عمر پلاستیک‌ها در شهرهای مختلف ایران

مقدمه

    یکی از پارامترهای مورد بررسی در آزمون ودرینگ جهت تغیین عمر پلاستیک، شدت تابش نور UV است. شدت این نور باید با نور واقعی در فضای باز معادل‌سازی شود. در مقاله قبل به معرفی تست شرایط آب و هوایی تسریع‌یافته اشاره شد. میزان پرتوی فرابنفش در روی زمین به چند عامل از جمله ارتفاع از سطح دریا، عرض جغرافیایی، میزان انعکاس زمین، پوشش آسمان و  فصل یا ماه‌های سال بستگی دارد. انرژی تابشی سالانه خورشید بستگی به شرایط هواشناسی دارد و می‌تواند بر اساس مکان در معرض قرارگیری، کاملاً متفاوت باشد. همان‌طور که در شکل 1 مشاهده می‌شود و مقادیر آن روی شکل مشخص شده است، این انرژی در هر نقطه‌ای از جهان متفاوت است. انرژی تابش خورشید معمولاً در واحد (kLy (Kilolangley بیان می‌شود. تبدیل به واحدهای دیگر انرژی به‌صورت زیر امکان پذیر است:

شکل 1. میزان انرژی تابش خورشید در مناطق مختلف جهان بر حسب kLy/year

میزان انرژی خورشید در ایران

شکل 2. میزان انرژی خورشید در ایران، به تفکیک مناطق بر حسب kWh/m².year

    کشور ایران در میان مدارهای ۲۵ تا ۴۰ درجه عرض شمالی قرار گرفته است و در منطقه‌ای واقع شده که به لحاظ دریافت انرژی خورشیدی در میان نقاط جهان، در بالاترین رده‌ها قرار دارد. میزان تابش خورشیدی در ایران بین ۱۸۰۰ تا ۲۲۰۰ کیلووات ساعت بر مترمربع در سال (kLy 189-155) تخمین زده شده است که البته بالاتر از میزان میانگین جهانی است. در ایران به‌طور میانگین، سالیانه بیش از ۲۸۰ روز آفتابی گزارش شده است که بسیار قابل توجه است.

میزان انرژی خورشید/یووی در مناطق مختلف ایران

    همان‌طور که در مقدمه گفته شد، میزان UV در هرکدام از ماه‌های سال و نیز مکان‌های مختلف با یک‌دیگر فرق دارند. این موضوع در نمودارهای زیر مشخص است و نشان می‌دهد که مقادیر UV-A و UV-B در ماه‌های مختلف سال در مناطق مختلف ایران متفاوت است.

شکل 3. مقادیر UV-A به‌صورت میانگین ماهانه، طی یک دوره یک ساله در اهواز- سال 1387

شکل 4. میانگین شدت تابش UV-A بر حسب وات بر متر مریع در ماه‌های مختلف سال در بجنورد- سال 1392

شکل 5. میانگین شدت پرتوd فرابنفش نوع A بر حسب وات بر متر مربع در فصلهای مختلف در بجنورد- سال 1392

شکل 6 میانگین شدت پرتوهای UV-A در ماه‌های مختلف سال 1390 در شهر همدان

    همان‌طور که از نمودارها مشخص است، بالاترین مقدار یووی نوع A در فصل‌ها و ماه‌های گرم سال رخ می‌دهد. هم‌چنین در مناطق با آب و هوای معتدل و کوهستانی مانند بجنورد، میزان پرتوی فرابنفش نسبت به مناطق گرم و مرطوب مانند اهواز کمتر است. شکل 7 مقادیر متوسط تابش روزانه رسیده به سطح افقی زمین در ماه‌های مختلف سال در اصفهان بین سال‌های 84 تا 87 را نشان می‌دهد. طبق شکل، ماكزيمم مقدار تابش در ماه ژوئن و جولای و مقدار مينيمم متوسط روزانه در دسامبر مشاهده می‌شود.

شکل 7. مقادیر متوسط تابش روزانه رسیده به سطح افقی زمین در ماه‌های مختلف سال در اصفهان بین سال‌های 84 تا 87

    به‌طور خاص، میزان سالیانه شدت پرتوی فرابنفش در اصفهان با آب و هوای گرم و خشک، 10⁵×579 ژول بر مترمربع است. در شهر یزد، این مقدار به‌دلیل آب و هوای خشک‌تر نسبت به اصفهان، برابر با 10⁵×879.6 ژول بر مترمربع است.

چند ساعت قرارگرفتن قطعه پلیمری در دستگاه ودرینگ، معادل با یک سال قرار دادن آن در شرایط واقعی است؟

    همان‌طور که در مقاله قبل اشاره شد، در دستگاه تست شرایط جوی تسریع‌یافته برای تست کردن عمر پلاستیک‌ها از حیث دوام آنها در برابر نور UV، از لامپ‌های مختلف استفاده می‌شود. نکته جالب اینکه بهتر است برای آب و هوای گرم و مرطوب از لامپ زنون و برای مناطق بسیار گرم و خشک از لامپ‌های فلورسنت UV استفاده شود. هر کدام از این لامپ‌ها شدت تابش و طول موج مشخصی دارند. حال سؤال بزرگ این است که اگر از شدت تابش لامپ مشخصی با طول موج در محدوده UV استفاده شود، چه مدت زمان باید قطعه مورد نظر در دستگاه، تحت آن شرایط بماند تا شرایط واقعی فضای باز شبیه سازی شود؟

شکل 8- نمایی از قرار دادن نمونه‌ها در دستگاه تست UV و نمونه‌های قرار گرفته در فضای باز

    در تست‌هایی که از لامپ‌های زنون استفاده می‌شود، رایج‌ترین شدت تابش مورد استفاده 0.35 یا 0.55 وات بر متر مربع در 340 یا 420 نانومتر است. زمانی که تخریب فیزیکی مد نظر است، 340 نانومتر و زمانی که تخریب رنگ‌ها و پیگمنت‌ها مورد مطالعه است، 420 نانومتر به‌کار می‌رود. حال به‌عنوان مثال، برای شرایط اصفهان با شدت سالیانه تابش فرابنفش  10⁵×579 ژول بر مترمربع، یک لامپ زنون با شدت 0.35 وات بر متر مربع در طول موج 340 نانومتر استفاده می‌شود که برای معادل‌سازی آن با شرایط واقعی در طول یک سال، باید 459.52 ساعت (تقریباً 19 روز) در دستگاه باشد. هم‌چنین حدود 0.01 از انرژی تابش فرابنفش در طول موج 340 نانومتر یا محدوده UV-A قرار دارد. بر همین اساس، محاسبه مدت زمان تست به‌روش زیر است:

     به‌عنوان مثالی دیگر، برای شهر یزد با شدت سالیانه تابش فرابنفش 10⁵×879.6  ژول بر مترمربع، طبق محاسبات زیر باید 29 روز در دستگاه باشد تا شرایط آب و هوایی شهر یزد شبیه‌سازی شود.

     بعد از قرار گرفتن به‌مدت 19 و یا 29 روز در دستگاه ودرینگ، نمونه باید جهت بررسی تغییر در ویژگی‌ها از جمله تغییر رنگ یا تغییر در استحکام کششی و غیره، مورد ارزیابی قرار گیرد. این موضوع در نوشته بعدی بررسی می‌شود.

منابع

https://fa.wikipedia.org/wiki

http://gep.ui.ac.ir/article_18458.html

https://www.sid.ir/fa/journal/ViewPaper.aspx?id=101659

http://journal.nkums.ac.ir/browse.php?a_code=A-10-25-99&slc_lang=fa&sid=1

https://www.sid.ir/fa/journal/ViewPaper.aspx?id=206333

Bouzarjomehri, F. and V. Tsapaki, Measurement of solar ultraviolet radiation in Yazd, Iran. International Journal of Radiation Research, 2012. 10(3/4): p. 187.

.Crewdson, M., Outdoor weathering must verify accelerated testing. Q-Lab Weathering Research Service, 2008. 1005: p. 33034-172

.Tavakoli, M. and Z. Shahi, Solar ultraviolet radiation on the ground level of Isfahan. 20

http://www.intertek.com/uploadedFiles/Intertek/Divisions/Commercial_and_Electrical/Media/PDF/Performance_Testing/Intertek-Weathering-Methodology-WP.pdf

https://www.gabriel-chemie.com/downloads/folder/Gewaechshausfolien_en.pdf

http://www.strenometer.dk/Files/Downloads/Guidebook.pdf

گردآورنده: اسما نورمحمد