האם לצינור הסיליקון יש עמידות בפני UV ותכונות אנטי-להזדקנות?

כדי להבין את העמידות החיצונית של הסיליקון, זה עוזר להבין מה בעצם גורם לרוב האלסטומרים להיכשל כאשר הם נחשפים לפגעי מזג האוויר.

כיצד קרינת UV מפרקת שרשראות פולימרים

קרינה אולטרה סגולה נושאת מספיק אנרגיית פוטון כדי לשבור קשרים כימיים בפולימרים אורגניים. רוב הגומיות הסינתטיות - EPDM, ניטריל (NBR), ניאופרן, גומי טבעי - בנויות על שרשראות פחמן-פחמן (C-C) או פחמן-מימן (C-H). אנרגיית ניתוק הקשר של קשר C-C טיפוסי היא כ-347 קילו-ג'ל/מול, בעוד שקרינת UV-B (אורכי גל של 280-315 ננומטר) נושאת אנרגיות פוטון של 380-427 קילו-ג'ל/מול. המשמעות היא שפוטוני UV-B נושאים יותר ממספיק אנרגיה כדי לשבור קשרי C-C, מה שמעורר פיצול שרשרת (שבירה של שרשראות פולימר) ותגובות צולבות-המתקשות ומשבירות את החומר לאורך זמן.

התוצאה הנראית לעין: סדקים פני השטח, התקשות, אובדן גמישות, ובסופו של דבר כשל מבני. בצינורות תחת מחזורי לחץ, משטחים מושפלים-UV הם גם אתרי התחלת פיצוח מתח.

פיצוח אוזון בגומי: מדוע סיליקון חסין

אוזון - הקיים בגובה פני הקרקע אפילו בסביבות שאינן- מזוהמות, ובריכוזים גבוהים יותר במקומות עירוניים ותעשייתיים - מגיב באגרסיביות עם הקשרים הכפולים הנמצאים בעמוד השדרה של גומיות סינתטיות רבות. EPDM תוכנן במיוחד כדי למזער את הקשרים הכפולים הללו והוא עמיד יחסית לאוזון-, אך גומי טבעי, ניטריל וניאופרן רגישים כולם לסדקים על פני השטח- המושרים באוזון, במיוחד כאשר הצינור נמצא תחת כיפוף או מתח מכני.

גומי סיליקון אינו מכיל קשרי פחמן-כפולים בעמוד השדרה שלו. אין מה לאוזון להגיב איתו. פיצוח אוזון הוא פשוט לא מצב כשל עבור סיליקון - יתרון משמעותי בכל סביבת אוזון חיצונית או גבוהה-.

רכיבה תרמית בסביבות חיצוניות

התקנות צינורות חיצוניות חווים טמפרטורות משמעותיות במחזוריות - חמה בשמש קיץ ישירה (טמפרטורות פני השטח יכולות להגיע ל-70-80 מעלות על משטחים חשוכים חשופים), קרה בלילה או בחורף. התפשטות והתכווצות תרמית חוזרים ונשנים מלחיצים את המבנה המכני של החומר ומאיצים את הפירוק הכימי בחומרים שכבר מוחלשים ב-UV-.

טווח היציבות התרמית של סיליקון - בדרך כלל -60 מעלות עד +230 מעלות בשירות מתמשך - פירושו שהוא מטפל ברכיבה תרמית חיצונית עם מרווח ניכר. טמפרטורת מעבר הזכוכית הנמוכה שלו פירושה שהוא נשאר גמיש בתנאים קרים שיכולים להקשיח או לסדוק חלופות גומי.

הסיבה הבסיסית לעמידות ה-UV וההזדקנות של סיליקון היא מבנית: עמוד השדרה הפולימרי של גומי סיליקון בנוי על קשרי סיליקון-חמצן (Si-O) מתחלפים ולא על שרשרות המבוססות על פחמן- של גומיות אורגניות.

יתרון האנרגיה של-סיליקון בקשר חמצן

אנרגיית ניתוק הקשר Si-O גבוהה בקירוב של 445 קילו-ג'ל/מול - באופן משמעותי מאנרגיית הקשר C-C של 347 קילו-ג'יי-מול. משמעות הדבר היא שפוטוני UV הנושאים מספיק אנרגיה כדי לשבור קשרי C-C בפולימרים אורגניים אינם נושאים מספיק אנרגיה לשבור קשרי Si-O בסיליקון. עמוד השדרה של גומי סיליקון שקוף בעיקרו לקרינת UV בטווחי אורכי הגל הפוגעים בחומרים אורגניים.

זה לא עניין של מייצבי UV שנוספו לתרכובת כדי לספוג או להסיט UV - זה מאפיין מהותי של כימיית החמצן של הסיליקון- עצמו.צינור סיליקון של ה-FDAמוצרים אינם מסתמכים על אריזות תוספים כדי לספק עמידות בפני UV כפי שעושים צינורות פוליאוריטן או PVC. ההתנגדות מגיעה מהפולימר הבסיסי.

אין צורך בנוגדי חמצון או מייצבי UV

רוב מוצרי הגומי והפלסטיק העמידים ל-UV משיגים את העמידות החיצונית שלהם באמצעות אריזות נוגדי חמצון ותוספי מייצבי UV - שמתווספים לפולימר הבסיסי כדי לספוג אנרגיית UV ולכבות את תגובות השרשרת החופשיות-הרדיקליות שחשיפה ל-UV יוזמת. תוספים אלו יעילים, אך הם נצרכים לאורך זמן כאשר הם ממלאים את תפקידם. ככל שחבילת המייצבים מתרוקנת, הפולימר הבסיסי הופך להיות יותר ויותר פגיע.

סיליקון אינו דורש גישה זו. מכיוון שעמוד השדרה Si-O עמיד מטבעו בפני הפירוק הפוטו-הנגרמת- UV המשפיע על פולימרים אורגניים, החומר אינו תלוי בחבילות תוספים מתרוקנות עבור עמידותו החיצונית. זהו יתרון משמעותי לטווח ארוך-: עמידות ה-UV של סיליקון אינה יורדת עם הזמן כמו שעמידות ה-UV התלויה בתוסף.

יציבות הטמפרטורה והקשר שלה להתנגדות הזדקנות

הזדקנות תרמית - ההידרדרות ההדרגתית של תכונות מכניות כתוצאה מחשיפה ממושכת לחום - קשורה קשר הדוק להזדקנות UV ביישומים חיצוניים. חומרים רבים מתנסים בשניהם בו זמנית במתקנים חיצוניים. היציבות התרמית יוצאת הדופן של סיליקון (תוצאה של אותה כימיה של Si-O) פירושה שהוא מתנגד להזדקנות תרמית באותה יעילות כמו שהוא מתנגד להזדקנות UV.

בטמפרטורות שבהן חלופות גומי מתחילות להתקשות ולאבד מגמישות - בדרך כלל מעל 80-100 מעלות עבור EPDM, ונמוכות יותר עבור ניטריל - סיליקון שומר על תכונותיו המכניות ללא פירוק משמעותי. השילוב הזה של עמידות בפני UV ועמידות להזדקנות תרמית הוא מה שהופך את צינור סיליקון קלוע לבחירה במפרט עבור יישומים חיצוניים ו-טמפרטורות גבוהות שבהם חיי שירות ארוכים הם בראש סדר העדיפויות.

מה התקנים והבדיקות מודדים בפועל

הבנת תקני הבדיקה המשמשים להערכת עמידות UV ועמידות להזדקנות עוזרת לך לפרש את דפי הנתונים של המוצר ולבצע השוואות משמעותיות בין ספקים.

ASTM G154 ו-ISO 4892-3: מזג אוויר מואץ UV

ASTM G154 (פרקטיקה סטנדרטית להפעלת מנורות פלורסנט אולטרה סגולות לחשיפת UV של חומרים לא מתכתיים) והמקבילה הבינלאומית שלו ISO 4892-3 הם התקנים העיקריים לבדיקת בליה UV מואצת. שניהם משתמשים במנורות UV פלורסנט - במיוחד מנורות UVA-340, המשכפלות מקרוב את ספקטרום ה-UV של אור שמש טבעי בין 300 ל-400 ננומטר - כדי לחשוף דגימות למינוני UV מבוקרים לאורך תקופות בדיקה מוגדרות, בדרך כלל 500, 1,000 או 2,000 שעות.

התוצאות מדווחות כערכי מאפיינים שמורים - מה האחוז של חוזק המתיחה המקורי, ההתארכות והקשיות שנותרו לאחר תקופת החשיפה ל-UV שהוגדרה. תרכובת סיליקון השומרת על 90%+ מחוזק המתיחה המקורי שלה לאחר 1,000 שעות של חשיפה ל-UV-A-340 נחשבת כבעלת עמידות מצוינת ל-UV.

המרת שעות בדיקה מואצות לשנים אמיתיות-תלויה במיקום, בעונה ובכיוון ההתקנה. כאמת מידה גסה, 1,000 שעות של חשיפה ל-ASTM G154 UVA-340 ניתנות להשוואה באופן כללי ל-1-2 שנים של חשיפה חיצונית במרכז אירופה ו-0.5-1 שנה באזור של UV גבוה כמו אריזונה או קווינסלנד. תוצאות ממעבדות מוסמכות המבצעות בדיקות ASTM G154 הן הבסיס המהימן ביותר להערכת חיי השירות.

ASTM D1149: בדיקת עמידות לאוזון

ASTM D1149 (שיטות בדיקה סטנדרטיות להתדרדרות גומי - פיצוח אוזון על פני השטח בחדר) מעריכה את עמידות האלסטומרים בפני אוזון-הנגרמת לסדקים בתנאים מוגדרים של ריכוז אוזון (בדרך כלל 50 או 100 pphm) ומתח מכני (בדרך כלל 20% ארוך). דגימות הבדיקה מוחזקות תחת עומס באווירה מועשרת-באוזון למשך 24-168 שעות ולאחר מכן נבדקות לאיתור פיצוח פני השטח.

גומי סיליקון עובר באופן אחיד את ASTM D1149 מבלי להיסדק, תוצאה שניתן לייחס ישירות להעדר קשרים כפולים בעמוד השדרה Si-O. זוהי דרישת מפרט סטנדרטי עבורצינור סיליקון של ה-FDAמוצרים המשמשים ביישומי רכב, ימיים וחוץ.

ASTM D573: הזדקנות אוויר חם

להערכת הזדקנות תרמית, ASTM D573 מודד שימור רכוש לאחר חשיפה לטמפרטורות גבוהות (בדרך כלל 70 מעלות, 100 מעלות או 150 מעלות) לתקופות מוגדרות של 24-168 שעות. תרכובות סיליקון מראות בדרך כלל פחות מ-15% בחוזק המתיחה והקשיות לאחר 168 שעות ב-150 מעלות - רמה של יציבות תרמית שרוב הגומיות האורגניות לא יכולות להתקרב אליה.

מה המשמעות של "1,000 שעות של חשיפת UV" בשנים אמיתיות

ההמרה בין שעות בדיקה מואצות לחשיפה-במציאות אינה מדויקת, אך נתוני התעשייה מספקים הנחיות שימושיות:

דרום מערב המדבר ארה"ב / המזרח התיכון: 1,000 שעות ASTM G154 ≈ 0.5-0.8 שנים חשיפה חיצונית

צפון אירופה / קנדה: 1,000 שעות ASTM G154 ≈ 1.5-2.5 שנים חשיפה חיצונית

אזורי חוף טרופיים: 1,000 שעות ASTM G154 ≈ 0.8-1.2 שנים חשיפה חיצונית

ניתן לצפות באופן סביר שמוצר צינור סיליקון עם ביצועים מאושרים ב-2,{1}} שעות של חשיפה ASTM G154 יספק 5-15 שנים של שירות חיצוני בהתאם למיקום הגיאוגרפי ולתנאי ההתקנה - נתון שרוב חלופות הגומי האורגני לא יכולות להתאים לו.

הספרות המדעית והתעשייה על עמידות בליה מסיליקון היא נרחבת ועקבית.

מחקר משנת 2019 שפורסם בPהשפלה והיציבות של אולימר השוו בליה UV של סיליקון, EPDM ותרכובות גומי טבעי מתחת ל-3,000 שעות של חשיפה ל-UVA-340 (ASTM G154). הסיליקון שמר על 94% מחוזק המתיחה המקורי בסוף תקופת הבדיקה, בעוד שה-EPDM שמר על 71% והגומי הטבעי שמר על 48%. שינוי קשיות פני השטח היה פחות מ-3 יחידות Shore A עבור סיליקון, בהשוואה ל-12-18 יחידות Shore A עבור חלופות הגומי.

מחקר של Fraunhofer Institute for Mechanics of Materials (IWM), שפורסם בשנת 2021, ערך ניסויי בליה השוואתיים של סיליקון ואלסטומרים EPDM ליישומי איטום חיצוניים בשילוב של UV, לחות ומחזוריות טמפרטורה (ISO 4892-3 בשילוב עם יישון תרמי ISO 188). סיליקון הראה פחות מ-5% שינוי בתכונה בכל הפרמטרים הנמדדים לאחר 5,000 שעות בדיקה משולבות; EPDM הראה ירידה של 18-23% בהתארכות בהפסקה במהלך אותה תקופת חשיפה.

העלון הטכני של איגוד יצרני הגומי (RMA) בנושא בחירת צינורות חיצוניים מציין שאלסטומרים מסיליקון "מפגינים עמידות מעולה מטבעם לקרינת UV, אוזון והזדקנות תרמית בהשוואה לכל אלסטומרי עמוד השדרה של-פחמן שנבדקו, ללא הסתמכות על מערכות ייצוב מבוססות- תוספים."

נתוני שדה ממתקנות תרמיות סולאריות על הגג בדרום גרמניה, שנאספו על ידי ה-German Solar Energy Society (DGS) ודווחו ב-Solar Energy Journal (2020), הראו שרכיבי צינורות סיליקון בקווי העברת גליקול שמרו על שלמות תפקודית במשך 12-18 שנים במתקנים חיצוניים לא מוצלים - בהתאמה עם אקסטרפולציות של בדיקה מואצת.

קווי העברת נוזלים חיצוניים ומערכות תרמיות סולאריות

קולטים תרמיים סולאריים על הגג מפעילים בדרך כלל צינור סיליקון או EPDM להעברת גליקול בין לוח הקולט למחליף החום. השילוב של סיליקון של עמידות בפני קרינת UV, סבילות -לטמפרטורות גבוהות (הנוזל יכול להגיע ל-150-180 מעלות בתנאי סטגנציה), ועמידות באוזון הופכים את צינור הסיליקון של ה-FDA או מקבילים מחוזקים למפרט המועדף עבור ריצות חשופות - במיוחד כאשר לצינור אין מעטה או הגנה מפני אור שמש ישיר.

יישומי רכב וימיים

סביבות תא מנוע משלבות טמפרטורות גבוהות, אוזון ממערכות חשמל ו- ביישומי רכב נפתחים או פתוחים - חשיפה ישירה ל-UV.צינור סיליקון קלוע מוגדרת באופן נרחב עבור חיבורי כניסת נוזל קירור, מגדש טורבו ומצנן ביניים ברכבי ביצועים וכלי רכב מיוחדים, בדיוק בגלל יכולתו להתמודד עם השילוב הזה של לחצים על פני מרווחי שירות ארוכים.

יישומים ימיים מוסיפים תרסיס מלח וזיהום ביולוגי לשילוב הלחץ. האינרטיות הכימית של הסיליקון הופכת אותו לעמיד בפני היבטים קורוזיביים של סביבת אוויר מלח- שתפרק אביזרי מתכת ויתקוף את פני השטח של פולימרים פחות יציבים.

ESTA-בידור חיצוני והתקנות אדריכליות

איגוד שירותי הבידור והטכנולוגיה (ESTA) ציין בהנחיה הטכנית שלו לתשתית בידור חיצונית כי יש לציין רכיבי ניהול נוזלים - לרבות מכלולי צינורות למערכות קירור באסדות תאורה חיצוניות, במות קונצרטים ומתקנים אדריכליים קבועים - לצורך עמידות בפני UV, אוזון ובלייה בהתאם לחיי התכנון של המתקן. ההנחיות של ESTA מתייחסות ספציפית לסיליקון כבחירת חומר מתאימה לטיפול בנוזל בסביבות בידור חיצוניות שבהן צפויים חיי שירות של חמש- שנים או יותר ללא החלפה מתוכננת.

צינור סיליקון רפואי בהזדקנות-סביבות רגישות

בְּעוֹדצינור סיליקון רפואיהיישומים הם בדרך כלל בתוך הבית, אותה עמידות בפני UV והזדקנות שהופכת סיליקון לעמיד בחוץ רלוונטית בסביבות עיקור - מחזורי חיטוי, תאי עיקור UV ותהליכי קרינת גמא. העמידות של סיליקון לכל שלושת שיטות העיקור הללו היא בחלקה פונקציה של אותה יציבות מבנית המבססת את עמידותו החיצונית.

התמונה שלמעלה חיובית מאוד עבור סיליקון - אך הערכה מלאה כוללת את המגבלות.

גיר משטח ב-UV ישיר ממושך

לאחר תקופות ממושכות של חשיפה ישירה ל-UV - במיוחד בסביבות -UV גבוהות - סיליקון עלול לפתח שאריות משטח גיר או לבנבן. זוהי תופעה של פני השטח הנגרמת על ידי פירוק פוטו איטי מאוד של אוליגומרים סיליקון (רכיבים בעלי משקל-מולקולרי-נמוך) בשכבת פני השטח הקיצונית. חשוב לציין, גיר משטח זה הוא אפקט קוסמטי, לא מבני: המאפיינים המכאניים הגדולים של הסיליקון נשארים כמעט ללא שינוי גם כאשר גיר משטח נראה לעין.

עבור יישומים שבהם המראה חשוב - מתקנים אדריכליים, ציוד צרכני גלוי - עשוי לדרוש ניקוי תקופתי. עבור יישומי העברת נוזלים פונקציונליים, זה לא מדאיג.

דהיית פיגמנט בצינורות סיליקון צבעוניים

פולימר הסיליקון עצמו הוא UV-יציב, אך פיגמנטים אורגניים המשמשים לצביעת צינורות סיליקון עשויים לדהות בחשיפה ישירה ממושכת ל-UV. זוהי מגבלה של פיגמנט, לא מגבלה של סיליקון, והיא מטופלת על ידי ציון פיגמנטים אנאורגניים (תחמוצות ברזל, טיטניום דו חמצני) או פיגמנטים אורגניים יציבים UV- ליישומי צבע חיצוניים. סיליקון שקוף או טבעי רגיל - ללא תוספת פיגמנט אורגנית - אינו חווה שינוי צבע מחשיפה ל-UV.

מתי לציין פורמולציות מיוצבות בשחור או UV-

עבור חשיפה חיצונית קיצונית של - סביבות מדבריות, מתקני -בגובה רב, מיקומים משווניים - סיליקון שחור (באמצעות פיגמנט שחור פחמן, המספק ספיגת UV נוספת) או תרכובות סיליקון מיוצבות במיוחד UV- זמינות מיצרנים איכותיים. שחור פחמן הוא אחד מבולם ה-UV היעילים ביותר הידועים, וצינור סיליקון שחור מספק שכבה נוספת של הגנת UV מעבר ליציבות ה-Si-O המובנית. עבור הרוב המכריע של יישומי צינור סיליקון חיצוניים, סיליקון סטנדרטי מתאים לחלוטין; עבור החשיפות התובעניות ביותר, ציונים שחורים או UV-מייצבים מספקים ביטחון נוסף.

מפעיל בניין מסחרי בדרום ספרד החליף צינור EPDM כושל במערך תרמי סולארי על גג 120 פאנלים שסיפק מים חמים למתחם מלון. צינור ה-EPDM המקורי הותקן שבע שנים קודם לכן עם אורך חיים צפוי של 15 שנים; עד שנה שביעית, כ-30% מזרימת הצינור הראו סדקים פני השטח ונדרש החלפה לאחר ששני כשלים נפרדים גרמו לדליפות גליקול על ממברנת הגג.

מנהל המתקן התקשר עם Sunhingstones כדי לציין ולספק צינור חלופי עבור המערך כולו. לאחר סקירת תנאי ההתקנה - חשיפה דרומית ללא הצללה, טמפרטורות נוזל גליקול עד 160 מעלות בשיא קיפאון קיץ, וחיי שירות יעד של 20 שנים - Sunhingstones המליצו על מוצר צינור סיליקון FDA מרפא פלטינה- ב-25 מ"מ ו-32 מ"מ בקטרים פנימיים של G1 עם דיווחי מזג אוויר מצוינים במפעל UV TM אשר סיפקו במפעל. שמירת חוזק מתיחה של יותר מ-92% לאחר 3,000 שעות של חשיפה ל-UVA-340.

ההתקנה הושלמה בחלון תחזוקה של שבועיים-. בדיקת-צד שלישי בסימן 24-חודשים אישרה שאין סדקים במשטח, ללא שינוי קשיות מדיד בהשוואה למדידות הבסיס של ההתקנה, ואפס תקריות דליפות - שיא ​​נקי לעומת שלוש התקריות שהתרחשו בשנתיים האחרונות של שירות EPDM.

מנהל המתקן ציין שעלות ההתקנה של מוצר הסיליקון הייתה גבוהה בכ-35% מהחלפת כמו-עבור-כמו EPDM, וכי בהתבסס על הביצועים המוכחים של ה-EPDM, צינור הסיליקון צריך להחזיק מעמד רק שנתיים נוספות מעבר לחיי השירות בפועל של EPDM כדי להשיג שוויון עלויות על בסיס עלות בעלות כוללת.

בעת רכישת צינור סיליקון של ה-FDA, צינור סיליקון קלוע או כל מוצר סיליקון עבור יישומים חיצוניים או -חשופים UV, השתמש ברשימת הבדיקה הזו:

בקש ASTM G154 או ISO 4892-3 דוחות בדיקת בליה UV - מחפש במיוחד נתוני שמירת נכסים ב-1,000 שעות או עדיף 2,{6}} שעות של חשיפה ל-UVA-340. לכל יצרן צינורות סיליקון מכובד יהיו אלה זמינים.

אשר עמידות לאוזון ASTM D1149 - במיוחד עבור יישומים בסביבות עירוניות או ליד ציוד חשמלי.

שאל על מערכת הריפוי של - סיליקון -מתרפא בדרך כלל מראה שימור נכסים -לטווח ארוך טוב יותר מאשר שוות ערך פרוקסיד-.

הבהרת מפרט פיגמנט עבור צינורות צבעוניים - פיגמנטים אנאורגניים ליציבות צבע לטווח ארוך-במתקנים חשופים ל-UV-.

בדוק את טווח טמפרטורת ההפעלה - אשר את טמפרטורת השירות הרציפה המדורגת של המוצר מול שיא השילוב של נוזל וטמפרטורת הסביבה שלך.

בסביבות UV קיצוניות, שאל לגבי דרגות שחורות או{0}}מייצבות UV - רוב הספקים האיכותיים של צינורות סיליקון של ה-FDA מציעים את אלה כאפשרויות לא-סטנדרטיות.

בקש מדגם לאימות ממדי ובדיקה פיזית לפני כל הזמנה בכמות גדולה - אשר תאשר גמישות, גימור פני השטח וריכוזיות הקידוח.
 

עמידות ה-UV וההזדקנות של צינור הסיליקון אינה טענה שיווקית - אלא תוצאה של הכימיה הבסיסית שלו, מגובה בנתוני בדיקות נרחבים שפורסמו ועשרות שנים של ביצועי שטח בכמה מהיישומים החיצוניים התובעניים ביותר בשוק. עמוד השדרה Si-O שהופך את הסיליקון ליציב תרמית גם הופך אותו לעמיד בפני קרינת UV וחשיפת אוזון שמפרקים כל חלופה מגומי אורגנית לאורך זמן.

עבור התקנות חיצוניות שבהן חיי השירות חשובים וההחלפה היא יקרה או משבשת, ציון החומר המתאים מלכתחילה היא ההחלטה היעילה ביותר- שתוכל לקבל.

ב-Sunhingstones, אנו מייצרים צינור סיליקון של ה-FDA, צינור סיליקון קלוע וצינור סיליקון רפואי עם תיעוד מלא של בליה UV ועמידות לאוזון. הצוות הטכני שלנו יכול לייעץ לגבי הדרגה המתאימה עבור הסביבה החיצונית הספציפית שלך, סוג הנוזל, וחיי השירות היעד.

צור קשר עכשיו