Испытание клея на атмосферостойкость

Испытания клеев на атмосферостойкость помогают убедиться в том, что клей выполняет свои функции в конкретных условиях окружающей среды.

Под воздействием окружающей среды материалы подвергаются старению и разрушению. Неблагоприятные последствия воздействия окружающей среды, известные как “атмосферные воздействия”, можно увидеть на материалах, расположенных как внутри помещений, так и снаружи.

Ухудшение характеристик из-за солнечной радиации (или солнечного света), высокой температуры и влажности часто вызывает беспокойство, когда органические и полимерные материалы, такие как клеи, предназначены для использования на открытом воздухе. Фотохимическое воздействие солнечного света на полимерный или органический материал зависит от свойств поглощения и спектральной чувствительности материала. Длины волн, которые обычно оказывают наиболее критическое воздействие, варьируются от 295 до 400 нм (ультрафиолетовое излучение, УФ). Солнечное излучение может вызвать образование радикалов, которые могут привести к разрушению матрицы и добавок.

Температура также является важным фактором атмосферных воздействий. Температура поверхности при облучении зависит от поглощающих и изоляционных свойств материала. Стандартные максимальные температуры облучаемых поверхностей представляют в виде металлических пластин, окрашенных в черный цвет. В черном стандартном термометре (BST) используются датчики и изоляция на задней стороне, в то время как термометр черной панели (BPT) работает без изоляции.

Высокая температура может вызвать тепловое разложение, а также ускорить другие процессы разрушения и диффузии. Температурные циклы также могут привести к механическому напряжению в результате расширения и сжатия, что может повлиять на адгезионную прочность.

Наконец, влага в виде относительной влажности или в виде жидкой воды (дождя или росы) оказывает влияние на эксплуатационные характеристики материала. В некоторых случаях влага может вызвать реакции гидролиза, но циклы увлажнения также могут привести к механическому воздействию на материал, что также может повлиять на адгезионную прочность.

Эти нагрузки в совокупности могут привести к растрескиванию и расслаиванию, даже если клей не подвергается непосредственному воздействию окружающей среды. В таблице 1 представлен обзор наиболее важных атмосферных параметров для двух эталонных местоположений.

Влияние погодных условий на клеи

Клеи используются в самых разных областях применения, таких как транспорт (автомобильный, железнодорожный), архитектура и многие другие. Хотя сами клеи в большинстве случаев не подвергаются непосредственному воздействию окружающей среды, один или несколько факторов атмосферного воздействия все же может повлиять на характеристики клея.

В процессе эксплуатации клеевые материалы часто не подвергаются воздействию прямых солнечных лучей. Однако, если для фиксации прозрачных материалов используются клеи, под воздействием излучения, проходящего через подложку (стекло или пластик), может произойти фотохимическое старение. Температура также имеет значение, поскольку большинство материалов нагревается под воздействием солнечного излучения. Диффузия влаги является потенциальной проблемой для полимерных подложек, и это может повлиять на клей. Эти факторы в совокупности могут привести к старению самого клея или клея и подложки.

При старении клея обычно снижается прочность клеевого соединения, что может привести к разрушению или расслоению, особенно в сочетании с механическими воздействиями. При использовании клеев с прозрачными подложками может появиться помутнение и обесцвечивание.

Другим фактором, которым не следует пренебрегать, если клеи используются с полимерными подложками, является диффузия добавок и стабилизаторов из клея в полимер и наоборот. В этом случае могут быть неожиданные последствия. Важно проверить совместимость и долговечность комбинированных материалов.

Испытание на светостойкость и атмосферостойкость

Самый простой и практичный способ проверить стойкость материалов к атмосферным воздействиям — выставить их на открытом воздухе в реальных погодных условиях. Обычно это делается в таких местах, как южная Флорида или Аризона, которые отличаются экстремальными климатическими условиями и также используются в качестве эталонных (показательных) мест.

Испытание выполняется очень просто. Однако необходимо учитывать конкретные детали воздействия. Какой угол воздействия следует использовать для испытания? Следует ли подвергать образец воздействию с изолирующей подложкой или без нее? Ответить на эти вопросы не всегда легко. В конечном счете, чем больше условия воздействия похожи на условия конечного использования, тем больше вероятность достижения реалистичных результатов.

Несмотря на то, что воздействие на открытом воздухе можно считать наиболее реалистичным способом проведения испытаний на атмосферостойкость, у этого метода есть некоторые недостатки. Испытание зависит от фактических погодных условий, занимает много времени, ускорение практически невозможно, и результаты часто трудно воспроизвести. Поэтому для эффективной проверки с воспроизводимыми результатами необходимо ускоренное испытание с использованием источников искусственного света.

В основе каждого прибора для испытания на атмосферостойкость лежит источник света или излучения, известный как «лампа». На протяжении 100 лет ускоренных испытаний на атмосферостойкость использовались различные источники излучения. Варианты варьируются от старинных дуговых угольных ламп до современных ксеноновых дуговых и флуоресцентно-ультрафиолетовых ламп, которые сегодня являются основными типами источников света, используемыми для искусственного испытания таких материалов, как клеи, покрытия, пластмассы, текстиль и бумага.

Ксеноновые дуговые лампы обеспечивают спектральное излучение, аналогичное полному спектру естественного солнечного света, включая ультрафиолетовую, видимую и инфракрасную длины волн. С помощью соответствующих оптических фильтров можно имитировать солнечное излучение, фильтруемое оконным стеклом, для испытания материалов внутри помещений (рисунок 1), а также для испытания на открытом воздухе, на складах и/или в условиях розничной торговли.

Ксеноновые дуговые лампы выделяют тепло и нуждаются в эффективном охлаждении воздухом или водой. Как показано на рисунке 2, испытуемые образцы обычно устанавливают на испытательный стенд, который вращается вокруг лампы (или ламп), чтобы обеспечить равномерное воздействие (поворотное устройство). Аналоги таких приборов — приборы планшетного типа, источник света которых расположен в потолке камеры непосредственно над лотком с образцами. Обе конструкции, как правило, позволяют управлять климатическими условиями, такими как температура воздуха в камере, относительная влажность и температура поверхности (BST или BPT). Также возможно распыление воды для имитации воздействия дождя и росы.

Флуоресцентно-ультрафиолетовые лампы обеспечивают только самую важную часть солнечного спектра: ультрафиолетовое излучение. Существуют различные типы ламп, но наиболее часто используется лампа UVA-340 с максимальной интенсивностью излучения 340 нм (рисунок 3).

Из-за отсутствия излучения с большей длиной волны не имитируются аспекты воздействия видимого света, например, разрушение красителя. Отсутствие видимого и ИК-излучения не обеспечивает солнечное (тепловое) воздействие, а цвет образца не влияет на температуру поверхности (рисунок 4).

Как показано на рисунке 5, в флуоресцентно-ультрафиолетовых устройствах обычно используется множество ламп. Влагу можно получить путем конденсации или распыления. Температура образца контролируется воздухом камеры и измеряется с помощью датчика BPT.

Spectral Irradiance (W/(mnm)) — Спектральная плотность потока излучения (Вт/(м2·нм))

Wavelength λ [nm] — Длина волны, λ [нм]

Reference Solar Spectrum (CIE 241-H1) — Эталонный солнечный спектр (CIE 241-H1)

Xenon-arc with Daylight-Filter (Type I) — Ксеноновая дуговая лампа с фильтром дневного света (тип I)

Xenon-arc with Windowglass-Filter — Ксеноновая дуговая лампа с фильтром оконное стекло

Рисунок 1. Спектральная плотность потока излучения ксеноновой дуговой лампы с фильтрами “дневной свет” и “оконное стекло” в сравнении с эталонным солнечным спектром согласно CIE 241.

BST/BPT Sensor — Датчик BST/BPT

Radiation-Sensor — Датчик излучения

Spray Front / Backside — Распылитель спереди / сзади

Samples – Образцы

Xenon-arc lamp and optical filters — Ксеноновая дуговая лампа и оптические фильтры

Management rel. humidity and temperature — Контроль относительной влажности и температуры

Рисунок 2. Пример поворотного устройства с ксеноновой дуговой лампой.

Spectral Irradiance (W/(mnm)) — Спектральная плотность потока излучения (Вт/(м2·нм))

Wavelength λ [nm] — Длина волны, λ [нм]

Reference CIE 241-H1 — Эталонный спектр CIE 241-H1

Рисунок 3. Спектральная плотность потока излучения флуоресцентных ламп UVA-340, UVA-351 и UVB-313 и эталонный солнечный спектр согласно CIE 241.

Surface Temperature [°C] — Температура поверхности [°C]

Open back — Без подложки

Backed — С подложкой

Xenonarc — Ксеноновая дуговая лампа

Fluorescent UV — Флуоресцентная УФ лампа

Рисунок 4. Температура поверхности металлических панелей разного цвета во Флориде (под углом 45° в направлении к югу, с подложкой и без подложки), а также в приборе с ксеноновой дуговой лампой и флуоресцентно-ультрафиолетовой лампой.

Water vapor condensate — Конденсат водяного пара

Water heating element — Нагреватель воды

UV lamp — УФ-лампа

Test specimen — Испытательный образец

Рисунок 5. Пример устройства с флуоресцентно-ультрафиолетовой лампой.

Методы испытаний и стандарты

Атмосферное воздействие упоминается в двух международных стандартах испытаний клеев. Один из них — стандарт ISO 9142 (2004) “Клеи. Руководство по выбору стандартных лабораторных условий старения для испытания клеевых соединений”. Этот стандарт относится к серии стандартов ISO 4892, касающихся испытаний пластмасс на атмосферостойкость, включая ксеноновые дуговые, флуоресцентные ультрафиолетовые и устаревшие углеродные дуговые лампы. Кроме того, стандарт ASTM D904-99 (2021), “Стандартная методика воздействия на клеевые образцы искусственным светом”, относится к ASTM G154 для флуоресцентно-ультрафиолетовых ламп и к ASTM G155 для ксеноновых дуговых ламп.

В стандартах ISO 9142 и ASTM D904 не указаны все параметры, которые требуются для воспроизводимых испытаний. (Это может быть учтено в будущих перевыпусках.) В таблицах 2 и 3 приведены параметры наиболее распространенных циклов испытаний с использованием ксеноновой дуговой лампы. В таблицах 4 и 5 приведены наиболее распространенные циклы испытаний флуоресцентным УФ-излучением для наружного и внутреннего применения, которые также используются в других отраслях промышленности. В автомобильном и железнодорожном секторе применения чаще всего используют один из этих методов испытаний клеев.

a В качестве альтернативы можно использовать широкополосный регулятор интенсивности излучения (300-400 нм). Соответствующие значения можно найти в указанных стандартах.

b B качестве альтернативы можно использовать черный стандартный термометр (BST). Соответствующие значения можно найти в указанных стандартах.

a В качестве альтернативы можно использовать широкополосный регулятор интенсивности излучения (300-400 нм). Соответствующие значения можно найти в указанных стандартах.

b B качестве альтернативы можно использовать черный стандартный термометр (BST). Соответствующие значения можно найти в указанных стандартах.

Прогнозирование ухудшения свойств материала и срока службы может быть сложной задачей и зависеть от материала, окружающей среды и ожидаемого срока службы. Вот почему в большинстве методов испытаний не определяется продолжительность испытания. Однако некоторые из них включают минимальные требования, такие как стандарт ASTM D904, в котором указывается 168 часов испытаний или кратных им (или если за более короткое время не будет достигнуто существенных изменений).

Образцы для испытаний на атмосферостойкость должны быть подготовлены таким образом, чтобы максимально точно соответствовать конечному продукту. Для наружного применения необходимо использовать соответствующий методом атмосферного воздействия с помощью распыления воды, если это применимо в условиях конечного использования испытуемого образца.

Всегда рекомендуется проводить искусственное испытание с воздействием на открытом воздухе в эталонном местоположении в соответствии со стандартами ASTM G7 или ISO 877. Несмотря на то, что эти естественные испытания не обязательно ускоряются, они дают гораздо более реалистичное и глубокое представление о характеристиках конечного использования любого материала и обеспечивают основу для исследований по прогнозированию срока службы.

Флориан Фейл, кандидат наук, старший консультант по атмосферным воздействиям, компания Atlas Material Testing Technology

Дополнительную информацию можно получить у автора статьи по эл. почте florian.feil@ametek.com или на сайте www.atlas-mts.com

Связаться с нами

Готово, ваша заявка успешно отправлена.
Ошибка, попробуйте обновить страницу и попробовать снова.

Вам будет интересно

Достижения в разработке оптически прозрачных нежелтеющих клеевых составов на основе силанмодифицированных полимеров
Достижения в разработке оптически прозрачных нежелтеющих клеевых составов на основе силанмодифицированных полимеров
Использование гидрофобного коллоидного диоксида кремния с обработанной поверхностью в сочетании с новым нежелтеющим аминофункциональным силановым…
Sheba Bergman, Jose Abrantes, Anthony Gosselin, Charlie Pikus, Christina Sotelo, Carmelo Gabay
05.08.2020
645
Повышение стойкости к атмосферным воздействиям УФ-отверждаемых покрытий
Повышение стойкости к атмосферным воздействиям УФ-отверждаемых покрытий
С целью повышения стойкости к атмосферным воздействиям УФ-отверждаемых покрытий в новом исследовании была подготовлена серия…
16.08.2022
72
14-я международная специализированная выставка «ПОЛИУРЕТАНЭКС»
14-я международная специализированная выставка «ПОЛИУРЕТАНЭКС»
С 28 по 30 марта 2023 года Выставочная Компания «Мир-Экспо» проводит 14-ю международную специализированную выставку…
01.11.2022
39
Электрохимическое травление медных поверхностей для достижения сверхгидрофобности
Электрохимическое травление медных поверхностей для достижения сверхгидрофобности
В настоящем исследовании была предпринята попытка добиться сверхгидрофобности медной подложки путем травления поверхности при различных…
Кушик Н., Джеймсон Кейшам, Авинаш Пуджары, Латеш, Шанкараппа Калгуди, Павитра Г.П., Сатья Нараян
26.07.2021
221
Разработка технологии не содержащей тяжелых металлов
Разработка технологии не содержащей тяжелых металлов
Технология , разработанная для интеграции противомикробных свойств в состав любого покрытия на водной основе, подавляет…
29.11.2022
22
15-я международная специализированная выставка «КОМПОЗИТ-ЭКСПО»
15-я международная специализированная выставка «КОМПОЗИТ-ЭКСПО»
С 28 по 30 марта 2023 года Выставочная Компания «Мир-Экспо» проводит 15-ю Международную специализированную выставку…
31.10.2022
34
Металлические наночастицы для защиты древесины
Металлические наночастицы для защиты древесины
Исследователи провели предварительный эксперимент, чтобы оценить способность металлических наночастиц обеспечивать защиту деревянных поверхностей от ультрафиолетового…
04.11.2022
34
Химия 2022 — новости третьего дня выставки
Химия 2022 — новости третьего дня выставки
Новости 3-ого дня выставки «Химия-2022», которая проходит с 31 октября по 3 ноября в Экспоцентре…
09.11.2022
49
Индикатор кислорода для интеллектуальной упаковки пищевых продуктов
Индикатор кислорода для интеллектуальной упаковки пищевых продуктов
В новом исследовании описывается разработка новой бумаги с покрытием из галловой кислоты и ацетата целлюлозы…
03.11.2022
24