كيفية اختيار التركيبات المقاومة للعوامل الجوية لأجزاء السيليكون الخارجية

يعيد عميل دفعة من أجزاء الإغلاق الخارجية التي تصلبت وتشققت في أقل من عام، مما أدى إلى فشل تصنيف IP67. يحدد الرسم فقط "حلقة سيليكون دائرية، 60 شور أ، IP67،" دون متطلبات مقاومة للعوامل الجوية. الخطوة التالية هي تتبع التركيبة المستخدمة للأجزاء. تحتاج إلى تحديد ما إذا كان المورد قد أغفل الإضافات المقاومة للعوامل الجوية، أو ما إذا كانت المعالجة غير كافية، أو ما إذا كان الرسم قد فشل في تحديد المتطلب.

يوفر السيليكون بطبيعته مقاومة أفضل للأشعة فوق البنفسجية من المطاط للأغراض العامة، فلماذا تتصلب الأجزاء الخارجية رغم ذلك؟ الإجابة لا تكمن في تسمية البوليمر الأساسي. فمع نفس البوليمر الأساسي VMQ، يمكن أن تؤدي إضافة مثبتات الأشعة فوق البنفسجية UVA و HALS إلى إطالة العمر الافتراضي للاستخدام الخارجي بثلاثة إلى خمسة أضعاف. تحدد أربعة شروط ما إذا كان التطبيق يحتاج إلى VMQ القياسي، أو MVQ المقاوم للعوامل الجوية، أو FVMQ: التعرض للزيوت والمذيبات، وشدة الأشعة فوق البنفسجية، والعمر الافتراضي المطلوب، ودرجة حرارة التشغيل. تساعد هذه العوامل المشترين أيضًا على تحديد العديد من ادعاءات الموردين الشائعة ولكن المضللة.

الآلية الفعلية وراء التصلب الخارجي

يفترض الكثيرون أن السيليكون يتصلب لأن الأشعة فوق البنفسجية تكسر السلسلة البوليمرية الرئيسية. السبب الفعلي هو الأكسدة الضوئية.

لا تمتلك فوتونات الأشعة فوق البنفسجية طاقة كافية لكسر روابط Si-O. تبلغ طاقة رابطتها 452 كيلوجول/مول، وهي أعلى بحوالي 30% من طاقة رابطة C-C البالغة 346 كيلوجول/مول الموجودة في المطاط للأغراض العامة. ومع ذلك، لا تزال طاقة الأشعة فوق البنفسجية قادرة على إحداث تفاعلات في المجموعات الجانبية.

يؤدي التعرض للأشعة فوق البنفسجية إلى بدء الأكسدة الضوئية. تنفصل مجموعات الميثيل عن السلاسل الجانبية، وتزداد كثافة التشابك السطحي. يؤدي هذا إلى تكوين طبقة هشة غنية بالسيليكا، وهي سطح صلب وهش ناتج عن التشابك المفرط. تفقد القطعة بعد ذلك استطالتها ومرونتها. غالبًا ما تظهر الأجزاء المتصلبة هشاشة وتطبّعًا (تطبّق طبقة بيضاء) وضعفًا في الاستعادة بدلاً من زيادة طفيفة في الصلابة.

لن يحل تغيير البوليمر الأساسي المشكلة. يجب أن تتضمن التركيبة المواد المضافة الصحيحة. قد يبدأ السيليكون القياسي بدون حزمة إضافات مقاومة للعوامل الجوية في التصلب بعد سنة إلى سنتين في الأماكن المفتوحة. يمكن أن تدوم التركيبة التي تجمع بين UVA و HALS من ثلاث إلى خمس سنوات. يأتي هذا الاختلاف من حزمة المواد المضافة، وليس من البوليمر الأساسي.

يشير VMQ و MVQ إلى نفس المادة

إذا قال مورد: "VMQ غير مناسب، لذا انتقل إلى MVQ"، فإن هذا الادعاء نفسه مشكوك فيه. كيميائياً، يشير VMQ و MVQ إلى نفس المادة. VMQ هو التعيين المستخدم في المعيار الدولي ISO 1629، بينما يستخدم MVQ في المعايير الصينية GB. تغيير التعيين لا يعني تغيير المادة.

لا تعتمد على التسمية عند التحقق من هذا النوع من الالتباس. راجع ورقة التركيبة بدلاً من ذلك. اسأل الـمورد منتجات السيليكونلتحديد درجة UVA، مثل بنزوتريازول UV-327 الشائع الاستخدام، ودرجة HALS، مثل مثبت الضوء من الأمينات المعوقة Tinuvin 622. يجب أن توضح الورقة أيضًا جرعة PHR وما إذا كان الحشو المقوي هو السيليكا المدخنة أو المترسبة. يمكن لأي شخص كتابة تسمية مادة. تكشف ورقة التركيبة التفصيلية عن القدرة التقنية الفعلية للمورد، وعادة ما يحافظ المصنع المستعد للكشف عن هذه التفاصيل على تحكم أكثر استقرارًا في العملية.

يجب أن يعمل UVA و HALS معًا

جوهر التركيبة المقاومة للعوامل الجوية يكمن في الاستخدام المشترك لـ UVA و HALS. يؤدي المكونان وظائف مختلفة، وكلاهما ضروري.

يقوم UVA، ممثلاً بدرجات مثل UV-327، بترشيح الأشعة فوق البنفسجية قبل أن تتمكن من إتلاف المادة. يمتص هذا المضاف من فئة البنزوتريازول الأطوال الموجية من 280 إلى 350 نانومتر. تقع ذروة امتصاصه بالقرب من 310 نانومتر، حيث تكون إشعاعات UV-B هي الأقوى. يمتص طاقة الأشعة فوق البنفسجية، ويحولها إلى حرارة غير ضارة، ويبدد تلك الحرارة.

HALS، ممثلاً بدرجات مثل Tinuvin 622، يزيل الأنواع التفاعلية بعد بدء الأكسدة الضوئية. لا يمتص الأشعة فوق البنفسجية. بدلاً من ذلك، يستخدم دورة دينيسوف لتحييد الجذور الحرة الناتجة عن الأكسدة الضوئية. هذه الآلية التحفيزية المتجددة لا تستهلك HALS نفسه، مما يطيل مدة الحماية بشكل كبير.

تُظهر الخبرة الصناعية أن أفضل حماية للسطح تأتي عادةً من مستوى إجمالي للمواد المضافة يبلغ حوالي 0.5%، مع استخدام UVA و HALS بنسبة 1:1 تقريباً. يمكن أن يبدأ نظام المثبت أحادي المكون في التطبيل خلال أول 2000 ساعة من التقادم المتسارع.

الجرعة النموذجية لـ UV-327 هي 0.3 إلى 0.8 phr. استخدم 0.3 إلى 0.5 phr للخدمة الخارجية العادية في المناخات المعتدلة، و 0.5 إلى 0.8 phr للبيئات المرتفعة أو الاستوائية ذات التعرض الشديد للأشعة فوق البنفسجية. الجرعة النموذجية لـ HALS هي 0.3 إلى 0.6 phr. يمكن أن تسبب مستويات UV-327 التي تزيد عن 1.0 phr تشبعًا زائدًا وهجرة، مما يؤدي إلى التزهير.

يجب أن تدعم حزمة المضافات عاملين آخرين. أولاً، استخدم السيليكون المقوى بالسيليكا المدخنة. تتميز السيليكا المدخنة بمساحة سطح محددة تتراوح من 150 إلى 300 متر مربع/جرام وتوفر تقوية قوية، على الرغم من أنها تكلف أكثر. يكلف السيليكون المقوى بالسيليكا المترسبة أقل ولكن لديه محتوى هيدروكسيل أعلى. في البيئات الساحلية أو عالية الرطوبة، يمكن أن يسرع امتصاص الرطوبة الشيخوخة.

ثانياً، يجب أن تخضع الأجزاء لمعالجة لاحقة بعد المعالجة الأولية. تُخبز في فرن عند 200 درجة مئوية لمدة ساعتين. تزيل هذه الخطوة النهائية المنتجات الثانوية المتبقية من البيروكسيد، وتثبت الخصائص الفيزيائية، وتقلل من الانضغاط الدائم، وتمنع التزهير. إنها ليست طريقة معالجة منفصلة. يؤدي تخطي هذه الخطوة إلى تصلب الأجزاء الخارجية بسرعة أكبر.

اختر FVMQ لمقاومة الزيوت، وليس لمقاومة العوامل الجوية

FVMQ (مطاط الفلوروسيليكون) قد يبدو أكثر تطوراً من السيليكون القياسي، لكن مقاومته للأشعة فوق البنفسجية في الأماكن الخارجية تكاد تكون مماثلة لمقاومة VMQ (مطاط الميثيل فينيل سيليكون). حتى أن بعض مصادر البيانات تظهر أداءً أقل لـ FVMQ في التقادم بالهواء الساخن. تكمن قيمته الحقيقية في مقاومة الزيوت والمذيبات وأبخرة الوقود. تم تصميم FVMQ للاستخدام في الأوساط القاسية، وليس كمادة محسّنة مقاومة للعوامل الجوية.

تكلف المواد الخام لـ FVMQ حوالي خمسة أضعاف تكلفة السيليكون القياسي، ويقع سعره بين السيليكون ومطاط الفلوروكربون FKM. هذه التكلفة الإضافية توفر مقاومة للزيوت والمذيبات، وليس عمر خدمة أطول للأشعة فوق البنفسجية.

متى يبرر FVMQ تكلفته؟ قيّم هذه الشروط الأربعة:

معظم تطبيقات الأجهزة الخارجية لا تتضمن زيوتًا أو مذيبات. تشمل الأمثلة قواعد هوائيات الراديو، وحلقات إغلاق محطات الطقس، وموانع تسرب واجهة المستشعر، والأغلفة الخارجية.شريط إحكام من السيليكونالمكونات. السيليكون القياسي مع حزمة إضافات مقاومة للعوامل الجوية كافٍ، لذلك لا داعي لدفع خمسة أضعاف السعر مقابل FVMQ. يصبح FVMQ ضروريًا في التطبيقات المعرضة للزيت الهيدروليكي أو أبخرة الوقود أو المذيبات العضوية.

استخدم ثلاثة معايير لاختبار القبول

توفر ثلاثة معايير من ASTM المعايير الرئيسية لتحديد ما إذا كان الجزء يلبي متطلبات مقاومة العوامل الجوية:

يجب أن ينص قسم المتطلبات الفنية للرسم على ما يلي: هذا الجزء مخصص للاستخدام الخارجي؛ يجب أن يكون البوليمر الأساسي VMQ، مكافئًا لـ MVQ؛ يجب أن تتضمن التركيبة UVA، وتحديداً UV-327، و HALS، وتحديداً Tinuvin 622؛ يجب أن يكون الحشو المقوي هو السيليكا المدخنة؛ المعالجة اللاحقة عند 200 درجة مئوية لمدة ساعتين إلزامية؛ يجب أن يتوافق اختبار القبول مع ASTM G154 و ASTM D1149 و ASTM D573.

بمجرد ظهور هذه المتطلبات على الرسم، لا يمكن للمورد أن يختار تلقائياً أرخص سيليكون للأغراض العامة.

تصلب المواد في الهواء الطلق ليس غير متوقع. تحقق مما إذا كانت التركيبة تحتوي على UVA و HALS، وما إذا كانت الأجزاء قد خضعت لمعالجة لاحقة، وما إذا كانت اختبارات القبول قد اتبعت المعايير المحددة. عادة ما تكشف هذه الفحوصات عن السبب. إذا ظل الاختيار بين VMQ القياسي و FVMQ غير واضح، يرجى تقديم ظروف التشغيل، بما في ذلك التعرض للوسائط، وشدة الأشعة فوق البنفسجية، وعمر الخدمة المطلوب، ودرجة حرارة التشغيل. يمكن لـ YueHouDZ تحديد ما إذا كان التطبيق يحتاج إلى MVQ أو FVMQ المقاوم للعوامل الجوية وتحديد عتبات قبول ASTM المقابلة.

الأسئلة الشائعة