Khoảng 99% bức xạ mặt trời trên bề mặt trái đất nằm trong vùng bước sóng 295 – 3000nm. Năng lượng bức xạ tia cực tím (UV) là ánh sáng có bước sóng ngắn nằm trong khoảng 295 – 400nm. Mặc dù tia UV chỉ chiếm 3,3 % vùng bước sóng cho bức xạ mặt trời, nhưng có năng lượng bức xạ rất mạnh có thể phá vỡ các liên kết trong vật liệu cao phân tử gây hiện tượng lão hóa: rạn nứt, đứt gãy… Hiện nay, hầu hết tủ thử nghiệm thời tiết gia tốc đều tích hợp thêm tính năng phun nước (mô phổng mưa) và ngưng tụ. Do đó, ngoài bức xạ mặt trời nhân tạo còn có thêm các yếu tố khác như: nhiệt độ, độ ẩm và phun nước giúp mô phổng khá chính xác các tác nhân tự nhiên tác động gây lão hóa vật liệu. Các tủ thử nghiệm thời tiết gia tốc khác nhau có nguồn sáng khác nhau để tạo ra phổ bức xạ khác nhau. Để đánh giá độ bền của các vật liệu phi kim, sử dụng các tủ thử nghiệm thời tiết gia tốc sử dụng nguồn sáng đèn hồ quang xeron hoặc đèn huỳnh quang UV.
Tủ thử nghiệm thời tiết gia tốc sử dụng nguồn sáng đèn hồ quang xenon
Tủ thời tiết gia tốc sử dụng nguồn sáng hồ quang xenon tạo ra phổ bức xạ mô phỏng ánh sáng mặt trời tự nhiên. Bộ lọc thủy tinh giúp điều chỉnh quang phổ ánh sáng để mô phỏng các điều kiện sử dụng thích hợp. Tủ có kiểm soát nhiệt độ, độ ẩm và phun nước trực tiếp. Tấm mẫu thử có kích thước tiêu chuẩn là (70 x 150) mm. Đặt các tấm mẫu thử vào trong thiết bị, sau đó cài đặt các điều kiện thử nghiệm như: chu kỳ, năng lượng bức xạ, độ ẩm, nhiệt độ và phun nước. Tuỳ thuộc vào loại vật liệu thử nghiệm và mục đích sử dụng, tiến hành thử nghiệm ở các điều kiện khác nhau. Ví dụ, một chu kỳ 120 phút cho các vật liệu sơn, chất dẻo thường gồm 102 phút chiếu UV ở bức xạ (60 ± 2) W/m2, nhiệt độ tấm bảng đen (65 ± 3) oC, độ ẩm tương đối (50 ± 10) % và 18 phút phun mưa ở bức xạ (60 ± 2) W/m2.
Hình 1a: Hình ảnh thiết bị thử gia tốc thời tiết sử dụng đèn hồ quang xenon
Hình 1b: Hình ảnh các tấm mẫu thử trước và sau khi thử phơi mẫu
Tủ thời tiết gia tốc sử dụng nguồn sáng đèn huỳnh quang UV
Tủ thời tiết gia tốc QUV sử dụng đèn huỳnh quang không mô phỏng toàn bộ bức xạ của ánh sáng mặt trời như tủ thời tiết gia tốc sử dụng bóng đèn hồ quang xenon, tuy nhiên lại tạo ra tia UV bước sóng ngắn gần nhất với bước sóng gây hại trong ánh sáng mặt trời (295 đến 365 nm), tia UV này gây ra hầu hết các thiệt hại đối với vật liệu sử dụng ngoài trời. Tủ có kiểm soát nhiệt độ, ngưng tụ hoặc phun nước. Tấm mẫu thử là các tấm phẳng có kích thước (75 x 300) mm hoặc (75 x 150) mm. Đặt các tấm mẫu thử vào trong máy QUV, sau đó tiến hành cài đặt các điều kiện thử nghiệm như: chu kỳ, năng lượng bức xạ, ngưng tụ hoặc phun nước. Ví dụ, đối với chất dẻo thường cài đặt một chu kỳ 12 giờ gồm 8 giờ phơi mẫu UV ở bức xạ 0,76 W/m2. nm, nhiệt độ (60 ± 3) oC và 4 giờ ngưng tụ ở nhiệt độ (50 ± 3) oC.
Hình 2a: Hình ảnh thiết bị gia tốc thời tiết QUV sử dụng bóng đèn huỳnh quang
Hình 2b: Hình ảnh các tấm mẫu thử trước và sau khi phơi mẫu
Quá trình phơi mẫu trong các tủ thử nghiệm thời tiết gia tốc sẽ được kéo dài trong khoảng thời gian 500 giờ, 1000 giờ, 2000 giờ hoặc lâu hơn nữa tùy thuộc vào loại vật liệu, độ bền vật liệu, các yêu cầu về tính năng cần quan tâm hoặc cũng có thể sử dụng để mô phỏng thời gian sử dụng trong thực tế.
Đánh giá sau khi phơi nhiễm
Mẫu thử nghiệm sau khi phơi nhiễm trong tủ thời tiết gia tốc phải được kiểm tra, đánh giá ngoại quan và các tính chất như yêu cầu trong quy định kỹ thuật liên quan hoặc đánh giá theo yêu cầu của khách hàng hoặc theo mục đích sử dụng cuối cùng. Ví dụ đối với các vật liệu sơn có tính năng trang trí và bảo vệ, các đặc tính quan trọng cần đánh giá như: sự suy giảm độ bóng, thay đổi màu sắc, độ phấn hóa, sự suy giảm về độ bám dính, suy giảm các tính chất cơ lý, ... Việc dự báo tuổi thọ cho sản phẩm trong thực tế thông qua thử nghiệm gia tốc khá khó khăn nhất là trong điều kiện môi trường nhiệt đới. Do vật liệu khi sử dụng trong thực tế chịu tác động đồng thời của nhiều yếu tố trong khi đó các thiết bị máy móc thử nghiệm mô phỏng trong phòng thí nghiệm không thể tạo ra đúng môi trường như vậy mà chỉ có thể mô phỏng một hoặc vài tác nhân cùng một lúc. Do đó, để đánh giá chính xác tuổi thọ sản phẩm ngoài thực tế dựa trên kết quả thử nghiệm gia tốc trong phòng thí nghiệm là không hoàn toàn chính xác. Tuy nhiên, dựa vào kết quả thử nghiệm thời tiết gia tốc có thể đưa ra những dự đoán có độ tin cậy nhất định. Đối với từng vật liệu cụ thể sẽ có những phương pháp đánh giá tuổi thọ của sản phẩm bằng phép ngoại suy dựa trên lượng bức xạ khi thử nghiệm trong thiết bị gia tốc với lượng bức xạ trong tự nhiên. Kết quả thử nghiệm thời tiết gia tốc sẽ là cơ sở dữ liệu khoa học giúp người tiêu dùng lựa chọn được các loại vật liệu có độ bền thời tiết tốt, giúp các nhà sản xuất cải tiến sản phẩm đang có và phát triển thêm những sản phẩm mới đáp ứng ngày càng tốt hơn cho nhu cầu của thị trường.
Trung tâm Vật liệu hữu cơ và hóa phẩm xây dựng – VIBM được trang bị nhiều thiết bị hiện đại như: tủ thử nghiệm gia tốc thời tiết QUV, tủ thử nghiệm thời tiết gia tốc Xeron ARC, tủ sốc nhiệt, tủ lạnh âm sâu,… và có năng lực chuyên môn cao. Hiện nay, Trung tâm đang thử nghiệm đánh giá độ bền thời tiết gia tốc các loại vật liệu như sơn và lớp phủ, nhựa, chất dẻo, tấm lợp, gỗ nhựa, cao su chất chèn khe và các vật liệu khác theo các tiêu chuẩn: TCVN 11994-2 (ISO 4892-2); TCVN 11994-3 (ISO 48; TCVN 7699-2-5 (IEC 60068); TCVN 11608-2 (ISO 16474-2); TCVN 11608-3 (ISO 16474-3); TCVN 11936-6 (EN 927-6); ISO 11341; ISO 20340; ASTM G155; ASTM G 154; ASTM D4587; JIS K 5600-7-8; JIS K 5600-7-7, …
Chi tiết liên hệ:
Trung tâm Vật liệu hữu cơ và Hóa phẩm xây dựng - VIBM
Địa chỉ: Số 235 Nguyễn Trãi, Thanh Xuân, Hà Nội.
Điện thoại: 024 3. 858.2912; 0912.280.980; 0983.373.827; 0917.106.396
Email: trungtam.vlhc@gmail.com; ttvlhc@vibm.vn
Website: http://vibm.vn
Trung tâm Vật liệu hữu cơ và Hóa phẩm xây dựng - VIBM