Nhựa HDPE có khả năng chống tia cực tím không? Carbon Black, HALS và tuổi thọ sử dụng ngoài trời thực sự

Hầu như mỗi tuần, nhà thầu hoặc người mua đều hỏi chúng tôi một số câu hỏi giống nhau: HDPE có chống tia cực tím không? Câu trả lời trung thực là nó phụ thuộc vào những gì đã được thêm vào nhựa trước khi ống rời khỏi nhà máy. Polyetylen mật độ cao rất cứng, trơ về mặt hóa học và rất dễ ổn định tại chỗ, nhưng ở trạng thái thô, nó không được chế tạo để sống dưới ánh sáng mặt trời trực tiếp.

Tuy nhiên, hãy cung cấp cho nó gói chất ổn định phù hợp và HDPE có thể xử lý nhiều năm phơi nắng mà không có nhiều phàn nàn. Đó là lý do tại sao ống HDPE màu đen, ổn định bằng carbon-đen lại là một hình ảnh quen thuộc trong hệ thống thoát nước, công trình biển, bãi rác, nuôi cá và tưới tiêu nông nghiệp.

Dưới đây chúng ta sẽ tìm hiểu tác dụng thực sự của ánh sáng mặt trời đối với polyetylen, chất phụ gia nào có tác dụng bảo vệ, cách kiểm tra khả năng bảo vệ đó và những điều cần kiểm tra trước khi mua.

Ánh sáng mặt trời thực sự có tác dụng gì với Polyethylene

Bức xạ tia cực tím trong khoảng từ 290 đến 400 nm mang nhiều năng lượng hơn khung carbon-carbon của chuỗi polyetylen có thể hấp thụ mà không bị hư hại. Khi một photon được hấp thụ khi có mặt oxy, một phản ứng dây chuyền gốc tự do sẽ bắt đầu: hydroperoxide hình thành, các chuỗi polymer tách ra và bề mặt vừa bị oxy hóa vừa liên kết chéo.

Các triệu chứng có thể nhìn thấy và đo lường được có xu hướng xuất hiện theo thứ tự sau:

• Một bông hoa phấn xỉn màu ở phía đón nắng
• Sự thay đổi màu sắc và mất độ bóng
• Đường chân tóc chỉ hiện rõ dưới kính lúp
• Độ giãn dài khi đứt giảm mạnh, sau đó là vết nứt giòn

Độ giãn dài là con số thực sự quan trọng. HDPE tươi bị giãn vài trăm phần trăm trước khi hư hỏng, trong khi lớp bề mặt bị phong hóa có thể bị hư hỏng ở một phần nhỏ trong số đó. Đây là lý do tại sao một đường ống trông "hơi phấn" có thể bị tách ra khi nó bị uốn cong hoặc khi vật liệu lấp lại lắng xuống trên đó.

Sự xuống cấp bắt đầu như một hiện tượng bề mặt, thường giới hạn ở bên ngoài vài chục micromet. Nhưng các vết nứt bề mặt hoạt động như bộ tập trung ứng suất, do đó, một lớp bị hư hỏng nông có thể gây ra hiện tượng nứt giòn toàn bộ tường khi chịu tải, đặc biệt là trong thời tiết lạnh. Ở vùng khí hậu nóng, có tia cực tím cao, các bộ phận mỏng không ổn định có thể đạt đến điểm đó sau một đến ba năm.

Than đen: Đặc tính của HDPE ổn định tia cực tím

Muội than là chất ổn định tia cực tím được sử dụng rộng rãi nhất và được chứng minh tốt nhất cho polyetylen. Với tải trọng khoảng 2 đến 2,5% trọng lượng, với các hạt sơ cấp trong phạm vi 15 đến 25 nm và độ phân tán tốt, nó hấp thụ và phân tán tia cực tím trước khi bức xạ tới polyme, đồng thời nó cũng hoạt động như một bẫy triệt để làm chậm quá trình oxy hóa.

Sự phân tán là nơi hợp chất rẻ tiền thua cuộc. Một loại nhựa mang 2,5% cacbon đen trong các chất kết tụ nhìn thấy được hoạt động kém hơn so với hợp chất 2% phân tán tốt, bởi vì các chất kết tụ để lại các cửa sổ không được bảo vệ và bản thân chúng có thể trở thành điểm bắt đầu vết nứt. Khi xác định hợp chất màu đen, chúng tôi xem xét độ phân tán dưới kính hiển vi, không chỉ ở tỷ lệ phần trăm được in trên bảng dữ liệu.

Xuyên màu, không phải lớp phủ

Bề mặt được sơn hoặc lớp da đen mỏng là lớp hoàn thiện chứ không phải lớp bảo vệ. Nhựa HDPE ổn định tia cực tím chính hãng được nhuộm màu xuyên qua tường nên một vết xước, vết cắt hoặc phần bị cạo vẫn làm lộ ra vật liệu ổn định. Đó là vấn đề quan trọng tại chỗ, nơi đường ống được kéo, xếp chồng lên nhau và xử lý nhiều hơn bất kỳ kế hoạch nào.

Cần phải biết một sự đánh đổi: ống đen chạy dưới ánh nắng trực tiếp nóng hơn ống tự nhiên, do đó, việc chạy dài trên mặt đất cần thêm một chút phụ cấp để giãn nở nhiệt và khoảng cách hỗ trợ.

Chất hấp thụ HALS và tia cực tím: Dàn diễn viên hỗ trợ

Chất ổn định ánh sáng amin bị cản trở không chặn tia cực tím. Chúng hoạt động về mặt hóa học, làm gián đoạn phản ứng dây chuyền gốc tự do mà tia cực tím bắt đầu và chúng hoạt động ở mức tải thấp, thường là 0,1 đến 0,5%. Trong các phần mỏng như thành ống lượn sóng hoặc lớp lót, chất hấp thụ tia cực tím như benzotriazole cũng thường được thêm vào để giảm mức độ xuyên thấu của bức xạ.

Hiệu suất của HALS phụ thuộc vào hóa học xung quanh. Dư lượng axit, một số hợp chất lưu huỳnh và một số chất độn nhất định có thể kết dính chất phụ gia và rút ngắn thời gian sử dụng hữu ích của nó, đó là lý do tại sao gói chất ổn định được bào chế cho một ứng dụng thay vì được dùng như một sản phẩm chung. Ống nước uống bổ sung thêm một hạn chế khác: mọi chất phụ gia phải được phê duyệt để tiếp xúc với nước uống được, vì vậy bao bì thường bảo thủ hơn loại công nghiệp.

Tùy chọn bảo vệ được so sánh

Khả năng chống tia cực tím thực sự được đo như thế nào

Thời tiết tăng tốc là cách ngành công nghiệp so sánh các công thức trước khi bất cứ thứ gì đi vào lòng đất. Các phương pháp phổ biến là:

• ASTM G154 và ASTM D4329, sử dụng đèn huỳnh quang UVA-340
• ASTM D2565, tiếp xúc với hồ quang xenon
• ISO 4892-2 (hồ quang xenon) và ISO 4892-3 (UV huỳnh quang)
• Các chương trình tuần hoàn bổ sung các bước độ ẩm hoặc ngưng tụ, gần hơn với các chu trình khô và ướt thực sự

Đọc báo cáo quan trọng hơn số giờ được trích dẫn. Hãy tìm kiếm khả năng duy trì đặc tính thay vì chỉ thay đổi màu sắc: độ bền kéo, độ giãn dài khi đứt và độ bền va đập trước và sau khi tiếp xúc, cộng với chỉ số carbonyl từ FTIR nếu phòng thí nghiệm cung cấp. Một mẫu duy trì được 50% độ giãn dài ban đầu sau 3.000 giờ tiếp xúc với tia UVA là một sản phẩm rất khác với sản phẩm giữ lại 10%.

Một lưu ý: không có thử nghiệm tăng tốc nào chuyển đổi rõ ràng thành "số năm hoạt động trên thực địa". Mối tương quan phụ thuộc vào khí hậu, góc lắp đặt, vật liệu nền và nhiệt độ bề mặt. Hãy coi giờ như một công cụ xếp hạng giữa các công thức chứ không phải như một sự đảm bảo. Nếu bạn muốn khuôn khổ rộng hơn bao gồm các tiêu chuẩn kiểm tra này, hướng dẫn tiêu chuẩn ống polyethylene đi qua nó từng bước một.

Chôn cất, che chở hoặc phơi bày hoàn toàn: Vị trí thay đổi mọi thứ

HDPE chôn vùi không bao giờ nhìn thấy tia cực tím, đó là lý do tại sao đường nước ngầm và cống rãnh được thiết kế thường xuyên trong 50 năm trở lên mà không hề chịu ảnh hưởng của thời tiết. Khoảnh khắc một đường ống rời khỏi rãnh, bức tranh thay đổi.

Giữa hai thái cực đó là những trường hợp khó xử mà chúng ta thường thấy nhất: ống thông hơi, hệ thống thoát nước trên mặt đất chạy trên cầu và giá đỡ công nghiệp, đường ống thoát nước ở bờ biển, đường ống tạm thời để lại trong sân trong một mùa và đường ống được cất giữ trong nhiều tháng trước khi lắp đặt. Mỗi trong số này cần một sản phẩm thực sự ổn định, không phải là một giả định.

Vấn đề khí hậu cũng vậy. Một đường ống màu đen ở vị trí nóng, cao với bức xạ trực tiếp cường độ cao và nhiệt độ bề mặt cao sẽ già đi nhanh hơn so với đường ống tương tự dưới bầu trời Bắc Âu, ngay cả khi có gói ổn định giống hệt nhau.

Những điều cần kiểm tra trước khi chỉ định nhựa HDPE chống tia cực tím

1. Hỏi xem đường ống được ổn định như thế nào chứ không chỉ đơn giản là nó có "chống tia cực tím" hay không. Nhà cung cấp không thể đặt tên cho hệ thống đang đoán.
2. Yêu cầu hàm lượng muội than và báo cáo về độ phân tán, không chỉ phần trăm.
3. Yêu cầu dữ liệu thời tiết với các giá trị lưu giữ về độ giãn dài và tác động.
4. Xác nhận chứng nhận nước uống được nếu đường dây mang nước uống.
5. Kiểm tra xem màu có chạy xuyên qua tường không, không chỉ trên tường.
6. Đảm bảo các phụ kiện, van và miếng đệm được xếp hạng cho cùng mức độ tiếp xúc với đường ống.

Xử lý các chi tiết bảo vệ bề mặt

• Bảo quản các cuộn và cuộn dưới bóng râm nếu có thể, đồng thời xoay kho để không có gì nằm dưới ánh nắng mặt trời cả mùa trước khi lắp đặt.
• Tránh các vết khoét sâu trong quá trình xử lý; một vết xước gần 10% độ dày của tường thường được cắt bỏ thay vì bỏ qua.
• Hỗ trợ trên mặt đất chạy đúng cách và cho phép mở rộng, do đó đường ống không bị giữ dưới áp lực uốn liên tục.
• Xem các phụ kiện. Các bộ phận được gia công hoặc đúc có thể mang theo gói chất ổn định nhẹ hơn đường ống mà chúng nối vào.
• Bỏ qua các loại sơn gốc dung môi và các lớp phủ không tương thích, chúng có thể tấn công bề mặt hơn là bảo vệ nó.

Những câu hỏi chúng tôi nghe thường xuyên nhất

HDPE tự nhiên hoặc trắng có thể được sử dụng ngoài trời?

Nhựa tự nhiên được dùng để chôn cất hoặc phục vụ trong nhà. Màu sáng có thể được ổn định, nhưng chúng thường sàng lọc tia cực tím kém hiệu quả hơn so với hợp chất đen phân tán tốt, vì vậy chúng cần gói phụ gia mạnh hơn và thông số kỹ thuật cẩn thận hơn.

Lớp bảo vệ có bị hao mòn theo thời gian không?

Gói phụ gia được tiêu thụ rất chậm và bề mặt bên ngoài được hy sinh theo thiết kế. Lớp màng phấn nhẹ sau nhiều năm tiếp xúc là điều bình thường. Các vết nứt sâu và có thể nhìn thấy được sau hai hoặc ba mùa hè thì không; chúng thường có nghĩa là gói hàng không được xác định phù hợp với khí hậu.

Chúng tôi đã ép đùn ống tại Suban từ năm 2003, trên các hệ thống nước nóng và lạnh PPR, ống dẫn và thoát nước PVC, hệ thống sưởi dưới sàn PE-RT và hệ thống thoát nước và tôn, và câu hỏi về tia UV xuất hiện trong hầu hết các dự án ngoài trời mà chúng tôi báo giá. Nếu bạn đang cân nhắc việc xây dựng hệ thống thoát nước trên mặt đất, cửa xả ven bờ hoặc đường thủy lợi, hãy cho chúng tôi biết mức độ tiếp xúc, khí hậu và thời hạn sử dụng mà bạn cần, và nhóm của chúng tôi sẽ giúp bạn phù hợp với đặc điểm kỹ thuật thay vì bán quá mức.