دستگاه آزمون سیکل آب و هوایی تسریع‌شده
هوازدگی تسریع‌شده (Accelerated Weather Cycling)فرآیندی پیچیده است که از فناوری پیشرفته برای تکرار و تشدید شرایط هوازدگی طبیعی استفاده می‌کند. در هسته خود، این روش با هدف شبیه‌سازی اثرات نور خورشید، رطوبت و دما بر روی مواد در یک محیط کنترل‌شده انجام می‌شود. هدف اصلی، تسریع فرآیند تخریب است که معمولاً در دوره‌های طولانی در محیط‌های طبیعی رخ می‌دهد.
علم زیربنای هوازدگی تسریع‌شده بر این اصل استوار است که مواد در معرض عوامل استرس‌زای محیطی، دچار تغییرات شیمیایی و فیزیکی می‌شوند. با تقویت این عوامل استرس‌زا به شیوه‌ای کنترل‌شده، محققان می‌توانند تخریب مواد را با سرعتی شتاب‌یافته مشاهده و اندازه‌گیری کنند. این فرآیند شامل قرار گرفتن در معرض تابش فرابنفش (UV)، چرخه دما و تغییرات رطوبت، اغلب به صورت ترکیبی، با دقت کالیبره شده است.
تابش فرابنفش، یکی از اجزای کلیدی در هوازدگی تسریع‌شده، به ویژه از اهمیت بالایی برخوردار است زیرا اثرات مخرب خورشید بر مواد را تقلید می‌کند. لامپ‌های UV با شدت بالا در محفظه‌های هوازدگی، طول موج‌های خاصی از نور را منتشر می‌کنند که می‌توانند واکنش‌های فتوشیمیایی را در مواد ایجاد کنند و منجر به محو شدن رنگ، شکنندگی یا تضعیف ساختاری شوند. شدت و توزیع طیفی این منابع UV با دقت کنترل می‌شوند تا نتایج تکرارپذیر تضمین شوند.
تفاوت بین هوازدگی تسریع شده و هوازدگی طبیعی چیست؟
هوازدگی تسریع‌شده و هوازدگی طبیعی دو رویکرد متمایز برای ارزیابی دوام و عملکرد مواد در طول زمان هستند. هوازدگی طبیعی شامل قرار دادن مواد در معرض شرایط محیطی دنیای واقعی است و به طبیعت اجازه می‌دهد تا مسیر خود را طی کند. این فرآیند می‌تواند ماه‌ها یا حتی سال‌ها طول بکشد تا نتایج قابل توجهی به دست آورد. در مقابل، هوازدگی تسریع‌شده از تجهیزات تخصصی مانند محفظه‌های هوازدگی یا آزمایش‌کننده‌های هوازدگی تسریع‌شده برای شبیه‌سازی و تشدید عوامل محیطی مانند تابش اشعه ماوراء بنفش، نوسانات دما و رطوبت استفاده می‌کند. این روش به طور چشمگیری فرآیند هوازدگی را سرعت می‌بخشد و محققان و تولیدکنندگان را قادر می‌سازد تا در کسری از زمان مورد نیاز برای هوازدگی طبیعی، داده‌های ارزشمندی را به دست آورند. در حالی که هر دو رویکرد مزایای خود را دارند، هوازدگی تسریع‌شده نتایج سریع‌تر و شرایط آزمایش کنترل‌شده‌تری را ارائه می‌دهد و آن را به ابزاری ارزشمند برای توسعه محصول و تضمین کیفیت در صنایع مختلف تبدیل می‌کند.
اجزای کلیدی سیستم‌های هوازدگی تسریع‌شده
سیستم‌های هوازدگی تسریع‌شده، که اغلب به عنوان محفظه‌های هوازدگی یا آزمایش‌کننده‌های هوازدگی تسریع‌شده شناخته می‌شوند، تجهیزات پیچیده‌ای هستند که برای ایجاد و حفظ شرایط محیطی خاص طراحی شده‌اند. این سیستم‌ها معمولاً شامل چندین جزء کلیدی هستند:
- منبع نور UV: لامپ‌های فلورسنت با خروجی بالا یا لامپ‌های قوسی زنون که تابش خورشیدی را شبیه‌سازی می‌کنند.
- سیستم کنترل دما: عناصر گرمایش و سرمایش دقیق برای ایجاد چرخه‌های حرارتی.
- کنترل رطوبت: مکانیسم‌هایی برای تنظیم سطح رطوبت، از جمله سیستم‌های اسپری آب و مولدهای رطوبت.
- دستگاه نصب نمونه: قفسه‌ها یا نگهدارنده‌های تخصصی برای قرار دادن نمونه‌های آزمایش برای قرار دادن یکنواخت در معرض نور.
- رابط کنترل قابل برنامه‌ریزی: نرم‌افزار پیشرفته برای تنظیم پارامترهای آزمایش و شرایط نظارت.
این اجزا به طور هماهنگ کار می‌کنند تا یک محیط آزمایش پویا ایجاد کنند که می‌تواند با الزامات خاص مواد یا استانداردهای صنعتی تنظیم شود. توانایی تنظیم دقیق این پارامترها به محققان اجازه می‌دهد تا بر مکانیسم‌های تخریب خاص تمرکز کنند یا آب و هوای جغرافیایی خاص را شبیه‌سازی کنند.
نمونه‌های آزمایشی سیکل آب و هوایی تسریع‌شده
- هر نمونه آزمایشی باید ابعادی برابر با ۳۵۶ ± ۶ میلی‌متر در ۵۰۸ ± ۶ میلی‌متر (۱۴ ± ۱/۴ اینچ در ۲۰ ± ۱/۴ اینچ) داشته باشد که استاندارد و دقیق است.
نمونه‌ها باید از دو یا سه قاب شیشه شفاف، رنگی یا روکش‌دار، آنیل شده، تقویت‌شده با حرارت، سکوریت شده یا لمینت شده تشکیل شده باشند که تنوع و استحکام را تضمین می‌کند. - ضخامت شیشه و فضای بین دو جداره باید ۴ میلی‌متر (۵/۳۲ اینچ) و ۱۲ میلی‌متر (۱/۲ اینچ) باشد، که این استاندارد بودن را نشان می‌دهد.
به عنوان جایگزین، می‌توان از شیشه ۵ میلی‌متر (۳/۱۶ اینچ) با فضای بین دو جداره ۶ میلی‌متر (۱/۴ اینچ) استفاده کرد که انعطاف‌پذیری در طراحی است. - برای واحدهای سه جداره، استفاده از شیشه ۴ میلی‌متر (۵/۳۲ اینچ) و فضای بین دو جداره ۶ میلی‌متر (۱/۴ اینچ) پیش‌بینی شده است که همخوانی دارد.
واحدهای سه جداره با جداکننده فضای هوایی پلاستیکی قابل قبول هستند، که گزینه‌ای دیگر برای ساخت فراهم می‌کند. - ضخامت شیشه و فضای هوایی می‌تواند افزایش یابد که منجر به آزمایش دقیق‌تر و کیفیت بالاتر می‌شود.
هر نمونه باید به طور دائم و خوانا با نام سازنده و تاریخ ساخت (ماه و سال) علامت‌گذاری شود تا ردیابی آسان باشد. - حداقل ده نمونه از مواد و ساختار اجزای یکسان باید ارائه شود که تکرارپذیری و دقت را افزایش می‌دهد.
واحدها باید در تمام مراحل در حالت عمودی با تکیه‌گاه مساوی و بدون بارگذاری فشاری قرار گیرند تا از آسیب جلوگیری شود.
انتخاب واحدها برای آزمایش به صورت تصادفی انجام شود که احتمال سوگیری را کاهش می‌دهد.
آماده‌سازی نمونه آزمایش سیکل آب و هوایی تسریع‌شده
- ممکن است لکه یا کف غیرقابل تمیز کردن روی سطح شیشه خارجی نمونه پس از آزمایش فرسایش تسریع‌شده باقی بماند. باید اقداماتی انجام شود تا سطح شیشه داخلی برای تشخیص یخ‌زدگی، دید واضحی داشته باشد. به عنوان مثال، یک ماسک از نوار پلاستیکی 50 در 50 میلی‌متر (2 در 2 اینچ) یا بزرگتر، روی ناحیه مرکزی هر دو سطح شیشه خارجی قرار دهید. برای اندازه‌گیری نقطه یخ‌زدگی، ماسک را بردارید.
- واحدهای شیشه‌ای عایق آب‌بندی شده باید حداقل 4 هفته آب‌بندی شوند تا قبل از شروع قرار گرفتن در معرض رطوبت بالا مطابق با 8.1، تثبیت شوند. سازنده می‌تواند از این الزام صرف نظر کند.
روش کار دستگاه آزمون سیکل آب و هوایی تسریع‌شده
- آزمایش رطوبت بالا
شش نمونه را در محفظه آزمایش رطوبت بالا در دمای ۶۰ ± ۳ درجه سانتیگراد (۱۴۰ ± ۵ درجه فارنهایت) و رطوبت نسبی ۹۵ ± ۵ درصد قرار دهید. نمونه‌ها را طوری بچینید که هر نمونه حداقل ۶ میلی‌متر (۱/۴ اینچ) از چهار طرف فاصله داشته باشد. محفظه رطوبت بالا را با یک وسیله محافظ از گرم شدن بیش از حد محافظت کنید.
محفظه رطوبت بالا را به یک دستگاه ثبت مداوم دما مجهز کنید که در محلی قرار گیرد که میانگین دمای محفظه را نشان دهد.
پس از رسیدن به مدت زمان مشخص شده، نمونه‌های آزمایشی را برداشته و نقطه یخبندان را مطابق با روش آزمایش E 546 تعیین کنید. نقطه شبنم شیمیایی را بررسی کنید.
- آزمایش چرخه آب و هوای تسریع شده
نمونه‌های آزمایشی که مطابق با آزمایش رطوبت بالا آزمایش شده‌اند را در دستگاه آزمایش چرخه آب و هوای تسریع شده قرار دهید. نمونه‌ها را طوری نصب کنید که یک سطح خارجی نمونه در معرض چرخه‌های آب و هوایی و سطح دیگر در معرض دمای اتاق قرار گیرد (دمایی در محدوده 15 تا 30 درجه سانتیگراد (60 تا 85 درجه فارنهایت) چرخه - هر چرخه باید ۶ ساعت و ۵ دقیقه باشد). تمام نمونه‌ها را مطابق شکل 2 نصب کنید و مراقب باشید که هیچ تنشی در نمونه‌های آزمایشی با روش بستن ایجاد نشود. نمونه‌های آزمایشی باید در معرض چرخه آب و هوای تسریع شده قرار گیرند و سطح شماره یک آنها مانند حالت عادی در معرض تغییرات آب و هوایی قرار گیرد. اطمینان حاصل کنید که لبه تکیه‌گاه و طرف در معرض آب و هوا یا در معرض هوا در تمام آزمایش‌ها یکسان باقی بمانند.
در طول ۱ ساعت ± ۵ دقیقه اول، دما را از دمای اتاق به -۳۰ ± ۳ درجه سانتیگراد (-۲۰ ± ۵ درجه فارنهایت) کاهش دهید.
دما را به مدت ۱ ساعت ± ۵ دقیقه در -۳۰ ± ۳ درجه سانتیگراد (-۲۰ ± ۵ درجه فارنهایت) حفظ کنید.
گرما را روشن کنید و اجازه دهید دما از -۳۰ ± ۳ درجه سانتیگراد (-۲۰ ± ۵ درجه فارنهایت) در مدت ۱ ساعت ± ۵ دقیقه به دمای اتاق افزایش یابد.
در مدت زمان ۱ ساعت و ۵ دقیقه، اسپری آب و لامپ‌های فرابنفش را روشن کنید و افزایش دما را از دمای اتاق تا ۵۷ ± ۳ درجه سانتیگراد (۱۳۵ ± ۵ درجه فارنهایت) کنترل کنید. اسپری آب را پس از ۳۰ دقیقه خاموش کنید تا دما همچنان به ۵۷ ± ۳ درجه سانتیگراد افزایش یابد.
دما را در ۵۷ ± ۳ درجه سانتیگراد (۱۳۵ ± ۵ درجه فارنهایت) حفظ کنید و به مدت ۱ ساعت و ۵ دقیقه در معرض اشعه فرابنفش قرار دهید. رطوبت در این ساعت بسیار بالا باقی می‌ماند؛ در نتیجه، اسپری آب اضافی لازم نیست.
در مدت زمان ۱ ساعت و ۵ دقیقه، دما را از ۵۷ ± ۳ درجه سانتیگراد (۱۳۵ ± ۵ درجه فارنهایت) به دمای اتاق کاهش دهید و به قرار گرفتن در معرض اشعه فرابنفش ادامه دهید. در پایان این مدت، قرار گرفتن در معرض اشعه فرابنفش را خاموش کنید.
محفظه هوازدگی تسریع‌شده را با وسایل محافظ از گرم شدن بیش از حد و سرد شدن بیش از حد محافظت کنید.
محفظه چرخه هوای تسریع‌شده را به یک دستگاه ثبت مداوم دما مجهز کنید که در محلی قرار داده شده باشد که میانگین دمای داخل محفظه را نشان دهد.
هنگامی که تعداد چرخه‌های تجویز شده ۸ حاصل شد، نمونه‌ها را خارج کرده و نقطه یخبندان را مطابق با روش آزمایش E 546 تعیین کنید.
کاربردهای دستگاه آزمون سیکل آب و هوایی تسریع‌شده در صنایع مختلف
تطبیق‌پذیری فرسایش سریع، آن را به ابزاری ضروری در طیف وسیعی از صنایع تبدیل می‌کند. کاربردهای آن بسیار گسترده است و شامل موارد زیر می‌شود:
- خودرو: آزمایش رنگ‌های بیرونی، پوشش‌ها و اجزای پلاستیکی برای دوام و ثبات رنگ.
- ساخت و ساز: ارزیابی طول عمر مصالح ساختمانی، از جمله سقف، دیوارپوش و درزگیرها.
- نساجی: ارزیابی پایداری رنگ و یکپارچگی پارچه برای کاربردهای داخلی و خارجی.
- الکترونیک: آزمایش مقاومت محفظه‌ها و اجزا در برابر عوامل استرس‌زای محیطی.
- هوافضا: ارزیابی مواد مورد استفاده در بدنه هواپیما و اجزای ماهواره.
- بسته‌بندی: ارزیابی دوام و قابلیت چاپ برچسب‌ها و مواد بسته‌بندی.
در هر یک از این زمینه‌ها، فرسایش سریع داده‌های حیاتی را ارائه می‌دهد که به توسعه محصول، کنترل کیفیت و پیش‌بینی عملکرد کمک می‌کند. با قرار دادن مواد در شرایط شدید فرسایش سریع، تولیدکنندگان می‌توانند نقاط ضعف بالقوه را شناسایی، فرمولاسیون‌ها را بهینه و طول عمر محصول را قبل از معرفی به بازار افزایش دهند.
ویژگی های هوازدگی تسریع‌شده
هوازدگی تسریع‌شده مزایای قابل توجهی نسبت به هوازدگی طبیعی دارد و آزمایشگر هوازدگی تسریع‌شده را به گزینه‌ای جذاب برای بسیاری از صنایع تبدیل می‌کند:
- راندمان زمانی: شاید جذاب‌ترین مزیت هوازدگی تسریع‌شده، توانایی آن در فشرده‌سازی سال‌ها مواجهه طبیعی در هفته‌ها یا ماه‌ها باشد. این چرخش سریع، چرخه‌های توسعه محصول سریع‌تر و ورود سریع‌تر به بازار را امکان‌پذیر می‌کند.
- تکرارپذیری: محفظه‌های هوازدگی شرایط کنترل‌شده و ثابتی را فراهم می‌کنند که می‌توان آنها را در آزمایش‌های متعدد تکرار کرد. دستیابی به این سطح از ثبات با هوازدگی طبیعی، که در آن عوامل محیطی می‌توانند بسیار متفاوت باشند، چالش‌برانگیز است.
- کنترل پارامتر: محققان می‌توانند عوامل محیطی خاص، مانند شدت اشعه ماوراء بنفش یا سطح رطوبت را جدا و دستکاری کنند تا اثرات فردی آنها را بر روی مواد مطالعه کنند. این کنترل جزئی در محیط‌های طبیعی امکان‌پذیر نیست.
- آزمایش در تمام طول سال: هوازدگی تسریع‌شده به تغییرات فصلی محدود نمی‌شود و امکان آزمایش مداوم را صرف نظر از شرایط فضای باز فراهم می‌کند.
- مقرون به صرفه بودن: در حالی که سرمایه‌گذاری اولیه در تجهیزات هوازدگی تسریع‌شده می‌تواند قابل توجه باشد، صرفه‌جویی در هزینه‌های بلندمدت از نظر کاهش زمان آزمایش و افزایش توان عملیاتی می‌تواند قابل توجه باشد.
محدودیت‌های هوازدگی تسریع‌شده
با وجود مزایای فراوان، هوازدگی تسریع‌شده بدون محدودیت نیست:
- همبستگی با عملکرد در دنیای واقعی: در حالی که آزمایش‌های تسریع‌شده می‌توانند بینش‌های ارزشمندی ارائه دهند، ممکن است همیشه کاملاً با نتایج هوازدگی طبیعی همبستگی نداشته باشند. برخی از مکانیسم‌های تخریب ممکن است در شرایط تسریع‌شده بیش از حد مورد تأکید قرار گیرند یا کمتر از حد نشان داده شوند.
- پیچیدگی محیط‌های طبیعی: آزمایش‌های تسریع‌شده ممکن است برای تکرار کامل تعامل پیچیده عوامل موجود در محیط‌های طبیعی، مانند آلاینده‌ها، عوامل بیولوژیکی یا الگوهای آب و هوایی متغیر، با مشکل مواجه شوند.
- چالش‌های خاص مواد: برخی از مواد ممکن است در مقایسه با هوازدگی طبیعی، به شرایط تسریع‌شده پاسخ متفاوتی دهند و نیاز به تفسیر دقیق نتایج دارند.
- هزینه‌های اولیه: تهیه و نگهداری محفظه‌های هوازدگی پیشرفته می‌تواند یک سرمایه‌گذاری اولیه قابل توجه برای برخی سازمان‌ها باشد.
مشخصات کلی دستگاه آزمون سیکل آب و هوایی تسریع‌شده
- بدنه از جنس استنلس استیل / آلومینیوم به همراه عایق فوم پلی‌یورتان در دیواره‌های دستگاه
- نگه‌دارنده شیشه‌ها از جنس U.P.V.C
- سیستم گردش هوای بسته جهت یکنواخت‌سازی دما و رطوبت
- مدار انتقال رطوبت از سیستم رطوبت‌ساز مخصوص با حداقل اتلاف
- سیستم ایجاد گرمایش از طریق هیترهای الکتریکی فن‌دار
- سیستم کنترل دمای محفظه آزمایش با دقت ±1 درجه سلسیوس
- سیستم کاهش دما از طریق سیستم تبرید تراکمی با ظرفیت مناسب و استفاده از کمپرسور دانفوس (ساخت آلمان)
- سیستم کنترل و داده‌برداری کامپیوتری با کنترل PID برای ایجاد تغییرات دمایی با شیب مشخص‌شده در استاندارد ملی 8522
- پردازش اطلاعات اندازه‌گیری‌شده مربوط به رطوبت نسبی محفظه و درجه حرارت، با نرم‌افزار ثبت و رسم منحنی تغییرات دما و رطوبت و امکان فایلینگ و گزارش‌گیری