Күн сәулесінің силикон материалдарының құрылымына әсерін түсіну

Кремний молекулаларының қаншалықты тұрақты екендігін сөйлегенде, ғалымдар шынында да оларды фотооксидтену сынағы деп аталатын кезеңде күн сәулесіне ұзақ уақыт бойы ұшыратады. Springer-дің 2023 жылғы полимерлік химия бойынша кейбір соңғы зерттеулеріне сәйкес, УК сәулелері материалдағы кремний мен оттегі атомдары арасындағы маңызды көлденең байланыстарды үзуге бейім. Бұл материалдың беріктігін соңында нашарлататын еркін радикалдар деп аталатын кішкентай тұрақсыз бөлшектерді пайда етеді. Кремнийді кәдімгі резеден ерекшелейтін нәрсе — оның негізгі құрылымы. Органикалық заттарға қарамастан, ол бейорганикалық материалдардан тұратындықтан, күн сәулесіне ұшыраған кезде толығымен ыдырамайды. Алайда, молекулалық тізбектері үзілетін беткі деңгейде әлі де бірнәрсе болып тұрады. Сондықтан да кремнийден жасалған сыртқы спорт құралдары айлар бойы сыртта болғаннан кейін жалпы пішінін әлі де жақсы сақтап, бірақ уақыт өте келе бетінде шірінген саңылаулар пайда бола бастайды.

Жиі кездесетін бұзылу белгілері: Түсінің өзгеруі, трещинкалар және серпімділіктің жоғалуы

Кремнийорганикалық спорттау өнімдеріндегі УК-зақымданудың үш айқын белгісі:

• Сарғаю/лақшыл түске ие болу : Бетінің тотығуы жарықтың сынуын өзгертеді, 500+ күн сәулесі әсер еткеннен кейінгі жағдайлардың 78%-ында түс өзгереді
• Шетінің трещинага толуы : Кернеу концентрациясының нүктелері алдымен істен шығады, серпімділік жоғары иілу аймағында (мысалы, сағат имандығының қосатын бөлігі) 85% төмендейді
• Қаттылау : Пластификатордың жойылуы берік сезім туғызады, теңіздік жүгіру үшін арналған ұстағыштарда соққыны жұту қабілеті 40% төмендейді

Зерттеу мысалы: Жоғары УК-климаттағы кремнийорганикалық білезіктердің жұмыс істеуі

Аризонадағы 1 200 спорттық білезіктер бойынша жүргізілген 12 айлық бақылау (жылына 150 күн 11 немесе одан жоғары УК индексі) маңызды шектерді көрсетті:

Ультракүлгін сәулелерге төзімділік қоспаларынсыз ашық аспан астында 6 айдан астам пайдаланылған өнімдер тиімділігінің толық қалпына келмейтін төмендеуі байқалды, бұл спорт санатындағы силикондар үшін жетілдірілген құрамның қажеттілігін дәлелдейді.

Силиконның ультракүлгін және старениеға төзімділігінің артқы ғылыми негізі

Силиконды ультракүлгін зияннан және старениедан қандай қорғайды? Оның ерекше химиялық құрылымына назар аударыңыз. Кремний мен оттек атомдарының алма кезек орналасуы ультракүлгін сәулелерді жұтпай, шынымен шағылдыратын өте тұрақты негізгі құрылым жасайды. Меніңше, бұл өте қызық. Өткен жылы жарияланған полимерлердің беріктігіне арналған зерттеулерге сәйкес, жоғары сапалы силикон тікелей күн сәулесінде 18 ай бойы болғаннан кейін өзінің бастапқы беріктігінің шамамен 91%-ын сақтап қалады. Осыған ұқсас жағдайларда шамамен екі есе көп беріктігін жоғалтатын табиғи каучукпен салыстырғанда бұл өте тамаша көрсеткіш.

Ұзақ ультракүлгін әсеріне ұшыраған силикон полимерлерінің молекулалық тұрақтылығы

Кремний полимерлері кәдімгі каучук материалдардағы көміртегі-көміртегі байланыстарымен салыстырғанда үзу үшін шамамен 25 пайызға артық энергия талап ететін Si-O байланыстарына ие. Бұл барлық айырмашылықты береді, өйткені ультракүлгін сәулелерге ұшыраған кезде материалдардың ыдырауы кезінде жиі болатын тізбектің үзілуін тоқтатады. Сонымен қатар, кремнийорганикалық қосылыстар желілерге кроссылданған кезде, олар түзілетін еркін радикалдарға қарсы шыдамды болады. Бұл практикада не дегенді білдіреді? Осы материалдар температураның -40 градус Фаренгейттен (шамамен -40 градус Цельсий) 400 градус Фаренгейтке дейінгі (шамамен 204 градус Цельсий) ыстыққа дейінгі кең диапазонында да серпімді қалпын сақтайды. Дәл осындай жылуға төзімділік кремнийорганикалық қосылыстардың басқа материалдар толықтай істен шығатын экстремалды жағдайларда неге жақсы жұмыс істейтінін түсіндіреді.

Қоспалар мен толтырғыштардың УК және старениеға төзімділікті арттырудағы рөлі

Өндірушілер диоксид титан (TiO₂) және церий оксидінің (CeO₂) наноүгінділерін силиконды композиттерге қосқанда, ультракүлгін сәулелерді шағылдыру қасиеттері біршама жақсаяды. Бақыланатын жағдайларда жүргізілген сынақтар концентрация шамамен 2% деңгейіне жеткенде УК-В сәулелерінің өтуі едәуір төмендейтінін, яғни тек 13% ғана өтетінін көрсетеді. Қызықтысы, бұл жақсартылған қорғаныс материалдың созылып, қалпына келу қабілетіне әсер етпейді. Төзімділікті одан әрі арттыру үшін кейбір компаниялар осы қоспаларды баяулатылған аминді жарық стабилизаторлары (HALS) деп аталатын заттармен араластырады. Бұл қоспалар беткі қабатта зиянды тотықтырғыштарды бейтараптауға бағытталған. Мұндай өңдеуден өткен өнімдер таулы аймақтар мен шөлдер сияқты қатаң жағдайларға ұшыраған кезде әдетте қызмет ету мерзімі қысқарып, қолданылу мерзімі ұзақ болады. Жергілікті деректер мұндай өңдеу қиын жағдайларда өнімнің қызмет ету мерзімін үштен бес жылға дейін ұзартуы мүмкін екенін көрсетеді.

Силикондық спорт өнімдері үшін қартаюға қарсы құралдардың жетілдірілуі

Жетекші өндірушілер әзірге УК сәулесінің әсерінен белсендірілетін микрокапсулаға алынған емдеуіш заттармен өздігінен емдейтін силикондарды интеграциялауда. 2024 жылғы жергілікті сынақ силикон сақиналарда тропиктік күн сәулесіне ұшыраған кезде трещинаның таралуын 72% азайтатынын көрсетті. Графенмен күшейтілген гибридті силикондар да пайда болуда, жыпылықтау мен тактильді сезімді нашарлатпай-ақ 99,7% УК сәулесінен қорғайды.

Шынайы спорттық пайдалануда силиконның ұзақ мерзімділігі мен атмосфералық жағдайларға төзімділігі

Жергілікті сынақ нәтижелері: Ашық аспан астындағы спорт орындарында ұзақ уақыт пайдалану нәтижесі

Әртүрлі ауа-райы жағдайларында силиконды спорт құралдарын сынау оның ерекше төзімділігін көрсетті. Мысалы, ыстық күн сәулесінің астында екі мыңнан аса сағат қалдырылған жүгіру аяқ киімдері өздерінің бастапқы икемділігінің шамамен үш төрттен бірін сақтап қалды, ал басқа материалдар әлдеқайда ертерек жарылып шықты. Себебі не? Силикон көптеген УК-сәулелеріне төтеп беретін, полимерлік құрылымы өте тұрақты, сонымен қатар шөлдерде немесе тропиктік аймақтарда температура өте жоғары болған кезде де ыдырамайтын материал.

Силикон мен басқа эластомерлердің ультракүлгін сәулелерге қарсы төзімділігін салыстырмалы талдау

Зерттеулер көрсеткеніндей, силикондың ультракүлгін сәулеге төзімділігі қалыпты резеңке материалдарына қарағанда едәуір жақсы, ал қатты жағдайларда старение (қартаю) процесіне қарсы тұру қабілеті шамамен 40% жақсарған. Силикон термопластикалық эластомерлерге қарағанда шамамен үш есе ұзақ уақыт өз пішінін және беріктігін сақтайды. Соңғы материалдар тұрақтылығы туралы есептің нақты деректерін қарастырған кезде зерттеушілер силиконнан жасалған білезіктердің стандартты резеңкеден жасалғандармен салыстырғанда қызықты нәтижелері бар екенін байқады. Шамамен жарты жылдан астам уақыт бойы сыртта тұрғаннан кейін силиконды білезіктер өздерінің бастапқы беріктігінің 90%-ын сақтап қалса, ал резеңке аналогтары өздерінің беріктігінің 60%-ын жоғалтты. Озон деңгейі жоғары болатын жерлерде айырмашылық одан да белгілі болады. Қалыпты серпімді материалдар мұндай жағдайларға ұшыраған кезде уақыт өте келе шірінуге бейім, бірақ силикон тотығуға табиғи түрде төзімді болғандықтан осы проблемадан зардап шекпейді.

Қате түсініктерді болдырмау: Силикондық спорт заттарының қызмет ету мерзімі туралы тұжырымдар мен нақты қызмет ету мерзімі

Өндірушілер бұл өнімдердің ондаған жылдар бойы қызмет ететінін айтуды ұнатады, бірақ спортшылар оларды шынымен пайдалана бастаған кезде жағдай тез күрделенеді. Тозу үнемі болып отырады, сондай-ақ температураның үздіксіз өзгеруі де үлкен әсер етеді. Колледж спорттарында болып жатқан жағдайлар қызықты нәрсе көрсетеді. Күн сәулесінен қорғау қасиеті сақталса да, көбінесе физикалық жүктемелерге байланысты силикондық сумен қамтамасыз ету қаптамаларын тек 3-5 маусымнан кейін ғана ауыстыру қажет, ал ауа райы жағдайларына соншалықты байланысты емес. Оларды әр аптасына бір рет тазалау және отын немесе май сияқты заттардан алыстата ұстау нақты айтарлықтай айырмашылық жасайды. Теңіз спорт құралдарымен жүргізілген кейбір сынақтар дұрыс күтім жасау олардың қызмет ету мерзімін қалыптыдан шамамен ширекке ұзақтауы мүмкін екенін көрсетеді.

Жоғары сапалы УК-ға төзімді силикондық спорт өнімдерін таңдау: Практикалық нұсқау

Силикон материалдарындағы УК-ға төзімділікті бағалаудың негізгі критерийлері

Табиғаттағы саяхаттар үшін арналған силиконды спорт құрал-жабдықтарды қарастыратын әркім үшін материалдардың нақты қандай УК қорғанысы барын тексеру тиімді болады. Сапалы өнімдерге зиянды УК-B сәулелерінің жартысына жуығын өткізбейтін бензотриазолдар немесе көміртегі қара секілді қоспалар енгізіледі. UL Solutions компаниясының 2023 жылғы зерттеуі бойынша, осындай қоспалар олардың шамамен 98%-ын бөгейтіні көрсетілген. ASTM G154 стандартына сәйкес үдеулі әсер ету сынақтарының сертификаты бар өнімдерді іздеу қажет. Орташа нүктесі ретінде түзу күн сәулесінде оңтүстік Еуропа аймақтарында екі жыл бойы тұрған жабдыққа тең, УК сәулесінде 500 сағаттан астам төзген өнімдерді алуға болады. Мүмкін болған жағдайда, өндірушілер материал деректерінің парақтарын да ұсынуы тиіс. Бұл құжаттарда материалдар көптеген УК-жасару сынақтарынан кейін де созылу беріктігі 85% астам деңгейде сақталатыны айқын көрсетілуі керек.

Индустриялық үрдістер: Тұрақты, күн сәулесіне төзімді силикон заттарға деген сұраныстың өсуі

Grand View Research-тің соңғы есебіне сәйкес, ультракүлгін сәулелерден зақымданбауға төзімді спорт материалдары нарығы 2021 жылдан бері шамамен 40% өсіп, елеулі өсімге жетті. Бұл өсу спортшылардың жыл бойы ашық аспан астында ұзақ уақыт болуы мен қатаң климаттық жағдайларға ұшырауымен байланысты. Көптеген жоғары нәтижелі спортшылар күшті күн сәулесіне ұшырағаннан кейін де пішінін және икемділігін сақтайтын силикон негізіндегі өнімдерге көшіп жатыр. Осындай материалдар квадрат метрге 1000 МДж ультракүлгін сәуле түскеннен кейін бастапқы созылғыштығының 90%-дан астамын сақтайды, бұл қазір NCAA-ның спорт құрал-жабдықтарына қоятын ресми талаптарының бір бөлігі. Осы талаптарға сай келу үшін ірі өндірушілер өздерінің құрамына өте ұсақ кремний бөлшектерін қосуды бастады. Өткен жылғы Sports Engineering Journal журналында атап айтылғандай, бұл инновация олардың өнімдерінің ескі нұсқаларымен салыстырғанда үш есе баяу теріскеуін қамтамасыз етеді.

Ашық аспан астындағы спорт саласындағы өндірушілер мен сатып алушылар үшін ең жақсы тәжірибелер

1. Өндірушілер үшін : Экваторлық УК деңгейін модельдеу үшін кварталдық материалдарды тексеруді xenon-arc тест камераларын қолданып жүзеге асырыңыз
2. Сатып алушылар үшін : Өнімдердің УК ыдырауына қатысты кепілдік шарттарын салыстырыңыз — басым нұсқалар түстің 5 жыл бойы сақталуын кепілдендіреді
3. Ортақ протокол : Тұрақты УК қарсылығы туралы мәлімдемелер үшін ISO 4892-2 климаттық стандартын қабылдаңыз

2023 жылғы ASQ сауалнамасы УК-ға төзімді жабдық таңдаған кезде сатып алушылардың 70%-ы бастапқы бағадан гөрі жалпы өмірлік құнын пайдалануға үнемі назар аударатынын көрсетті. Аризона үшін сынақтан өткен силикондар Скандинавия үлгісіндегі өнімдерден өзгеше стабилизаторларды талап етеді — аймаққа байланысты формула әзірлеу үшін полимер химиктерімен бірлесіп жұмыс істей отырыңыз. Кеңес: тең УК әсерін қамтамасыз ету үшін жабдық сақтау орындарын кварталына бір рет ауыстырып тұрыңыз.

Жиі қойылатын сұрақтар

Силикондық спорт өнімдеріндегі УК зақымданудың белгілері қандай?

Силикондық спорт өнімдеріндегі ультракүлгін сәулелердің әсері көбінесе сарғаю немесе лақсару, шеттерінің жарылуы және қатайып кету түрінде көрінеді.

Жоғары УК жағдайларында силикондық спорт өнімдерінің қызмет ету мерзімін қалай арттыруға болады?

Титан диоксиді мен церий оксиді наночастицалары сияқты УК-ті тұрақтандыратын қоспаларды қолдану жоғары УК жағдайларында өнімнің қызмет ету мерзімін ұзарту үшін УК-ке төзімділікті арттырады.

Өндірушілер силикондық өнімдерінің УК-ге төзімділігін қамтамасыз ету үшін қандай шаралар қабылдауы керек?

Өндірушілер бензотриазолдар немесе көміртегі қара сияқты қоспаларды қосу, материалдарды аудитқа түсіру және ISO 4892-2 климаттық стандартына сай болу арқылы УК-ге төзімділікті жақсартуы мүмкін.