Thử nghiệm gia tốc - Đánh giá độ bền vật liệu nhựa

1. Đặt vấn đề:

Nhựa là các hợp chất cao phân tử, chứa các polyme hữu cơ. Phần lớn các polyme này có nguồn gốc từ các chuỗi chỉ có các nguyên tử cacbon hoặc kết hợp với ôxy, lưu huỳnh hoặc nitơ. Nhằm cải thiện tính chất cũng như hiệu suất cũng như giảm chi phí sản xuất nhựa được thêm vào một số phụ gia như phụ gia ổn định (bao gồm các chất chống cháy để làm giảm tính cháy của vật liệu), chất độn (nhằm hạ chi phí sản xuất), chất tạo dẻo (dùng để cải thiện tính lưu biến), và phẩm màu.

Theo thời gian nhựa bị phá vỡ về mặt vật lý, và biến chất hóa học thành carbon hữu cơ hòa tan và CO₂ bởi ánh sáng mặt trời. Cụ thể hơn ánh sáng mặt trời làm xuất hiện những vết đổi màu trên bề mặt nhựa, làm chúng trở nên giòn hơn, dễ vỡ hơn.

Việt Nam là một nước có khi hậu nhiệt đới gió mùa với nhiều vùng khí hậu đặc trưng. lượng bức xạ mặt trời không chỉ nhiều mà còn rất ổn định trong suốt thời gian của năm vào khoảng 5kW/h/m2/ngày ở các tỉnh miền Trung và miền Nam, và vào khoảng 4kW/h/m2/ngày ở các tỉnh miền Bắc.. Số giờ nắng trong năm ở miền Bắc vào khoảng 1500-1700 giờ trong khi ở miền Trung và miền Nam Việt Nam, con số này vào khoảng 2000-2600 giờ mỗi năm.

Bản đồ bức xạ mặt trời Việt Nam

Chính vì vậy, ảnh hưởng của bức xạ mặt trời lên vật liệu nhựa trong môi trường khí hậu Việt Nam là rất lớn.

Trên cơ sở kết quả nghiên cứu nhiều năm về ảnh hưởng của ánh sáng mặt trời lên vật liệu nhựa trong điều kiện khí hậu Việt Nam với hệ thống cơ sở vật chất, trang thiết bị ngày càng hiện đại, Phòng thí nghiệm Viện Độ bền Nhiệt đới thuộc Trung tâm Nhiệt đới Việt-Nga đã tích lũy được nhiều tri thức, kinh nghiệm và hiện tại có đủ năng lực đáp ứng các nhu cầu thử nghiệm vật liệu nhựa.

2. Mục đích, yêu cầu:

Đánh giá độ bền, độ tin cậy (dự báo tuổi thọ) của đối tượng thử nghiệm trong các điều kiện khí hậu nhiệt đới, môi trường đặc thù khác nhau và đưa ra kết luận, khuyến nghị sử dụng.

3. Đối tượng và phương pháp thử nghiệm:

* Đối tượng:

 Các loại vật liệu nhựa, sản phẩm nhựa tổng thành hoặc chi tiết như: tấm nhựa, màn hình xe máy, cửa nhựa lõi thép, túi polyme ….

* Phương pháp:

– Thử nghiệm gia tốc trong PTN để đánh giá nhanh độ bền cơ-hóa-lý (phai màu, mất màu, lão hóa, độ dãn nở, co ngót …) của vật liệu trên cơ sở mô phỏng các chu kỳ thời tiết hoặc yếu tố môi trường khai thác, gồm: thử lão hóa bức xạ mặt trời, thử lão hóa ozon, thử lão hóa bức xạ nhiệt, thử sốc nhiệt …  theo các tiêu chuẩn quốc tế ASTM, MIL, ISO, GOST hoặc tiêu chuẩn của nhà sản xuất.

– Thử nghiệm tự nhiên để đánh giá tác động thực tế của thời tiết (nhiệt độ, độ ẩm, bức xạ mặt trời …) lên vật liệu. Thử nghiệm tự nhiên trong môi trường khí quyển cho phép đánh giá chính xác nhất quá trình lão hóa ánh sáng, quá trình phân hủy của vật liệu nhựa dưới tác động của các yếu tố khí hậu

4. Cơ sở vật chất, trang thiết bị:

  – Hệ thống các trạm thử nghiệm tự nhiên nằm ở 3 vùng khí hậu nhiệt đới điển hình của Việt Nam: Trạm Hòa Lạc (ngoại thành Hà Nội), Trạm Đầm Báy (Nha Trang, Khánh Hòa), Cần Giờ (huyện Cần Giờ, TP Hồ Chí Minh) phục vụ thử nghiệm tĩnh ngoài trời được trang bị đầy đủ phương tiện đo các thông số khí tượng (nhiệt độ, độ ẩm, lượng mưa, gió, bức xạ mặt trời …) cũng như các thông số môi trường khác với các giá chuyên dụng trên sân phơi có mái che, trong nhà, sân vi sinh, phao thử nghiệm biển …

Đầu đo cường độ tia tử ngoại UVA, UVB

– Các trang thiết bị PTN đồng bộ, hiện đại phục vụ thử nghiệm gia tốc như:

+ Các tủ thử nghiệm Xenontest Ci 4000, Xenontest 440 (Atlas, Mỹ) dùng thử nghiệm độ phai màu, mất màu của vật liệu nhựa có khả năng mô phỏng đầy đủ các bước sóng thuộc dải hẹp (340 nm và 420 nm), dải dài (300 nm – 400 nm), cũng như dải ánh sáng nhìn thấy, có tổng diện tích phơi mẫu lớn (6,500 cm²  đối với Ci 4000 và 2310 cm²  Xenontest 440), chế độ kiểm soát nhiệt độ theo tấm đen, tấm đen chuẩn, kiểm soát độ ẩm cùng dải tiêu chuẩn thử nghiệm rộng đảm bảo đáp ứng tốt các yêu cầu thử nghiệm.

+ Tủ thử nghiệm sốc nhiệt Voetsch – Technik VT3 7012S2 gồm 2 buồng là buồng nóng (+50 đến +220 ⁰C) với tốc độ làm nóng là 14 K/min và buồng lạnh (–80 đến +70 ⁰C) với tốc độ làm lạnh là 6,3 K/min, thời gian chuyển mẫu giữa các buồng <10s với thể tích khoang thử rộng 120 dm³ đảm bảo đáp ứng đầy đủ các yêu cầu thử nghiệm.

Ngoài ra PTN còn được trang bị nhiều loại thiết bị hiện đại thử nghiệm thời tiết, môi trường khác như: Buồng phun sương muối SC450 ; tủ thử nghiệm nhiệt ẩm WK11-600/40, tủ lão hóa UVTest, Buồng Test Ozone 0550 – CCSi … và các phương tiện thử cơ lý: Máy đo độ bền kéo đứt Zwich/Roell Z010-Đức; máy đo độ bền xé rách ProTear Elmendorf Tear Tester – Mỹ; máy đo độ bóng Novo Gloss Trio – Anh; máy đo màu Xrite Ci62-Mỹ ….

Tủ thử nghiệm Ci4000

Tủ thử nghiệm Xenontest 440

5. Trình độ, kinh nghiệm:

Phòng Thử nghiệm Trung tâm Nhiệt đới Việt-Nga với cơ sở vật chất hiện đại cùng đội ngũ chuyên gia có trình độ cao đảm bảo đáp ứng đầy đủ nhu cầu thử nghiệm gia tốc và thử tự nhiên của khách hàng.

Chúng tôi là nhà cung cấp dịch vụ thử nghiệm lão hóa bức xạ vật liệu nhựa cho các đối tác như Viettel, Vinfast, TOYOINK COMPOUND…vv cũng như thử nghiệm sốc nhiệt đối với nhiều dạng vật liệu khác nhau như mẫu bê tông cốt thép, mẫu nguồn cho xe máy cho nhiều đối tác, viện nghiên cứu khác nhau và đã tạo dựng được niềm tin nơi đối tác, khách hàng bởi sự chuyên nghiệp trong thử nghiệm.

Thử nghiệm mẫu màn hình xe máy

Thử nghiệm mẫu nhựa

Thử nghiệm cửa nhựa uPVC lõi thép tại Trạm thử nghiệm Đầm Bấy, Nha Trang

Thử nghiệm mẫu polymer

6. Các tiêu chuẩn áp dụng:

Các tiêu chuẩn thử lão hóa bức xạ đối với nhựa PTN có thể đáp ứng có thể kể tới như:

• ASTM D4459 Standard Practice for Xenon-Arc Exposure of Plastics Intended for Indoor Applications (Thử nghiệm gia tốc bức xạ bằng đèn xenon cho vật liệu nhựa nội thất)
• ASTM D5071 Exposure of Photodegradable Plastics in a Xenon Arc Apparatus (Thử nghiệm gia tốc bức xạ bằng đèn xenon cho vật liệu nhựa nhạy sáng).
• ASTM D6662 Standard Specification for Polyolefin-Based Plastic Lumber Decking Boards (Tiêu chuẩn kỹ thuật cho ván sàn gỗ nhựa trên nền Polyolefin)
• ASTM G151 Standard Practice for Exposing Nonmetallic Materials in Accelerated Test Devices that Use Laboratory Light Sources (Phương pháp thử nghiệm gia tốc với vật liệu phi kim loại sử dụng nguồn sáng trong phòng thí nghiệm)
• ASTM G155 Standard Practice for Exposing Nonmetallic Materials in Accelerated Test Devices that Use Laboratory Light Sources (Phương pháp thử nghiệm gia tốc với vật liệu phi kim loại sử dụng nguồn sáng trong phòng thí nghiệm)
• MIL STD 810 G Method 505.5 Solar radiation test – Steady State (Phép thử bức xạ mặt trời – trạng thái ổn định)
• ISO 105-B02 Determination of colour fastness – Part B02: Colour fastness to artificial light: Xenon arc fading lamp test (Xác định độ bền màu Phần B02: Độ bền màu với ánh sáng nhân tạo: Phép thử bằng đèn xenon)
• ISO 4892-1 Plastics — Methods of exposure to laboratory light sources — Part 1: General guidance (Nhựa – Phương pháp tiếp xúc với nguồn sáng trong phòng thí nghiệm – Phần 1: Hướng dẫn chung)
• ISO 4892-2 Plastics — Methods of exposure to laboratory light sources — Part 2: Xenon-arc lamps (Nhựa – Phương pháp tiếp xúc với nguồn sáng trong phòng thí nghiệm – Phần 2: Đèn xenon)
• ASTM G7/G7M-13. Standard Practice for Atmospheric Environmental Exposure Testing of Nonmetallic Materials (Qui trình kỹ thuật tiêu chuẩn thử nghiệm phơi mẫu vật liệu phi kim trong môi trường không khí).
• ASTM D 1435-2013. Standard Practice for Outdoor Weathering of Plastics (Qui trình kỹ thuật tiêu chuẩn phơi thử nghiệm vật liệu plastic ngoài trời).
• ГОСТ 9.708-83 (СТ СЭВ 3758-82) Единая система защиты от коррозии и старения (ЕСЗКС). Пластмассы. Методы испытаний на старение при воздействии естественных и искусственных климатических факторов. (Hệ thống thống nhất bảo vệ ăn mòn và lão hóa. Chất dẻo. Phương pháp thử nghiệm lão hóa dưới tác động của các yếu tố thời tiết tự nhiên và nhân tạo).

ASTM D2244-16 Calculation of Color Tolerances and Color Differences from Instrumentally Measured Color Coordinates (Xác định cường độ màu và đánh giá sự chênh lệch màu bằng thiết bị so màu).