مقاومت جوی پوشش های خودرویی

در نگاه اول مقاومت جوی، به توانایی و مقاومت لایه های پوششی در برابر تمام اثرات نور خورشید ارجاع داده می شود. نور خورشید دارای مقادیر قابل توجهی پرتو UV است، که تقریبا ً از طول موج nm 290 شروع می شوند.

شفاف پوشه ها بطور طبیعی در برابر تمام محدوده طول موجی مرئی شفافهستند اما می توانند بخش هایی از نور UV خورشید را جذب کنند. انرژی که پرتو UV برخورد کننده دارد، تقریبا ً معادل انرژی است که برای شکستن پیوندهای مولکولی ترکیبات آلی مثل پلیمرها، لازم است. تخریب ناشی از پرتو UV در ماتریس فیلم شفاف پوشه بصورت مات شدگی، تخریب لایه فیلم، ترک خوردگی، شکنندگی و از دست دادن چسبدگی، نمایان می شود. شفاف پوشه ها نسبت به رو پوشه های رنگدانه دار به پرتو UV حساس تر هستند و این به خاطر این است که رنگدانه ها بخش UV نور ورودی را می توانند جذب کنند و در نتیجه مانع تأثیر گذاری آنها بر لایه های زیرین شوند. علاوه بر این، سطح مشترک ذرات رنگدانه و ماتریس رزینی مانع ازگسترش تنش های ناشی از پرتوهای UV می شود.

اما اثرات جو طبیعی بیشتر از اثرات پرتو UV است. عوامل دیگر مثل اکسیژن، رطوبت و نوسانات دمایی، ممکن است باعث آسیب لایه های پوششی شوند. عامل رطوبت فقط ناشی از باران نیست بلکه هوا همواره دارای درجاتی از رطوبت است. نور خورشید می تواندمای پوشش را تا حد زیادی افزایش دهد، برای مثال در برخی قسمت های سقف خودرو ممکن است دما به 70 درجه سانتی گراد هم برسد. علاوه بر دما حضور الکترولیت ها و رطوبت باعث تشدید شرایط تخریب می شود. چنین شرایطی در مناطقی که آلودگی های محیطی مثل باران اسیدی در مناطق صنعتی وجود دارد، بیشتر است.

تجزیه مولکولی در فیلم پوششی عمدتا ً واکنش های اکسیداسیونی هستند که از واکنش با رادیکال های آزاد اکسیژن و رادیکالهای هیدروکسیلی (ناشی از تجزیه آب) ایجاد می شوند. واکنش های اکسیداسیونی باعث تجزیه شبکه های مولکولی ماتریس فیلم شفاف پوشه می شوند. تجزیه و تشکیل محصولات اکسیداسیونی حاوی گروه های کربوکسیلی و کربونیلی باعث می شود که فیلم شکننده و ترد شود. در گذشته، این باور وجود داشت که پرتو UV، رادیکال های آزادی را تشکیل می دهد که محرک دوباره شبکه ای شدن بوده و باعث شکنندگی و تردی فیلم می شود. امروزه این یقین وجود دارد که شبکه ای شدن دوباره موجب افزایش انعطاف پذیری ترکیبات الاستیک می شود. بهترین مثال در این زمینه، پوشش های پخت شونده با پرتو UV است که علیرغم چگالی شبکه ای بالا، انعطاف پذیری آنها بسیار زیاد است. در مقابل محصولات تجزیه شده با جرم مولکولی پایین اصلا ً انعطاف پذیر نیستند. تجزیه مولکولی باعث ایجاد حفراتی درون ماتریس فیلم می شود و نهایتا ً این حفرات، تحت تأثیر نوسانات دمایی به آسیب های ماکروسکوپی (قابل دید) تبدیل می شوند. لایه شفاف پوشه هم ضخامت از دست می دهد و هم ممکن است دچار ترک خوردگی شود. ترک های زیاد باعث می شود که شبیه ظروف ترک دار بنظر بیایند. دلیل رفتار متفاوت لایه های شفاف پوشه هنگامی که در معرض شرایط جوی قرار می گیرند به این صورت است که ترکیب آروماتیکی در ماتریس فیلم پرتو UV را از طریق سیستم پیوندهای دوگانه جذب می کنند و در نتیجه بخش کمتری از لایه شفاف پوشه در برابر پرتو UV حفاظت می شود. جذب پرتو UV توسط پیوندهای دوگانه آروماتیکی باعث واکنش های تجزیه ای مثل جدا شدن لیگاندها از حلقه آروماتیکی می شود. تجزیه مولکولهایی که هیچگونه ساختار آروماتیکی ندارد در مقایسه با چنین مولکولهایی محتمل تر است. شبکه های مولکولی بدون ترکیبات آروماتیکی سریعتر تخریب می شوند و این امر حتی بعد از یک دوره کوتاه قرار گیری در معرض پرتو UV باعث مات شدن و کاهش ضخامت آنها می شود. با توجه به اینکه، شفاف پوشه ها دائما ً در معرض شستشو و پولیش هستند در نتیجه مات شدن و کاهش ضخامت تا حدی قابل قبول است. اگرچه شفاف پوشه هایی که ماتریس فیلم آنها حاوی ترکیبات آروماتیکی باشند، مقاومترند و تقریبا ً حفظ براقیت بهتری دارند اما ترک های که ممکن است بعد از در معرض قرار گیری طولانی مدت ایجاد شود، برای مصرف کننده قابل قبول نیست.

عوامل دیگری که کنترل کننده ترک های ایجاد شده هستند، سختی فیزیکی فیلم شفاف پوشه است. سختی فیلم می تواند متأثر از نوع ساختار رزینی باشد. برای مثال منومرهای رزین های آکریلیکی برا اساس دمای انتقال شیشه ای انتخاب می شوند که این دما با سختی رزین رابطه دارد. هرچه دمای انتقال شیشه ای بیشتر باشد، سختی فیلم نیز بیشتر بوده و احتمال ترک خوردگی هم بیشتر می شود. این لایه شفاف پوشه حاوی هیچگونه پایدار کننده نوری نیست و آزمون در دستگاه شرایط جوی شتابیده مجهز به لامپ های UV و فیلتر (برای جدا کردن بخش مشخصی از طول موج نور) انجام شده است. دمای انتقال گرما شیشه ای رزین های آکریلیکی برای ترکیب اولیه از دمای 15- درجه سانتیگرادشروع می شود و با افزایش دو نوع مختلف منومر (از 0 تا 40%) با رفتار مشابهی برای هر دو نوع منومرها (متیل متآکریلات و استایرن (ترکیب آروماتیکی)) افزایش می یابد. نتایج به وضوح نشان می دهد که هر دو منور به میزان یادی ترک خوردن را تسریع می کنند که البته این مقدار برای ترکیب آروماتیکی (استایرن) در یک زمان مشخص بیشتر است.

حتی در حین توسعه شفاف پوشه ها تلاش های بسیار برای کم کردن زمان ارزیابی مقاومت پوشش ها انجام می شد تا بتواند به نتایج کمی در کوتاهترین زمان ممکن برسند. در ابتدا نواحی خاصی که میزان پرتو UV و رطوبت بیشتری داشتند را به عنوان نواحی آزمون انتخاب کردند. تولید کنندگان پوشش ها و همچنین کارخانه های مونتاژ در این مناطق ایستگاه هایی درست کردند تا پانل های مورد آزمون خود را بر روی این ایستگاه ها و در معرض نور خورشید و رطوبت قرار بدهند. این مناطق شامل فلوریدا (در امریکا، هترین منطقه شناخته شده برای آزمون) آریزونا (در آمریکا، درصد پرتو UV بالا اما رطوبت پایین) اکیناوا (ژاپن)، آلونگا (شمال استرالیا) و مکانهای کم ارزش تر دیگری بود. برای تشدید تنش های نور خورشید و رطوبت، شرایط خاصی را برای قرار دادن نمونه ها در نظر گرفتند، به این صورت که پانل ها باید با زاویه 45 درجه و رو به جنوب قرار می گرفتند. متناوبا ً، آنها با قابی که داخلش با یک رو پوشه سیاه مات پوشیده شده بود، احاطه می شدندتا باعث افزایش دمای سطح پانل بشوند در واقع این قاب نقش یک جعبه گرم کننده را داشت.

تولید کنندگان خودرو معمولا ً مدت گارانتی مشخصی را برای مقاومت جوی شفاف پوشه ها تعیین می کنند. برای مثال، معمولترین آنها به مدت دو سال در محیط بیرون در منطقه فلوریدا قرار می گرفتند که فقط باعث اندکی کاهش در میزان براقیت و خواص مقاومتی آنها می شد. تولیدکنندگان خودرو با مقایسه شرایط، مدت زمان 10 سال را برای مناطق دیگر (شرایط معمول اروپا) گارانتی کرده و متوجه شدند که در این مدت زمان هیچگونه ترک خوردگی، از بین رفتن چسبندگی و یا خوردگیمشاهده نخواهد شد.

دو سال، مدت زیادی برای معرفی یک سیستم شفاف پوشه جدید به بازار است بعلاوه اینکه شرایط آب و هوایی مناطق آزمون (فلوریدا) ممکن است از سالی به سال دیگر متفاوت باشد، بر همین اساس در همان روزهای اولیه توسعه پوشش ها، آزمون های جو زدگی مصنوعی شتابیده با استفاده از لامپ های UV روی کار آمدند. اما از زمانی که این آزمون های شتابیده مورد استفاده قرار گرفت همواره این مساله وجود داشت که چگونه می توان این نتایج را با نتایج واقعی حاصل از منطقه فلوریدا مرتبط کرد. لامپ های UV مقادیر بیشتری نور با طول موج کوتاه ساطع می کنند و در بعضی موارد طول موج آنها بسیار کوتاه تر و پر انرژی تر از نور خورشید است. مقایسه ای از تابش های ساطع شده از لامپ های UV و نور خورشید را به عنوان تابعی از طول موج در شکل زیر آورده شده است. پرتوهای نورUV با طول موج کوتاه بشدت پرانرژی هستند و میتونند به طور متفاوتی در مقایسه با نور خورشید باعث واکنشهای تجزیه ای شوند. این به این معنی است که شرایط جوی بخوبی شبیه سازی نشده است. برای این منظور از فیلترها استفاده کردند تا محدوده مشخصی از نور UV به نمونه ها تابیده شود. در این حالت شبیه سازی نور خورشید اما به شدت های بالا تر بخوبی انجام می شود که آن را با مدت زمان ارتباط دادند. این دستگاه های آزمون های شتابیده با ابزاری تجهیز شدند که شرایط باران و نوسانات دمایی را شبیه سازی کنند. امروزه انواع مختلف دستگاه های آزمون شتابیده جوی وجود دارد که ممکن است نتایج آنها با هم فرق کند.

پس همواره باید همراه با ارائه نتایج نوع دستگاه استفاده شده نیز ذکر شود. تولید کنندگان ایستگاه های طبیعی یک ضریب همبستگی برای این آزمون های شتابیده با شرایط طبیعی فلوریدا (یا مناطق دیگر) تعریف کرده اند، اما از آنجایی که این ضریب بستگی به نوع شفاف پوشه مورد آزمون قرار دارد، این ضرایب صحت چندانی ندارد.