تاثیر آب و هوا روی پوشش ها        

پوشش­ها باید ویژگی­های کلیدی همچون ظاهر(رنگی یا براق)، ویژگی­های عملکردی(بازتاب در پوشش­های سقف) و یا ویژگی­های حفاظت در برابر خوردگی(برای پل­ های فلزی یا کارخانجات صنعتی) داشته باشند. این سه عامل حتی می­توانند در شرایط محیط بیرونی موجب شکست پوشش گردد. ما باید در توسعه و تحقیق محصولات خود آن­ها را به اندازه کافی آزمایش کرده تا متوجه شویم که چگونه می­توان دوام و پایداری آن­ها را بهبود بخشید و یا زمان سرویس و تعمیر آن­ها را دریابیم. هم­چنین باید عملکردشان در شرایط جوی متفاوت، روش متفاوت اجرای هر کدام، انواع زیرآیند­ها و سایر شرایط بحرانی و تعیین کننده را نیز درنظر بگیریم.

تاثیر آب و هوا روی پوشش­ها

بیشترین آسیب­ های آب و هوا روی پوشش­ها شامل مواردی چون تشعشات نور خورشید، رطوبت و گرماست. نور فرابنفش (UV) قسمتی از نور خورشید است که انرژی کافی برای شکستن پیوند­های شیمیایی و شروع واکنش تخریبی رادیکال آزاد در مورد ترکیبات آلی را دارد. این مورد بویژه برای طول موج­ های کوتاه­تر یعنی UV-A و UV-B محتمل­تر است.

شیمی برخی از پوشش­ها مانند اپوکسی و پلی استر، به این تشعشات بسیار حساس هستند و در این شرایط طول عمر بالایی نخواهند داشت، در حالی که برخی دیگر مانند فلوروپلیمر­ها بسیار در این شرایط مقاوم اند. مقاومت در برابر تابش فرابنفش بسیاری از پوشش­ها در حد قابل ملاحظه­ای با افزودنی­ های پایدار کننده بهبود می­یابد، اما بطور کامل عملی نخواهد بود. بسیاری از این طرح­های پایداری نیز هنوز سطح وسیعی از پوشش را محافظت نمی­کنند و این سطوح همان جاهایی هستند که تخریب آغاز می­گردد. تخریب سطح معمولا با کاهش براقیت، گچی شدن، ترک، کاهش قدرت رنگی و زرد شدن همراه خواهد بود. اگر نور فرابنفش از پوشش عبور کند، زیرآیند­هایی مانند چوب را تخریب کرده، در نتیجه اتصال بین پوشش و زیرآیند و در نهایت چسبندگی از بین می­رود.

طول موج­های بلندتر فرابنفش(UV-A) و هم­چنین نور مرئی می­توانند شروع کننده واکنش تخریب نوری باشند. بسیاری از رنگدانه ­ها بخصوص رنگدانه­ های آلی، و محصولات حاصل از تخریب نوری مانند پراکساید­ها به این طول موج حساسند. امواج مادون قرمز نزدیک موجود در نور خورشید می­تواند باعث گرم شدن رنگدانه­ها شود چیزی که در مورد رنگ­های تیره خودرو­ها در هوای گرم مشاهده می­شود. این حرارت هم می­تواند از طریق جنبش­های مکانیکی-حرارتی باعث تخریب و هم باعث افزایش نرخ از دست دادن پایدار کننده­ها و تسریع تخریب شیمیایی شود.

رطوبت نیز یک عامل مهم در تخریب پوشش­ها (اعم از آلی یا معدنی) و سطوح است. بسیاری از پوشش­ها بدلیل انجام واکنش هیدرولیز تخریب می­شوند. دلایل تخریبی دیگر ناشی از تورم و آب رفتن (انقباض) از سطح تر به خشک و برعکس است. رطوبت با از بین بردن تثبیت کننده­ها شرایط مناسبی را برای رشد میکروارگانیزم­هایی چون کپک فراهم می­کند. بعضی از پوشش­ها مانند پوشش­های بتنی باید تنفس پذیر (تراوا نسبت به رطوبت) باشند تا امکان تنفس برای زیرآیند فراهم شود در حالی­که پوشش­های محافظتی ضد خوردگی باید کاملا نسبت به رطوبت غیرتراوا باشند تا بتوانند از سطح حفاظت کنند.

هر کدام از پارامتر­های اصلی آب و هوا (رطوبت، نور و حرارت) مستقل نیستند. نور می­تواند دما را تحت تاثیر قرار دهد که آن­هم روی رطوبت اثرگذار است. بعلاوه شرایط بیرونی اصلا پایدار نیست. هرکدام از این پارامتر­ها در هر مکانی و در دوره­ ها و بازه­ های مختلفی (ساعت، روز، فصل، سال، الگو­های آب و هوایی) با الگو­های پیچیده و غیر قابل بازیافتی تغییر می­کنند. پوشش لوله ­ها در کارخانجات صنعتی، یا پوشش­های دریایی می­توانند فشار­های اضافی مهمی را ایجاد کنند.  

علاوه بر این، بسیاری از شرایط ثانویه جویمانند باد، آلودگی­های جوی و سایر می­توانند به این لیست اضافه شوند.

آزمون­های جوی

شرایط جوی متنوعی در سرتاسر جهان وجود دارد. به طور کلی، سه دسته از آب و هوا که اثرات تخریبی روی مواد و از جمله پوشش­ها دارند شامل: گرم/ مرطوب (زیر مجموعه گرمسیری)، گرم و خشک(بیابانی) و سردسیری هستند. پوششی که به شیمی و الزامات عملکردی خاصی وابسته باشد، می­تواند در شرایط جویمختلف، بسیار متفاوت عمل کند. این امر معمولا نیازمند انجام آزمون­های بیرونی در شرایط جوی متفاوت است. با این حال، آب و هوای نیمه گرمسیری و گرم و مرطوب فلوریدای جنوبی به لحاظ تاریخی به عنوان مرجع اولیه انجام آزمون­های جویبرای انواع پوشش­ها استفاده شده ­است.

این امر بدلیل ترکیب شرایط ناشی از تابش شدید نور خورشید، درجه حرارت بالا و رطوبت شدید است که نسبت به مواد آلی بسیار محرک عمل می­کنند. سایر نقاط جهان آب و هوای مشابهی دارند مانند منطقه اطلس و هند. اما جنوب فلوریدا به دلایل ذکر شده به عنوان شاخص اصلی جهانی برای بررسی آزمون­های پوشش تبدیل شده است.

بسیاری از استاندارد­های عملکردی پوشش­ها نیازمند انجام آزمون­های غوطه وری در منطقه فلوریداست. بسیاری از شرکت­های پوشش در سراسر جهان، مکان­هایی را در این منطقه برای انجام آزمون­های تجاری نگه داری می­کنند. شرکت اطلس یک شبکه نمایشی جهانی با بیش از 25 مکان آزمایشی را برای تولیدکنندگانی که نیاز به آزمایشات در شرایط جویمنطقه ای دیگر دارند، فراهم آورده­است.

غوطه­وری پوشش­های فلوریدای جنوبی ممکن است در جهات مختلفی انجام شود. امروزه قرار گیری و غوطه­وری مستقیم به سمت مناطقی چون استوا متمایل است و بیش­تر آزمون­های جهانی در نوار­هایی با عرض جغرافیایی 15 تا 35 درجه که به دلیل تابش زیاد خورشید دمای بالایی دارند، انجام می­شود. با این­حال برخی از مکان­ های با آب و هوای سرد نیز وجود دارند که می­تواند برای پوشش و زیرآیند­های حساس به رطوبت و سرما مهم باشند.

مکان­های آزمایشی بسیار گرم مانند آزمایشگاه DSET اطلس در صحرای سونور آریزونا و صحرای کالاهاری در آفریقای جنوبی برای انجام آزمایشات پوشش­های خودرویی استفاده می­شوند. به طور میانگین، منطقه آریزونا حدود 20% بیش­تر از منطقه فلوریدا در معرض تابش نور فرابنفش قرار دارد اما حدود 5% مرطوب­تر بوده و دمای تابستان بالاتر و زمستان پایین­تری (زیر نقطه انجماد) دارد. به همین دلیل قرارگیری در منطقه آریزونا می­تواند در مورد تخریب پیوند­ها و از دست رفتن قدرت رنگی از جهت تابش فرابنفش شدید­تر باشد.

شتاب دهنده­های جوی

تحقیق و توسعه پوشش­ها و آزمایشات همیشه نمی­توانند منتظر آزمون­های غوطه­وری در معرض نور طبیعی بیرونی باشند. چرا که اینکار برای تصمیم ­گیری­های پیرامون فرمولاسیون بسیار زمان بر است. از این رو به آزمون­های سریع­تر نیاز است که به دو روش انجام می­پذیرند: آزمون­های تسریع شده بیرونی با استفاده از نور خورشید متمرکز و آزمون­های آزمایشگاهی با استفاده از شبیه سازی نور خورشید و شرایط آب و هوایی.

شرکت اطلس از سال 1958 در استفاده از نور خورشید متمرکز برای آزمایشات پوشش با دستگاه­های EMMA و EMMAQUA پیشرو است. در این دستگاه از ده تابنده ویژه فرسنل برای متمرکز کردن نور خورشید و تابش فرابنفش بر روی نمونه ­ها استفاده شده­است.

این دستگاه­ ها در طول روز نور خورشید را ردیابی می­کنند و ده تصویر از خورشید را روی نمونه هدف متمرکز می­کند. سپس نمونه­ های هدف به منظور این­که دمای آن­ها نزدیک به دمای شرایط آزمایش شود، خنک می­شوند. برای تر کردن سطح یا ایجاد شوک حرارتی بصورت روزانه یا در طول شبانه روز می­تواند توسط اسپری­های آبرسانی دوره ای برنامه ریزی شده انجام گیرد.

به عنوان مثال در مورد شبیه ساز نور خورشید، تمرکز نور حدود 8 برابر قرار گیری در معرض نور مستقیم است. این شتاب بصورت فصلی وابسته به خورشید است و بنابراین شدت آزمون در فصل تابستان بیش­تر است. تغییرات ویژه برای کنترل درجه حرارت و رطوبت بمنظور ایجاد ارتباط بهتر برای مواجهه با این عوامل امکان پذیر است. این تکنیک معمولا بطور گسترده در پوشش­های خودرویی و معماری روی فلز بکار می­رود. البته این روش در سطوح چوبی به دلیل هدایت حرارتی کم و حساسیت دمایی و رطوبتی آن، مطلوب نیست. بدلیل نیاز به شرایط جوی ویژه، این دستگاه­ ها فقط برای آماده­ سازی در آب و هوای خشک همانند منطقه آریزونا مناسب هستند.

انتقال شرایط جوی به آزمایشگاه

ایجاد شرایط آزمایشگاهی مطابق با شرایط بیرونی برای اولین بار توسط شرکت اطلس و برای معرفی دستگاه­ های لامپ آرک زنون در سال 1916 بمنظور آزمایش محو شدن رنگ آغاز شد. با پیشرفت­های تکنولوژی در شبیه­سازی منابع نوری و مراقبت­های محیط زیستی، شرکت اطلس اولین روش آزمایش شتاب داده شده پوشش­ها را بوسیله دستگاه­هایWeather-Ometer و Xenotest و Sunset توسط لامپ آرک زنون و فیلتر­های نوری ارائه داد.

دستگاه غوطه­وری دیگری به نام fluorescent-condensatino بر اساس امواج UV-A340 و لامپ فلوروسنت فرابنفش بوجود آمد. قرار گرفتن در معرض نور معمولا طی یک دوره متراکم رطوبتی تاریک تغییر می­کند. این دستگاه ­ها از قبیل UVTest در توسعه و تحقیق پوشش­ها استفاده می­شوند. این روش در مورد نمونه­ های مقاوم در برابر نور فرابنفش و رطوبت نسبتا ارزان و بسیار کارامد است. از آنجایی که همبستگی با شرایط جوی بیرونی برای ویژگی­ های ظاهری مانند براقیت و پایداری رنگی می­تواند ضعیف باشد، لذا به عنوان یک دستگاه تطبیق دهنده شرایط جویبه حساب نمی­آید. این عدم همبستگی برای محیط­ های بیرونی به دلیل محدودیت طیف لامپ­ های فرابنفش و کنترل دمای محدود شده در مقایسه با دستگاه زنون است.

مطابقت طیفی با تابش تشعشات واقعی، همراه با کنترل دما و رطوبت، استاندارد­های لامپ آرک زنون برای ISO، DIN، ASTM و سایر استاندارد­های بین المللی و جزء اساسی تخمین زمان سرویس دهی پوشش­ها در مطالعات تحقیق و توسعه می­باشد. در حالی­که اولین دستگاه زنون برای شرایط جویتوسط شرکت اطلس معرفی شد، اما این نوآوری پس از سال 1979 و با معرفی دستگاه تابش اتوماتیک(بر اساس شدت نور)، نظارت و کنترل شد. این روش بخصوص برای پوشش­های صنایع خودروسازی و برای پوشش­های بیرونی سازگاری داشت.

کمیته­های استاندارد مانند ISO، ASTM، SAE و ... روش­های آزمون­ استاندارد را بر اساس بهترین دانش فنی موجود و تکنولوژی ابداع کردند. در همان وقت، متاسفانه فرآیند مدرن کردن و نوسازی استاندارد­ها خودبخود با روش­هایی که کمترین تکنولوژی و سازگاری بیش­تر با سیستم­های قدیمی­تر را داشت، مقایسه می­شد. این امر بویژه در سال 2000 در صنعت خودروسازی ایالت متحده آمریکا، به سر آمد