UV spinduliuotė per 5 metus sunaikina 70% lauko elektros jungčių1, dėl to trapūs korpusai, sandariklių gedimai ir katastrofiškos sistemos prastovos, kurių remontas ir keitimas kainuoja tūkstančius. Standartinės plastikinės medžiagos įtrūksta, išblunka ir praranda mechanines savybes, kai jas veikia intensyvūs saulės spinduliai, todėl kyla pavojus saugai ir patikimumo problemų svarbiausiose lauko srityse. UV spinduliams atsparios medžiagos, skirtos lauko vandeniui atsparioms jungtims, apima UV spinduliams stabilizuojamą nailoną su suodžių priedais, jūrinės klasės nerūdijantį plieną su tinkamu paviršiaus apdorojimu, specializuotus elastomerus, tokius kaip EPDM ir silikonas, ir pažangius polimerinius junginius su integruotais UV spindulių absorbentais, kurių kiekvienas turi specifinių privalumų skirtingoms aplinkos sąlygoms ir taikymo reikalavimams. Per dešimtmetį, kai "Bepto" sprendė UV spindulių skilimo problemas, supratau, kad medžiagos pasirinkimas nėra vien tik pradinis atsparumas UV spinduliams - reikia suprasti, kaip įvairios medžiagos sensta realiomis sąlygomis, ir rinktis sprendimus, kurie išlaiko eksploatacines savybes visą jų naudojimo laiką.
Turinys
- Kas lemia medžiagų atsparumą UV spinduliams lauke?
- Kurios plastikinės medžiagos geriausiai apsaugo nuo UV spindulių?
- Kaip metalinės medžiagos yra atsparios UV spinduliams?
- Kokie yra geriausi elastomerų variantai UV spindulių aplinkai?
- Kaip pasirinkti medžiagas konkrečioms UV spindulių poveikio sąlygoms?
- DUK apie UV spinduliams atsparias medžiagas
Kas lemia medžiagų atsparumą UV spinduliams lauke?
Supratimas apie atsparumo UV spinduliams mechanizmus padeda inžinieriams parinkti tinkamas medžiagas, kad jos ilgai veiktų lauke. Medžiagos tampa atsparios UV spinduliams dėl UV energiją sugeriančio suodžių pigmento, cheminių UV stabilizatorių, kurie apsaugo polimerų grandinę nuo skilimo, paviršiaus apdorojimo, atspindinčio UV spinduliuotę, molekulinės struktūros modifikacijų, atsparios fotodegradacijai, ir apsauginių dangų, kurios apsaugo pagrindines medžiagas nuo tiesioginio UV spindulių poveikio.
UV spindulių irimo mechanizmai
Polimerų grandinės skilimas2: Ultravioletiniai fotonai suardo polimerų grandinių chemines jungtis, sumažina molekulinę masę ir sukelia trapumą, įtrūkimus ir mechaninį gedimą.
Laisvųjų radikalų susidarymas: UV energija sukuria reaktyvius laisvuosius radikalus, kurie platina pažeidimus visoje medžiagos struktūroje ir pagreitina irimo procesus.
Kryžminio susiejimo poveikis: Kai kurios medžiagos, veikiamos UV spindulių, sudaro pernelyg daug skersinių ryšių, todėl tampa kietos ir trapios, o ne išlaiko lankstumą.
Paviršiaus kreida: Dėl ultravioletinių spindulių skilimo ant paviršiaus susidaro miltelių likučių, kurie rodo, kad medžiaga jau suirusi ir praradusi apsaugines savybes.
Apsaugos strategijos
UV spindulių absorbentai: Cheminiai junginiai, pavyzdžiui, benzotriazolai ir benzofenonai, sugeria UV energiją ir paverčia ją nekenksminga šiluma, o ne pažeidžia polimerą.
Aminų šviesos stabilizatoriai (HALS)3: Šie junginiai neutralizuoja UV spindulių poveikio metu susidariusius laisvuosius radikalus ir neleidžia plisti irimo reakcijoms.
Anglies suodžių įkrovimas: Smulkios suodžių dalelės sugeria viso spektro UV spinduliuotę, todėl puikiai apsaugo juodas medžiagas.
Titano dioksido pigmentacija: TiO2 atspindi UV spinduliuotę ir apsaugo šviesios spalvos medžiagas, išlaikydamas estetinę išvaizdą.
Arizonoje (JAV) esančioje saulės elektrinių fermoje dirbantis techninės priežiūros vadovas Robertas vos po 18 mėnesių dykumos saulės poveikio susidūrė su pasikartojančiais kabelių riebokšlių gedimais. Standartiniai nailono riebokšliai tapo trapūs ir sutrūkinėjo, dėl to musoninių sezonų metu į vidų patekdavo vanduo, kuris sugadindavo brangią inverterio įrangą. Rekomendavome mūsų UV spinduliuotėje stabilizuojamus nailoninius kabelių riebokšlius su 2% suodžių įkrova ir HALS priedais, specialiai sukurtus ekstremalioms UV sąlygoms. Šis sprendimas užtikrino daugiau nei 5 metų patikimą veikimą 120°F temperatūroje ir intensyviomis UV sąlygomis, pašalino inverterio gedimus ir sumažino techninės priežiūros išlaidas 80%.
Kurios plastikinės medžiagos geriausiai apsaugo nuo UV spindulių?
Plastiko medžiagos pasirinkimas turi lemiamos įtakos ilgalaikiam veikimui lauko vandeniui atspariose jungtyse. Geriausios UV spinduliams atsparios plastikinės medžiagos yra UV spinduliams stabilizuotas PA66 nailonas su suodžių priedais mechaniniam tvirtumui užtikrinti, polikarbonatas su UV danga optiniam skaidrumui užtikrinti, PBT poliesteris su stiklo armatūra matmenų stabilumui užtikrinti, modifikuotas PPO, skirtas naudoti aukštoje temperatūroje, ir specialūs UV spinduliams atsparūs polimerai, pavyzdžiui, ASA ir PMMA, skirti ekstremalioms poveikio sąlygoms.
Nailono (poliamido) variantai
PA66 su UV stabilizatoriais: Dėl puikių mechaninių savybių, atsparumo cheminėms medžiagoms ir atsparumo liepsnai ši medžiaga idealiai tinka kabelių riebokšlių korpusams ir srieginiams komponentams.
Stiklu užpildytos klasės: 30% stiklo armatūra pagerina matmenų stabilumą ir sumažina šiluminį plėtimąsi, išlaikydama atsparumą UV spinduliams.
Anglies suodžių įkrovimas: 2-3% suodžiai užtikrina puikią apsaugą nuo UV spindulių, kartu išlaikydami apdirbamumą ir mechanines savybes.
Ugniai atsparios versijos: UL94 V-0 įvertinta medžiaga4 atitinka saugos reikalavimus, taikomus elektros įrenginiams, nesumažinant atsparumo UV spinduliams.
Pažangūs inžineriniai plastikai
| Medžiaga | UV spindulių reitingas | Temperatūros diapazonas | Pagrindiniai privalumai | Tipinės programos |
|---|---|---|---|---|
| UV-PA66 | Puikus | nuo -40 °C iki +120 °C | Didelio stiprumo, atsparus cheminėms medžiagoms | Kabelių riebokšlių korpusai |
| PC-UV | Labai geras | nuo -40 °C iki +130 °C | Optinis skaidrumas, atsparumas smūgiams | Skaidrūs korpusai |
| PBT-GF30 | Geras | nuo -40 °C iki +140 °C | Matmenų stabilumas, mažai drėgmės | Tikslūs komponentai |
| Modifikuotas PPO | Puikus | nuo -40 °C iki +150 °C | Aukšta temperatūra, mažas išsiplėtimas | Atšiauri aplinka |
| ASA | Puikus | nuo -30 °C iki +80 °C | Atsparumas atmosferos poveikiui, spalvų stabilumas | Estetinės programos |
Apdorojimas ir priedai
Stabilizatorių paketai: UV spindulių absorbentų ir HALS deriniai užtikrina geresnę sinergetinę apsaugą nei atskiri priedai.
Apdorojimo priemonės: Tinkama apdorojimo temperatūra ir buvimo laikas apsaugo nuo degradacijos gamybos metu, kuri gali pakenkti atsparumui UV spinduliams.
Dažiklių parinkimas: Organiniai pigmentai gali sumažinti atsparumą UV spinduliams, o neorganiniai pigmentai, pavyzdžiui, geležies oksidai, suteikia papildomą apsaugą.
Paviršiaus apdorojimas: Po formavimo UV dangos gali pagerinti apsaugą svarbiausiose srityse, kurioms reikia maksimalaus ilgaamžiškumo.
Kaip metalinės medžiagos yra atsparios UV spinduliams?
Metalinės medžiagos iš esmės yra atsparios UV spinduliams, tačiau norint, kad jos optimaliai veiktų lauke, jas reikia tinkamai parinkti ir apdoroti. Atsparumo UV spinduliams metalinės medžiagos - tai 316L nerūdijantis plienas su elektropoliruota apdaila, žalvaris su nikeliu, apsaugančiu nuo korozijos, aliuminio lydiniai su anoduotomis dangomis, cinko lydiniai su chromatine danga ir specializuotos dangos, pavyzdžiui, PVD arba miltelinis dažymas, kad būtų užtikrintas didesnis patvarumas ir estetiniai reikalavimai.
Nerūdijančio plieno parinktys
316L jūrinės klasės: Puikus atsparumas korozijai pakrantės aplinkoje, puikus UV stabilumas ir mechaninės savybės įvairiose temperatūrose.
Paviršiaus apdaila: Elektropoliruoti paviršiai sumažina teršalų sukibimą ir pagerina valomumą, išlaikydami atsparumą korozijai.
Pasyvavimo procedūros: Tinkamai pasyvuojant pašalinama laisva geležis ir sustiprinamas apsauginis oksido sluoksnis, užtikrinantis ilgalaikį veikimą.
Suvirinimo aspektai: Suvirinant TIG ir naudojant tinkamas apsaugines dujas, suvirintų mazgų atsparumas korozijai išlieka didesnis.
Apsauginės dangos
Miltelinės dangos sistemos: Poliesterio ir poliuretano miltelinės dangos suteikia spalvų pasirinkimo galimybę, kartu sustiprindamos apsaugą nuo UV spindulių ir korozijos.
PVD dangos: Naudojant fizikinį nusodinimą iš garų sukuriamos plonos, patvarios dangos, pasižyminčios puikiu sukibimu ir atsparumu dilimui.
Anodavimo procesai: Kietasis aliuminio anodavimas užtikrina puikų atsparumą dilimui ir korozijai bei gerą UV spindulių stabilumą.
Dengimo parinktys: Nikelio, chromo ir cinko padengimo sistemos užtikrina skirtingą apsaugą ir estetinę išvaizdą.
Sąnaudų ir našumo analizė
Pradinės išlaidos ir gyvavimo ciklas: Nerūdijančiojo plieno pradinė kaina yra didesnė, tačiau dėl minimalių techninės priežiūros reikalavimų bendra nuosavybės kaina yra mažesnė.
Paraiškų atitikimas: Medžiagos klasę suderinkite su aplinkos poveikiu - 304SS - švelnioms sąlygoms, 316L - jūrinei/cheminei aplinkai.
Gamybos aspektai: Medžiagų pasirinkimas turi įtakos apdirbimo, suvirinimo ir surinkimo procesams, kurie turi įtakos bendroms gamybos sąnaudoms.
Priežiūros reikalavimai: Tinkamai parinkta medžiaga sumažina valymo ir priežiūros reikalavimus per visą eksploatavimo laikotarpį.
Hassanui, naftos chemijos gamyklos Kuveite vadovui, reikėjo sprogimui atsparių kabelių movų, skirtų lauko technologinei įrangai, kurią veikia ekstremalūs UV spinduliai, iki 60 °C temperatūra ir koroziją sukeliantys cheminių medžiagų garai. Standartiniai žalvariniai riebokšliai, nepaisant apsauginių dangų, greitai koroduodavo, todėl kildavo rūpesčių dėl saugumo ir dažno keitimo. Mes tiekėme savo ATEX sertifikatas5 316L nerūdijančiojo plieno kabelių riebokšliai su elektropoliruota apdaila ir "Viton" sandarikliais. Šis sprendimas užtikrino daugiau nei 7 metų eksploataciją be priežiūros atšiaurioje Artimųjų Rytų aplinkoje, užtikrino saugos reikalavimų laikymąsi ir pašalino neplanuotas prastovas, kurių vertė siekia 1TP450 000 T per vieną incidentą.
Kokie yra geriausi elastomerų variantai UV spindulių aplinkai?
Elastomero parinkimas sandarikliams ir tarpikliams turi lemiamos įtakos ilgalaikiam atsparumui vandeniui UV spindulių aplinkoje. Geriausi elastomerai, tinkantys naudoti UV spinduliuotės aplinkoje, yra EPDM guma, pasižyminti puikiu atsparumu ozonui, silikono elastomerai, tinkantys ekstremalioms temperatūroms, fluoroelastomerai (Viton), tinkantys cheminiam suderinamumui, chloroprenas (Neoprenas), skirtas bendram naudojimui lauke, ir specializuoti UV spinduliuotės mišiniai su patobulintais stabilizatorių paketais, užtikrinantys didžiausią ilgaamžiškumą.
EPDM gumos privalumai
Atsparumas ozonui: EPDM prisotintas polimerų pagrindas yra atsparus ozono įtrūkimams, kurie sunaikina kitas gumines medžiagas, naudojamas lauke.
Temperatūros diapazonas: Išlaiko lankstumą nuo -50 °C iki +150 °C, todėl atitinka daugumą lauko sąlygomis taikomų reikalavimų ir užtikrina pastovią sandarinimo jėgą.
Atsparumas oro sąlygoms: Puikus atsparumas UV spinduliams, ozonui ir atmosferos poveikiui lemia, kad EPDM idealiai tinka ilgalaikiam sandarinimui lauke.
Ekonominis efektyvumas: Mažesnė kaina nei specialių elastomerų, tačiau puikios eksploatacinės savybės daugeliui lauko vandeniui atsparių gaminių.
Silikono elastomero savybės
Temperatūros kraštutinumai: Išlaiko elastingumą nuo -60 °C iki +200 °C, idealiai tinka esant dideliems temperatūros svyravimams.
UV spindulių stabilumas: Neorganinis siloksano pagrindas užtikrina atsparumą UV spinduliams ir nereikalauja papildomų stabilizatorių ar užpildų.
Cheminis inertiškumas: Mažas reaktyvumas su daugeliu cheminių medžiagų ir puikus biologinis suderinamumas, tinkamas naudoti maisto pramonėje ir medicinoje.
Suspaudimo rinkinys: Norint užtikrinti ilgalaikį sandarumą, reikia tinkamai suprojektuoti griovelius.
Fluoroelastomerų eksploatacinės savybės
Atsparumas cheminėms medžiagoms: Dėl ypatingo atsparumo alyvoms, degalams, rūgštims ir tirpikliams vitonas idealiai tinka naudoti cheminio apdorojimo aplinkoje.
Temperatūros pajėgumas: Išlaiko savybes nuo -20 °C iki +200 °C, pasižymi puikiu terminiu stabilumu ir atsparumu senėjimui.
Atsparumas UV spinduliams: Fluorintas pagrindas užtikrina puikų UV spindulių stabilumą, tačiau suodžių kiekis dar labiau pagerina savybes.
Sąnaudų aspektai: Didesnes medžiagų sąnaudas pateisina puikios eksploatacinės savybės ir ilgaamžiškumas reikliose srityse.
Kaip pasirinkti medžiagas konkrečioms UV spindulių poveikio sąlygoms?
Norint pasirinkti medžiagą, reikia sistemingai įvertinti aplinkos sąlygas, eksploatacinius reikalavimus ir sąnaudų apribojimus. Medžiagų parinkimas konkrečioms UV spindulių poveikio sąlygoms apima UV spindulių intensyvumo lygių, temperatūros ciklų diapazonų, cheminio poveikio rizikos, mechaninio įtempio reikalavimų, atitikties teisės aktų reikalavimams, techninės priežiūros prieinamumo ir bendrų nuosavybės sąnaudų įvertinimą, siekiant suderinti medžiagų savybes su faktiniais taikymo reikalavimais.
Aplinkos vertinimas
UV spindulių intensyvumo atvaizdavimas: Atsižvelkite į geografinę padėtį, aukštį virš jūros lygio ir sezoninius svyravimus, kurie turi įtakos UV spindulių poveikiui per metus.
Temperatūros ciklas: Įvertinkite paros ir sezoninius temperatūros svyravimus, kurie sukelia ne tik UV spindulių sukeliamą šiluminį stresą, bet ir degradaciją.
Cheminė aplinka: Įvertinkite valymo cheminių medžiagų, pramoninių procesų ar atmosferos teršalų, kurie spartina medžiagų irimą, poveikį.
Mechaniniai įtempiai: Atsižvelkite į vibraciją, šiluminį plėtimąsi ir montavimo įtempius, kurie sąveikauja su UV spindulių irimo mechanizmais.
Veiklos reikalavimai
Eksploatavimo trukmės lūkesčiai: Apibrėžkite mažiausią priimtiną eksploatavimo trukmę, kad galėtumėte vadovautis medžiagų pasirinkimu ir sąnaudų bei naudos analize.
Nesėkmės pasekmės: Didelio pavojingumo reikmėms tinka aukščiausios kokybės medžiagos, o įprastinėms priežiūros reikmėms gali būti naudojamos standartinės klasės medžiagos.
Estetiniai reikalavimai: Spalvos stabilumas ir paviršiaus išvaizda gali lemti medžiagos pasirinkimą matomoms reikmėms.
Atitiktis teisės aktams: Saugos sertifikatai (UL, ATEX, IP klasės) riboja medžiagų pasirinkimo galimybes ir reikalauja specialių bandymų patikros.
Atrankos matrica
| UV spindulių poveikio lygis | Rekomenduojamos medžiagos | Tikėtinas tarnavimo laikas | Sąnaudų veiksnys |
|---|---|---|---|
| Švelnus (patalpoje / pavėsyje) | Standartinis nailonas, pagrindiniai elastomerai | 10 ir daugiau metų | 1.0x |
| Vidutinio sunkumo (dalinė saulė) | UV spinduliais stabilizuoti plastikai, EPDM | 7-10 metų | 1.5x |
| Stiprus (tiesioginė saulė) | Anglies juoda įkrova, nerūdijantis plienas | 5-7 metai | 2.0x |
| Ekstremalus (dykuma / didelis aukštis virš jūros lygio) | Aukščiausios kokybės UV klasės, metalinis korpusas | 3-5 metai | 3.0x |
Testavimas ir patvirtinimas
Pagreitintas bandymas: Naudokite QUV arba ksenono lanko bandymus, kad numatytumėte ilgalaikes eksploatacines savybes per trumpą laiką.
Lauko bandymai: Įdiekite pavyzdžius realioje taikymo aplinkoje, kad patvirtintumėte laboratorines prognozes.
Nesėkmių analizė: Išnagrinėkite sugedusius komponentus, kad suprastumėte irimo mechanizmus ir pagerintumėte medžiagų pasirinkimą.
Veiklos stebėjimas: Stebėkite lauko našumą, kad optimizuotumėte keitimo intervalus ir medžiagų specifikacijas.
Išvada
Norint parinkti tinkamas UV spinduliams atsparias medžiagas lauko vandeniui atsparioms jungtims, reikia išmanyti irimo mechanizmus, medžiagų savybes ir konkrečios paskirties reikalavimus, kad būtų pasiektas optimalus veikimas ir ekonomiškumas. Suderinę medžiagų savybes su aplinkos sąlygomis ir eksploataciniais lūkesčiais, inžinieriai gali kurti patikimas sistemas, kurios išlaiko atsparumą vandeniui visą eksploatavimo laiką. Mūsų "Bepto" didelė patirtis su UV spinduliams atspariomis medžiagomis ir realūs bandymai padeda klientams pasirinkti tinkamus sprendimus konkrečioms reikmėms - esame čia, kad padėtume jums priimti šiuos sudėtingus sprendimus ir užtikrinti ilgalaikę sėkmę 😉
DUK apie UV spinduliams atsparias medžiagas
K: Kiek laiko UV spinduliams atsparios medžiagos tarnauja lauke?
A: Ultravioletiniams spinduliams atsparios medžiagos, priklausomai nuo medžiagos tipo ir aplinkos sąlygų, tiesioginiuose saulės spinduliuose paprastai tarnauja 5-10 metų. Aukščiausios klasės medžiagos, kurių sudėtyje yra suodžių, gali tarnauti 7-10 metų, o standartinės UV spinduliams stabilizuoti skirtos medžiagos patikimai tarnauja 3-5 metus.
K: Kuo skiriasi UV spinduliuotę stabilizuojančios medžiagos nuo suodžių?
A: UV stabilizatoriai yra cheminiai priedai, kurie sugeria arba neutralizuoja UV energiją, o suodžiai fiziškai blokuoja UV spinduliuotę. Angliniai suodžiai užtikrina geresnę ilgalaikę apsaugą, bet riboja juodos spalvos pasirinkimą, o UV stabilizatoriai suteikia galimybę naudoti įvairias spalvas ir vidutinę apsaugą.
Klausimas: Ar galima naudoti patalpose naudojamas medžiagas dengtoms lauko patalpoms?
A: Patalpose esančios medžiagos gali būti visiškai uždengtos, tačiau vis tiek susiduria su temperatūros svyravimais, drėgme ir atsispindinčiais UV spinduliais. UV spindulius stabilizuojančios medžiagos užtikrina didesnį ilgalaikį patikimumą net ir uždengtose patalpose, ypač ten, kur retkarčiais patenka tiesioginiai saulės spinduliai.
K: Kaip patikrinti atsparumą UV spinduliams prieš pradedant naudoti?
A: Naudokite pagreitintus UV spindulių bandymus (ASTM G154 arba ISO 4892), kad per kelias savaites imituotumėte ilgametį poveikį, arba 6-12 mėnesių laikykite pavyzdžius savo realioje aplinkoje, kad įvertintumėte realias eksploatacines savybes prieš įrengdami dideliu mastu.
K: Ar visada metalinės jungtys yra geresnės už plastikines dėl atsparumo UV spinduliams?
A: Metaliniai korpusai pasižymi didesniu atsparumu UV spinduliams, tačiau kainuoja brangiau ir gali reikėti papildomos apsaugos nuo korozijos. Aukštos kokybės UV spinduliais stabilizuoti plastikai gali prilygti metaliniams ir kainuoti pigiau, todėl medžiagos pasirinkimas priklauso nuo konkrečių reikalavimų ir biudžeto apribojimų.
-
Apžvelgti techninius dokumentus ir patikimumo tyrimus apie ilgalaikį ultravioletinės spinduliuotės poveikį polimerams, naudojamiems lauko elektrotechnikoje. ↩
-
Ištirkite cheminį fotodegradacijos procesą, kai UV fotonai suardo polimero stuburo molekulinius ryšius ir dėl to medžiaga suyra. ↩
-
Sužinokite apie HALS - priedų, kurie stabdo polimerų irimą, šalindami laisvuosius radikalus, atsirandančius veikiant UV spinduliams, - cheminį mechanizmą. ↩
-
Suprasti "Underwriters Laboratories" (UL) 94 standartą, pagal kurį klasifikuojamas plastikinių medžiagų degumas ir priešgaisrinė sauga. ↩
-
Susipažinkite su ATEX direktyvų reikalavimais, Europos Sąjungos standartais, taikomais įrangai, skirtai naudoti potencialiai sprogioje aplinkoje. ↩
