كيفية تحديد شروط الاختبار ووقت الاختبار لاختبار الشيخوخة؟

يعد اختبار التقادم أحد الوسائل المهمة لتحسين موثوقية المنتج، ولا يمكن استبداله بطرق أخرى في الوقت الحاضر. من خلال اختبار التقادم، يمكن الكشف عن مشاكل وعيوب المنتج في ظل ظروف بيئية مختلفة، ويمكن إصلاح هذه المشاكل وتحسينها، وبالتالي تحسين موثوقية المنتج وعمر الخدمة. تشمل معدات الموثوقية شائعة الاستخدام ما يلي:غرفة اختبار الشيخوخة بالأشعة فوق البنفسجية, غرفة اختبار عمر مصباح زينون، إلخ.

Ⅰ. اختيار شروط اختبار الشيخوخة الاصطناعية المتسارعة
يمكن في الواقع فهم هذا السؤال على أنه ما هي عوامل الشيخوخة التي ينبغي محاكاتها. أثناء استخدام مواد البوليمر، قد يكون للعديد من العوامل في البيئة المناخية تأثير على عمر مواد البوليمر. إذا كانت العوامل الرئيسية المسببة للشيخوخة معروفة مسبقًا، فيمكن اختيار طريقة الاختبار بطريقة مستهدفة.
يمكننا تحديد طريقة الاختبار من خلال النظر في النقل والتخزين وبيئة الاستخدام وآلية الشيخوخة للمادة. على سبيل المثال، يتم تصنيع مقاطع كلوريد البولي فينيل الصلبة من كلوريد البولي فينيل كمواد خام ويتم إضافتها مع إضافات مثل المثبتات والأصباغ. وهي تستخدم أساسا في الهواء الطلق. بالنظر إلى آلية الشيخوخة للـ PVC، فمن السهل أن يتحلل PVC عند تسخينه؛ مع الأخذ في الاعتبار بيئة الاستخدام، فإن الأكسجين والأشعة فوق البنفسجية والحرارة والرطوبة في الهواء كلها أسباب لشيخوخة المظهر الجانبي.

Ⅱ . اختيار مصدر الضوء لاختبار الشيخوخة الاصطناعية المتسارعة
اختبار التعرض لمصدر الضوء في المختبر: يمكنه محاكاة الضوء والأكسجين والحرارة وهطول الأمطار وعوامل أخرى في البيئة المرئية الجوية في غرفة الاختبار في وقت واحد. إنها طريقة شائعة الاستخدام لاختبار الشيخوخة الاصطناعية. ومن بين عوامل المحاكاة هذه، يعد مصدر الضوء مهمًا نسبيًا. تظهر التجربة أن الأطوال الموجية الموجودة في ضوء الشمس والتي تسبب تلف المواد البوليمرية تتركز بشكل رئيسي في الضوء فوق البنفسجي وبعض الضوء المرئي.

تسعى مصادر الضوء الاصطناعي المستخدمة حاليًا إلى جعل منحنى توزيع طيف الطاقة في نطاق الطول الموجي هذا قريبًا من الطيف الشمسي. تعد المحاكاة ومعدل التسارع الأساس الرئيسي لاختيار مصادر الضوء الاصطناعي. بعد حوالي قرن من التطوير، تشمل مصادر الضوء المختبرية مصابيح قوس الكربون المغلقة، ومصابيح قوس الكربون من نوع ضوء الشمس، ومصابيح الفلورسنت فوق البنفسجية، ومصابيح قوس زينون، ومصابيح الزئبق عالية الضغط ومصادر الضوء الأخرى للاختيار من بينها. توصي اللجان الفنية المتعلقة بمواد البوليمر في المنظمة الدولية للتوحيد القياسي (ISO) بشكل أساسي باستخدام ثلاثة مصادر للضوء: مصابيح قوس الكربون الشمسية، ومصابيح الفلورسنت فوق البنفسجية، ومصابيح قوس الزينون.

01. مصباح زينون القوسي
يُعتقد حاليًا أن توزيع الطاقة الطيفية لمصابيح قوس الزينون بين مصادر الضوء الاصطناعي المعروفة يشبه إلى حد كبير الأجزاء فوق البنفسجية والمرئية من ضوء الشمس. ومن خلال اختيار مرشح مناسب، يمكن تصفية معظم إشعاعات الموجات القصيرة الموجودة في ضوء الشمس والتي تصل إلى الأرض. تتمتع مصابيح زينون بإشعاع قوي في منطقة الأشعة تحت الحمراء يتراوح من 1000 نانومتر إلى 1200 نانومتر وتولد كمية كبيرة من الحرارة.

ولذلك يجب اختيار جهاز تبريد مناسب للتخلص من هذه الطاقة. حاليًا، هناك طريقتان لتبريد معدات اختبار تقادم مصابيح الزينون في السوق: التبريد بالماء والتبريد بالهواء. بشكل عام، تأثير التبريد لأجهزة مصابيح الزينون المبردة بالماء أفضل من تلك المبردة بالهواء. في الوقت نفسه، الهيكل أكثر تعقيدا والسعر أكثر تكلفة. وبما أن طاقة الجزء فوق البنفسجي من مصباح الزينون تزيد بشكل أقل من مصدري الضوء الآخرين، فهي الأقل من حيث معدل التسارع.

02. مصباح الأشعة فوق البنفسجية الفلورسنت
من الناحية النظرية، طاقة الموجات القصيرة من 300 نانومتر إلى 400 نانومتر هي العامل الرئيسي الذي يسبب الشيخوخة. إذا تمت زيادة هذه الطاقة، يمكن إجراء اختبار سريع. يتركز التوزيع الطيفي لمصابيح الأشعة فوق البنفسجية الفلورية بشكل رئيسي في الجزء فوق البنفسجي، لذلك يمكنها تحقيق معدلات تسارع أعلى.

ومع ذلك، فإن مصابيح الأشعة فوق البنفسجية الفلورسنت لا تعمل على زيادة الطاقة فوق البنفسجية في ضوء الشمس الطبيعي فحسب، بل تشع أيضًا طاقة غير موجودة في ضوء الشمس الطبيعي عند قياسها على سطح الأرض، ويمكن أن تسبب هذه الطاقة أضرارًا غير طبيعية. بالإضافة إلى ذلك، باستثناء الخط الطيفي الزئبقي الضيق جدًا، لا يحتوي مصدر ضوء الفلورسنت على طاقة أعلى من 375 نانومتر، لذلك قد لا تتغير المواد الحساسة لطاقة الأشعة فوق البنفسجية ذات الطول الموجي الأطول كما تفعل عند تعرضها لأشعة الشمس الطبيعية. هذه العيوب المتأصلة يمكن أن تؤدي إلى نتائج غير موثوقة.

لذلك، يتم محاكاة مصابيح الأشعة فوق البنفسجية الفلورية بشكل سيئ. ومع ذلك، ونظرًا لمعدل التسارع العالي، يمكن تحقيق فحص سريع لمواد معينة عن طريق اختيار نوع المصباح المناسب.

03. مصباح قوس الكربون لضوء الشمس
نادرًا ما يتم استخدام مصابيح قوس الكربون من نوع ضوء الشمس حاليًا في بلدنا، ولكنها تستخدم على نطاق واسع كمصادر للضوء في اليابان. تستخدم معظم معايير JIS مصابيح قوس الكربون من نوع ضوء الشمس. العديد من شركات السيارات في بلدي التي هي مشاريع مشتركة مع اليابان لا تزال توصي باستخدام مصدر الضوء هذا. إن توزيع الطاقة الطيفية لمصباح قوس الكربون الشمسي أقرب أيضًا إلى ضوء الشمس، لكن الأشعة فوق البنفسجية من 370 نانومتر إلى 390 نانومتر مركزة ومعززة. المحاكاة ليست جيدة مثل مصباح زينون، ومعدل التسارع بين مصباح زينون ومصباح الأشعة فوق البنفسجية.

Ⅲ . تحديد زمن اختبار الشيخوخة الصناعية المتسارعة
1. الرجوع إلى معايير ولوائح المنتج ذات الصلة
لقد نصت معايير المنتج ذات الصلة بالفعل على وقت اختبار الشيخوخة. نحتاج فقط إلى العثور على المعايير ذات الصلة وتنفيذها وفقًا للوقت المحدد فيها. وقد نصت العديد من المعايير الوطنية ومعايير الصناعة على ذلك.

2. الحساب على أساس الارتباطات المعروفة
تظهر الأبحاث أن ثبات لون ABS يتم تقييمه من خلال التغيرات في اللون ومؤشر الاصفرار. الشيخوخة الصناعية المتسارعة لها علاقة جيدة بالتعرض للغلاف الجوي الطبيعي، ويبلغ معدل التسارع حوالي 7. إذا كنت تريد معرفة تغير لون مادة ABS معينة بعد عام واحد من الاستخدام الخارجي واستخدام نفس ظروف الاختبار، فيمكنك الرجوع إلى معدل التسارع لتحديد وقت التعمير المتسارع 365x24/7=1251h.

لفترة طويلة، تم إجراء الكثير من الأبحاث حول قضايا الارتباط في الداخل والخارج، وتم استخلاص العديد من علاقات التحويل. ومع ذلك، نظرًا لتنوع مواد البوليمر، والاختلافات في معدات وطرق اختبار الشيخوخة المتسارعة، والاختلافات في المناخ في أوقات ومناطق مختلفة، فإن علاقة التحويل معقدة. لذلك، عند اختيار علاقة التحويل، يجب علينا الانتباه إلى المواد المحددة والمعدات القديمة وظروف الاختبار ومؤشرات تقييم الأداء والعوامل الأخرى التي تشتق الارتباط.

3. التحكم في الكمية الإجمالية لإشعاعات الشيخوخة المعجلة صناعياً لتكون معادلة للكمية الإجمالية لإشعاعات التعرض الطبيعية
بالنسبة لبعض المنتجات التي لا تحتوي على معايير مقابلة ولا يوجد مرجع للارتباط، يمكن أخذ شدة الإشعاع في بيئة الاستخدام الفعلي في الاعتبار، ويجب التحكم في إجمالي كمية إشعاع الشيخوخة المتسارع بشكل مصطنع ليكون معادلاً للكمية الإجمالية لإشعاع التعرض الطبيعي .

مثال: كيفية التحكم في كمية الإشعاع الإجمالية للشيخوخة الاصطناعية المتسارعة
يتم استخدام منتج بلاستيكي معين في منطقة بكين، ومن المتوقع أن يتحكم في كمية الإشعاع الإجمالية للشيخوخة المتسارعة بشكل مصطنع بما يعادل سنة واحدة من التعرض في الهواء الطلق.
الخطوة 1: نظرًا لأن هذا المنتج عبارة عن منتج بلاستيكي ويتم استخدامه في الهواء الطلق، فاختر الطريقة أ في GB/T16422.2-1996 "طرق اختبار التعرض لمصدر الضوء في المختبر البلاستيكي الجزء 2: مصباح قوس زينون".
شروط الاختبار هي: شدة الإشعاع 0.50 وات/م2 (340 نانومتر)، درجة حرارة السبورة 65 درجة، درجة حرارة الصندوق 40 درجة، الرطوبة النسبية 50%، وقت رش الماء/عدم وجود وقت رش الماء 18 دقيقة/102 دقيقة، ضوء مستمر؛
الخطوة 2: يبلغ إجمالي الإشعاع السنوي في بكين حوالي 5609 ميجا جول/م2. وفقًا للمعيار الدولي CIENo85-1989 (GB/T16422.1-1996 "طرق اختبار التعرض لمصدر الضوء في المختبرات البلاستيكية" لمقارنة التوزيع الطيفي لمصادر الضوء الاصطناعي وضوء الشمس الطبيعي) الجزء: مستشهد به في "قوس زينون" خروف")؛ منها المناطق فوق البنفسجية والمرئية (300 نانومتر ~ 800 نانومتر) تمثل 62.2%، أو 3489 ميجا جول/م2.
الخطوة 3: وفقًا لـ GB/T16422.2-1996
عندما تكون كثافة التشعيع 340 نانومتر 0.50 وات/م2، تكون شدة التشعيع في المناطق تحت الحمراء والمرئية (300 نانو متر ~ 800 نانو متر) 550 وات/م2؛ يمكن حساب وقت التشعيع بـ 3489X106/550=6.344X106s، وهو 1762h. وفقًا لطريقة الحساب هذه، يبلغ عامل التسارع حوالي 5. وبما أن الشيخوخة الطبيعية ليست تراكبًا بسيطًا لكثافة الإشعاع، فإنه يتم تحديد فقط أن ضوء الشمس هو الذي يسبب المادة.