком смысле это понятие подразумевает разрушение материала под негативным воздействием внешних факторов. Так, под термином «коррозия полимеров» следует понимать изменение состава или свойств вещества, вызванное неблагоприятным влиянием, которое приводит к частичному или полному разрушению изделия.

Процессы целенаправленного преобразования полимеров для получения новых свойств материалов к этому определению не относятся.

О коррозии следует говорить, например, когда поливинилхлорид соприкасается и взаимодействует с химически агрессивной средой – хлором.

Большинство масел и герметиков используется с одинаковым успехом как для внутренней отделки, так и для внешней. Правда, для этого они должны обладать определенным набором свойств, например, таких, как влагонепроницаемость, теплоизоляция и устойчивость к ультрафиолетовым излучениям.

Все эти критерии должны быть соблюдены в обязательном порядке, ведь климатические условия у нас непредсказуемы и постоянно меняются. Утром может быть солнечно, а к обеду уже появятся тучи и начнется проливной дождь.

Имея все вышесказанное в виду, специалисты советуют выбирать устойчивые к УФ-лучам масла и герметики.

Зачем необходим фильтр

Казалось бы, зачем добавлять УФ-фильтр, когда можно применить силиконовый или полиуретановый герметик для наружных работ? Но все эти средства имеют определенные различия, что не позволяет их использовать абсолютно во всех случаях. Например, можно с легкостью провести реставрацию шва, если использовался акриловый герметик, чего не скажешь о силиконовом.

К тому же силиконовое герметизирующее средство обладает высокой агрессивностью к металлическим поверхностям, чего не скажешь об акриловых. Еще одной отличительной чертой со знаком минус у силиконовых герметиков выступает их неэкологичность. В них содержатся растворители, опасные для здоровья. Именно поэтому в некоторых акриловых герметиках начали использовать УФ-фильтр, чтобы расширить диапазон их применения.

Ультрафиолетовое излучение является основной причиной разрушения большинства полимерных материалов. Учитывая тот факт, что не все герметики устойчивы к ультрафиолету, нужно предельно внимательно подходить к выбору герметизирующего средства или масла.

Вещества, устойчивые к ультрафиолетовому излучению

На рынке герметизирующих средств и покрытий уже существует некоторое количество герметиков, устойчивых к ультрафиолетовому излучению. К ним можно отнести силиконовые и полиуретановые.

Силиконовые герметики

К преимуществам силиконовых герметиков можно отнести высокую адгезию, эластичность (до 400 %), возможность окрашивания поверхности после затвердевания и устойчивость к ультрафиолету. Однако у них хватает и недостатков: неэкологичность, агрессивность к металлическим конструкциям и невозможность реставрации шва.

Полиуретановые

Обладают еще большей эластичностью, чем силиконовые (до 1000 %). Морозостойки: их можно наносить на поверхность при температуре воздуха до −10 C°. Полиуретановые герметики долговечны и, конечно же, устойчивы к ультрафиолетовым излучениям.

К недостаткам можно отнести высокую адгезию не ко всем материалам (плохо взаимодействует с пластиком). Использованный материал очень сложно и дорого утилизировать. Полиуретановый герметик плохо взаимодействует с влажной средой.

Акриловые герметики с УФ-фильтром

Акриловые герметики имеют много преимуществ, среди которых высокая адгезия ко всем материалам, возможность реставрации шва и эластичность (до 200 %). Но среди всех этих преимуществ не хватает одного пункта: устойчивости к ультрафиолетовым лучам.

Благодаря этому УФ-фильтру теперь акриловые герметики могут составить достойную конкуренцию другим видам герметизирующих средств и облегчить выбор потребителя в определенных случаях.

Масла с УФ-фильтром

Бесцветное средство для покрытия деревянных поверхностей обладает высокой и надежной защитой от ультрафиолетового излучения. Масла с УФ-фильтром с успехом применяются для наружных работ, позволяя материалу сохранять все свои основные положительные свойства, несмотря на внешние воздействия.

Данный вид масел позволяет немного отсрочить очередное плановое покрытие поверхности маслом. Интервал между реставрациями уменьшается в 1,5–2 раза.

Основные характеристики:

• Эстетические/визуальные характеристики;
• Цвет;
• Блеск;
• Поверхность гладкая, текстурированная, зернистая…;
• Рабочие характеристики;
• Формуемость и общие механические свойства;
• Коррозийная стойкость;
• Устойчивость к УФ-излучению.

Все эти характеристики проверяются либо в процессе изготовления, либо после него, и могут быть проверены различными тестами и измерениями.

Характеристики продуктов основаны на этих тестах.

1. Механические свойства краски

Необходимые характеристики:

Формовочные методы:

• Гибка;
• Профилирование;
• Глубокая вытяжка.

Контакт инструмент с органическим покрытием:

• Износостойкость;
• Смазочные свойства краски.

Температура обработки минимум 16°С

2. Механические свойства: Гибкость

Т-образный изгиб

Плоский образец окрашенного материала сгибается параллельно направлению прокатки. Действие повторяется для получения все менее жёсткого радиуса изгиба.

Определяется адгезия и гибкость системы покрытия в режиме деформации при изгибе (или режиме растяжения) при комнатной температуре (23°С ±2°С).

Результаты выражаются, например (0.5 WPO и 1,5T WC).

Ударное испытание

Плоский образец окрашенного материала деформируется путем удара 20 мм-го полусферического пробойника весом 2 кг. Высота падения определяет энергию удара. Проверяются адгезия покрытия и гибкость.

Оценивается способность окрашенного материала противостоять быстрой деформации и ударам (сопротивление отслоению покрытия и растрескиванию).

3. Механические свойства: Твердость

Твердость по карандашу

Карандаши различной твердости (6В – 6Н) перемещаются по поверхности покрытия при постоянной нагрузке.

Оценивается твердость поверхности по «карандашу».

Твердость по Клемену (Тест на царапание)

Индентор диаметром 1мм перемещается по поверхности с постоянной скоростью. Сверху могут накладываться различные нагрузки (от 200 г до 6 кг).

Определяются различные свойства: твердость поверхности покрытия при царапании, фрикционные свойства, адгезия с подложкой.

Результаты зависят от толщины окрашенного прдукта.

Твердость по Тейберу (тест на износостойкост)

Плоский образец окрашенного материала поворачивается под двумя абразивными кругами, установленными параллельно. Истирание достигается круговым движением испытательной панели и постоянной нагрузкой.

Твердость по Тейберу – это стойкость к истиранию при грубом контакте.

Измерение напряжения на металлочерепице показывает, что деформации в некоторых зонах могут быть очень сильными.

Растяжение на продольном направлеии может достигать 40%.

Усадка на поперечном направлении может достигать 35%.

5. Механические свойства: пример дефформации при производстве металлочерепицы.

Тест Марсиньяка:

1-й шаг: деформация в устройстве Марсиньяка;

2-й шаг состаривание в климатической камере (тропический тест).

Для воспроизведения в малых масштабах наиболее сильных деформаций, наблюдаемых на промышленной кровельной черепице.

Для моделирования старения краски после профилирования и оценки эффективности систем окраски.

6. Коррозионная стойкость.

Коррозионная стойкость окрашенных продуктов зависит от:

Окружающей среды (температура, влажность, осадки, агрессивные вещества, например хлориды…);

Природы и толщины органического покрытия;

Природы и толщины металлической основы;

Обработки поверхности.

Коррозионную стойкость можно измерять:

Ускоренными испытаниями:

Различные ускоренные испытания могут проводиться в различных «простых» (искусственно созданных) агрессивных условиях.

Природным воздействием:

Возможны воздействия различных сред: морской климат, тропический, континентальный, промышленные условия…

7. Коррозионная стойкость: ускоренные испытания

Солевой тест

Окрашенный образец подвергается воздействию сплошного солевого тумана (непрерывное распыление раствора хлорида натрия на 50г/л при 35°С);

Продолжительность теста меняется от 150 до 1000 часов в зависимости от спецификации продукта;

Способность ингибиторов (замедлителей) коррозии блокировать анодные и катодные реакции по краям и рискам;

Влажная адгезия грунта;

Качество обработки поверхности через ее чувствительность к увеличению уровня рН.

8. Коррозионная стойкость: ускоренные испытания

Устойчивость к конденсатам, QST тест

Плоский окрашенный образец выставляется в условиях конденсата (с одной стороны панель подвергается воздействию влажной атмосферы при 40°С, другая сторона держится в комнатных условиях).

Влагостойкость, KTW тест

Плоский окрашенный образец подвергается циклическим воздействиям (40°С > 25°С) в насыщенной водной атмосфере;

После тестирования определяется появление пузырей на металле тестируемого образца;

Влажная адгезия грунта и слоя обработки поверхности;

Барьерный эффект покрытия внешнего слоя и его пористость.

Тест на коррозию внутренних витков рулона

Плоский окрашенный образец помещается под нагрузкой 2 кг в пачке с другими образцами и подвергается циклическому воздействию (25°С, 50%RH> 50°C или 70°С, 95%RH);

Экстремальные условия, приводящие к коррозии между витками рулона во время транспортировки или хранения (влажная адгезия грунта, барьерный эффект покрытия верхнего слоя и пористость в закрытых условиях пачки).

90° на Север	5° на Юг

10. Коррозионная стойкость: Открытое воздействие (Стандарты долговечности: EN 10169)

В соответствии с EN 10169 продукты для открытых сооружений должны подвергаться воздействию окружающей среды в течении минимум 2 лет.

Характеристики, необходимые для RC5: 2 мм и 2S2, в основном под навесом (образец 90°С) и в зонах перекрытия внахлест (образец 5°).

11. Устойчивость к УФ воздействию (выгоранию)

После коррозии УФ воздействие является второй главной угрозой долговечности окрашенных материалов.

Термин «УФ выгорание» означает изменение внешнего вида краски (в основном цвета и блеска) со временем.

Не только воздействие УФ излучения ухудшает качество краски, но и другие воздействия окружающей среды:

Солнечный свет – УФ, видимый и инфро-красый диапазоны;

Влажность – время намокания поверхности, относительная влажность;

Температура – стойкость к растрескиванию – максимальные значеия и ежедневные циклы нагрева/охлаждеия;

Ветер, дождь – истирание песком;

Соль – промышленные, прибрежные зоны;

Грязь – воздействие грунта и загрязняющие вещества…

12. УФ выгорание

Ускоренный тест устойчивость к УФ

Как проводится тест?

Стандарты: EN 10169;

Плоский образец ОС подвергается воздеййствию УФ излучению;

УФ облучение;

Возможные периоды кондесации;

2000 часов воздействия (Циклы 4Н конденсации 40°С/4Н облучение при 60°С с излучением 0,89В/м2 при 340 нм);

После тестирования определяются изменения цвета и блеска.

13. Устойчивость к УФ

- EN 10169: Ускоренные испытания

- EN 10169: Воздействие окружающей среды:

Только боковое воздействие на образец в течении 2 лет в местах с фиксированной энергией солнечного излучения (не менее 4500 МДж/м2/год) > Гваделупа, Флорида, Санари и т.д…

Выше уже отмечалось (см. предыдущую статью) что лучи УФ - диапазона принято делить на три группы в зависимости от длины волны:
[*]Длинноволновое излучение (UVA) – 320-400 нм.
[*]Среднее (UVB) – 280-320 нм.
[*]Коротковолновое излучение (UVC) – 100-280 нм.
Одна из основных трудностей при учете воздействия УФ – излучения на термопласты состоит в том, что его интенсивность зависит от множества факторов: содержания озона в стратосфере, облаков, высоты местоположения, высоты стояния солнца над горизонтом (как в течение суток, так и в течение года) и отражения. Сочетание всех этих факторов и определяет уровень интенсивности УФ-излучения, что отражено на данной карте Земли:

В зонах, окрашенных в темно-зеленый цвет интенсивность УФ-излучения наивысшая. Кроме того, необходимо учитывать что повышенная температура и влажность дополнительно усиливают эффект воздействия УФ – излучения на термопласты (см. предыдущую статью).

[B]Основной эффект от воздействия УФ – излучения на термопласты

Все виды УФ – излучения могут вызывать фотохимический эффект в структуре полимерных материалов, который может как приносить пользу, так и приводить к деградации материала. Тем не менее, по аналогии с человеческой кожей, чем вышек интенсивность излучения и чем меньше длина волны, тем больше риск деградации материала.

[U]Деградация
Основной видимый эффект от воздействия УФ–излучения на полимерные материалы – появление т.н. «меловых пятен», изменение цвета на поверхности материала и повышение хрупкости участков поверхности. Данный эффект можно часто наблюдать на пластиковых изделиях, постоянно эксплуатируемых вне помещений: сиденьях на стадионах, садовой мебели, тепличной пленке, оконных рамах и т.д.

В то же время, нередко изделия из термопластов должны выдерживать воздействие УФ-излучения таких видов и интенсивности, которые не встречаются на Земле. Речь идет, например, об элементах космических аппаратов, что требует применения таких материалов как FEP.

Отмеченные выше эффекты от воздействия УФ-излучения на термопласты отмечаются, как правило, на поверхности материала и редко проникают в структуру глубже 0.5 мм. Тем не менее, деградация материала на поверхности при наличии нагрузки может приводить к разрушению изделия в целом.

[U]Положительные эффекты
В последнее время широкое применение нашли специальные полимерные покрытия, в частности на основе полиуретан-акрилата, «самозалечивающиеся» под воздействием УФ-излучения. Обеззараживающие свойства УФ-излучения широко используются, к примеру, в кулерах для питьевой воды и могут быть дополнительно усилены хорошими пропускающими свойствами PET. Данный материал используется также в качестве защитного покрытия на УФ инсектицидных лампах, обеспечивая пропускание до 96% светового потока при толщине 0.25 мм. УФ-излучение применяется, также, для восстановления чернил нанесенных на пластиковую основу.

Положительный эффект от воздействия УФ-излучения дает применение флуоресцентных отбеливающих реагентов (FWA). Многие полимеры при естественном освещении имеют желтоватый оттенок. Однако введение в состав материала FWA УФ-лучи поглощаются материалом и излучают обратно лучи видимого диапазона голубого спектра с длиной волны 400-500 нм.

[B]Воздействие УФ-излучения на термопласты

Энергия УФ-излучения, поглощенная термопластами, возбуждает фотоны, которые, в свою очередь, формируют свободные радикалы. В то время как многие термопласты в натуральном, чистом виде, не поглощают УФ-излучение, наличие в их составе остатков катализаторов и пр. загрязнений, служащих рецепторами, может приводить к деградации материала. Причем для начала процесса деградации требуются ничтожные доли загрязнителей, например миллиардной доли натрия в составе поликарбоната ведет к нестабильности цвета. В присутствии кислорода свободные радикалы формируют гидроперекись кислорода, которая ломает двойные связи в молекулярной цепочке, что делает материал хрупким. Данный процесс часто называют фотоокислением. Однако даже при отсутствии водорода все равно происходит деградация материала вследствие связанных процессов, что особенно характерно для элементов космических аппаратов.

Среди термопластов, обладающих в немодифицированном виде неудовлетворительной стойкостью к УФ-излучению можно отметить POM, PC, ABS и PA6/6.

PET, PP, HDPE, PA12, PA11, PA6, PES, PPO, PBT считаются достаточно стойкими к УФ-излучению, как и комбинация PC/ABS.

Хорошей стойкостью к УФ-излучению обладают PTFE, PVDF, FEP и PEEK.

Великолепной стойкостью к УФ-излучению обладают PI и PEI.