معلومات الاختبار
يوفر مختبر ZHONGXI للاختبارات خدمة اختبار الشيخوخة للمواد البلاستيكية، وهي مجموعة اختبارات معملية تهدف إلى تقييم مدى مقاومة المواد البلاستيكية للتدهور في خواصها الميكانيكية والفيزيائية والكيميائية عند تعريضها لعوامل بيئية مثل الحرارة والأشعة فوق البنفسجية والرطوبة والأوزون والأكسدة الإجهادية على مدى فترات زمنية محددة أو معجلة. يستخدم هذا النوع من الاختبارات على نطاق واسع في صناعات السيارات والإلكترونيات والتغليف والكابلات والأنابيب والمنتجات الاستهلاكية، حيث تعتمد جودة المنتج النهائي وسلامته التشغيلية على قدرة المادة البلاستيكية على الاحتفاظ بخواصها خلال العمر التشغيلي المتوقع في بيئات الاستخدام المختلفة.
الغرض الأساسي من اختبار الشيخوخة هو التنبؤ بسلوك المادة البلاستيكية بعد سنوات من الاستخدام الفعلي خلال فترة زمنية قصيرة في المختبر، وذلك من خلال تطبيق ظروف بيئية مكثفة تسرّع آليات التدهور مثل انكسار السلاسل الجزيئية والتشابك والتأكسد والتبلور وتصبغ السطح. تعتمد التقنيات المستخدمة في هذا التقييم على تعريض عينات موحدة الأبعاد لمصادر إشعاع طيفي محاكي لأشعة الشمس داخل أجهزة تعجيل الشيخوخة بالأشعة فوق البنفسجية أو المصابيح الزينون، أو وضعها داخل غرف حرارية ورطوبة ذات تحكم دقيق في درجة الحرارة والرطوبة النسبية، أو غمرها في سوائل كيميائية لدراسة مقاومة التدهور بالوسائط السائلة، مع قياس التغيرات الحاصلة في الخواص قبل التعرض وبعده.
تشمل عملية الاختبار النموذجية عدة مراحل مترابطة تبدأ بتحديد نوع المادة والغرض من التقييم ومعيار الأداء المطلوب، ثم تحضير العينات وفق متطلبات المواصفة المعتمدة من حيث الأبعاد والسماكة وطريقة التشكيل والتكييف المسبق في جو قياسي، ثم قياس الخواص المرجعية قبل بدء التعرض مثل مقاومة الشد والاستطالة والصلابة واللون والكتلة الحجمية. بعد ذلك تخضع العينات لدورات تعرض محددة الأمد تتراوح من بضع مئات إلى آلاف الساعات وفق شدة الإشعاع أو درجة الحرارة المقررة، وتُستخرج عينات دورية لقياس نفس الخواص ومقارنة النتائج مع القيم المرجعية وحساب النسبة المئوية للاحتفاظ بالخاصية أو نسبة التغير.
من المعاملات الفنية الأساسية في هذا التقييم شدة الإشعاع الطيفي مقاسة بالواط لكل متر مربع عند طول موجي محدد، ودرجة حرارة سطح العينة المعبر عنها بدرجة حرارة البلاك الأسود، والرطوبة النسبية داخل الحجرة، ودورة الرش بالماء وتكثيف الندى، والزمن الكلي للتعرض، بالإضافة إلى معاملات التقييم النهائية مثل نسبة الاحتفاظ بمقاومة الشد ونسبة الاحتفاظ بالاستطالة عند القطع ودرجة التغير اللوني والفرق في اللمعان ودرجة التشقق السطحي المرئي. تتيح هذه المعاملات للجهات الطالبة للاختبار إصدار حكم فني موثق على مدى ملاءمة المادة لتطبيقها المقصود.
سيناريوهات التطبيق
في صناعة السيارات تُستخدم نتائج اختبار الشيخوخة لتقييم ملاءمة القطع الداخلية والخارجية مثل الرفارف الأمامية وأغطية المرايا ولوحات الأبواب المصنوعة من PP وABS وASA، حيث تتعرض هذه القطع في الخدمة لأشعة الشمس المباشرة ودرجات حرارة داخلية مرتفعة داخل المقصورة. تساعد بيانات نسب الاحتفاظ بالمقاومة والتغير اللوني مصممي المنتجات على اختيار درجة المادة المناسبة ومحتوى مثبتات الأشعة قبل إقرار التصميم للإنتاج.
في قطاع الكابلات والعزل الكهربائي يلعب اختبار الأكسدة الحرارية والمؤشر الزمني لبدء التأكسد دورا مباشرا في تحديد العمر التشغيلي لعزل XLPE وPVC في كابلات الطاقة المدفونة والمعلقة، إذ تُحتاج بيانات ثبات المادة عند درجات حرارة تشغيل متواصلة لتقدير سلوك العزل على مدى عقود، كما تُستخدم نتائج الشيخوخة الرطوبية الحرارية في كابلات الأسطح البحرية والمنصات النفطية.
في التغليف والزراعة تُطبق برامج التعرض المعجلة على أغشية البيوت البلاستيكية وأغطية التربة من LDPE وEVA المضافة بمثبتات ضوئية، حيث يقاس الاحتفاظ بالاستطالة والتغير في النفاذية الضوئية بعد محاكاة موسم زراعي كامل داخل غرف الزينون. كذلك تستفيد صناعة عبادات المشروبات وأغلفة الأجهزة من تقييم اصفرار PET وHIPS تحت الإشعاع المستمر لضمان سلامة مظهر المنتج طوال فترة العرض والتوزيع.
في مواد البناء والأشغال الهندسية تدخل اختبارات الشيخوخة في تقييم أغشية العزل الأرضي الممزوج بالأسود الكربوني وألواح البولي كربونات المفرغة والبروفيلات PVC وEPS للعزل الحراري، حيث تربط المواصفات بين نتائج التعرض المعجل ومتطلبات الثبات البعيد المدى تحت ظروف الرطوبة والتجمد والذوبان المتكرر والإشعاع الشمسي المباشر على الأسطح المعرضة.
بنود الاختبار
- جهاز التعرض للأشعة فوق البنفسجية بأنبوب الفلورسنس فوق البنفسجي مع دورات التكثيف الليلي.
- غرفة الشيخوخة الحرارية بالهواء الدوار ذات التوزيع الحراري المتجانس ومدى حراري حتى 300 درجة مئوية.
- غرفة الحرارة والرطوبة ذات التحكم في الرطوبة النسبية حتى 98 بالمائة لاختبارات الشيخوخة الرطوبية الحرارية.
- غرفة التعرض للأوزون لتقييم تشقق الإجهاد الأوزوني للمطاط اللدن بالمركبات المرنة.
- آلة اختبار الشد والانضغاط الشاملة المزودة بخلية حمل وحساسات انفعال دقيقة.
- جهاز قياس الصلابة بالشور الرقمي بأنواعه A وD للمواد المرنة والصلبة.
- جهاز المسح التفاضلي للسعرات الحرارية DSC لقياس درجات التحول الزجاجي والانصهار والتبلور.
- جهاز التحليل الحراري الوزني TGA لتحديد درجة بدء التحلل الحراري ومحتوى الرماد.
- جهاز القياس الطيفي اللوني المتعدد الزوايا لقياس التغير اللوني واللمعان.
- جهاز القياس الطيفي بالأشعة تحت الحمراء FTIR لتحليل مجموعات الأكسدة الكربونية.
- جهاز اختبار مقاومة الصدمة إيزود بتكوينات مختلفة للعينات المثقوبة وغير المثقوبة.
- جهاز قياس مؤشر انسياب المصهور لأغراض مقارنة القابلية للانسياب قبل التعرض وبعده.
- المجهر الإلكتروني الماسح لفحص مورفولوجيا سطح العينات المتدهورة.
- جهاز قياس درجة حرارة البلاك الأسود والمتر البصري لمعايرة شدة الإشعاع داخل غرف التعرض.
- غرفة التعرض الجوي الخارجي بميل محدد لاختبارات الشيخوخة الجوية الطبيعية المقارنة.
الملخص
يشمل اختبار الشيخوخة للمواد البلاستيكية تقييم مقاومة المواد للتدهور الحراري والضوئي والرطوبي والكيميائي عبر برامج تعرض معجلة تتبع بالقياسات الميكانيكية والطيفية واللونية قبل التعرض وبعده. يغطي نطاق الخدمة عائلات واسعة من البلاستيك الهندسي ومنتجات التغليف والكابلات ومواد البناء، وتتراوح مدة التنفيذ المعتادة بين 7 و15 يوم عمل تبعا للبنود المختارة ونوع العينات ومدة دورة التعرض المقررة.