ما هو محتوى أسود الكربون؟
يجيب تحليل أسود الكربون على سؤالين منفصلين. الأول هو الكمية: يتم تحليل العينة حراريًا في جو خامل، ويتحلل البوليمر، ويتم وزن أسود الكربون المتبقي (ISO 6964). والثاني هو التشتت: يتم فحص المقاطع الرقيقة تحت المجهر وتصنيفها للتكتل (ISO 18553).
الغرض من محتوى أسود الكربون
والغرض من ذلك هو التحقق من الحماية من الأشعة فوق البنفسجية لمنتجات البولي أوليفين المستخدمة في الهواء الطلق. أسود الكربون هو المادة المضافة الأساسية التي تمكن أنابيب البولي إيثيلين من الاستمرار لعقود في الهواء الطلق، ولكنه يعمل فقط إذا كان موجودًا بكمية كافية وموزعًا بشكل جيد.
على أي منتجات يُطبَّق محتوى أسود الكربون؟
- - أنابيب البولي إيثيلين للمياه والغاز الطبيعي
- منتجات الأغشية الأرضية والتكسية الأرضية
- أجزاء البولي أوليفين المستخدمة في الهواء الطلق
- أغلفة الكابلات
- منتجات الأفلام الزراعية
في أي قطاعات يُستخدم محتوى أسود الكربون؟
المواصفات المتعلقة بـ محتوى أسود الكربون
- ISO 6964 (محتوى أسود الكربون في أنابيب ووصلات البولي أوليفين — الانحلال الحراري)
- ISO 18553 (تقييم الصباغ أو تشتت أسود الكربون في البولي أوليفينات)
- ASTM D1603 (محتوى أسود الكربون في البولي أوليفينات)
- EN 12201 / EN 1555 (أنابيب المياه والغاز PE — معايير المنتج)
شروط محتوى أسود الكربون
- طريقة الكمية
- الانحلال الحراري ووزن البقايا تحت غاز خامل
- طريقة التوزيع
- الفحص المجهري وتصنيف المقاطع الرقيقة
- عينة
- يتم أخذها من جدار الأنبوب في وضع يتوافق مع المعيار.
- قسم
- مقاطع رقيقة مأخوذة بالميكروتوم
جهاز محتوى أسود الكربون
- فرن الانحلال الحراري ونظام إمداد النيتروجين
- التوازن التحليلي والمجفف
- مشراح
- المجهر الضوئي ونظام تحليل الصور
- درجات المقارنة (قوالب ISO 18553)
متطلبات العينة لـ محتوى أسود الكربون
- ويجب أخذ العينة بحيث تمثل الدفعة أو عملية الإنتاج.
- يجب ذكر وصف العينة ونوع المادة واتجاه الإنتاج إن وجد.
- ويجب تقديم المعيار الذي سيتم تطبيقه وأي مواصفات خاصة بالعميل مع العينة.
- قد يكون الاختبار مدمرا؛ ويجب تأكيد العدد المطلوب من العينات مقدما.
- يجب حماية الأسطح التي سيتم اختبارها أثناء النقل.
مدة محتوى أسود الكربون
يتم الانتهاء من التحليل الحراري والوزن خلال يوم عمل واحد؛ يستغرق فحص التشتت وقتًا إضافيًا مع إعداد القسم.
إجراء محتوى أسود الكربون
- 1يتم أخذ العينة من جدار الأنبوب وفقاً للمعيار.
- 2بالنسبة للكمية، يتم وزن العينة ووضعها في فرن الانحلال الحراري.
- 3يسخن تحت غاز خامل حتى يتحلل البوليمر.
- 4يتم تبريد البقايا في مجفف ووزنها.
- 5يتم أخذ المقاطع الرقيقة باستخدام مشراح للتشتت.
- 6يتم فحص المقاطع تحت المجهر وتقييم أحجام التكتلات.
- 7يتم الإبلاغ عن نسبة الكمية ودرجة التشتت معًا.
معايير قبول محتوى أسود الكربون
يحدد معيار الطريقة كيفية إجراء الاختبار، وليس ما يجب أن تكون عليه النتيجة. ويأتي حد القبول من معيار المادة أو المنتج، أو مواصفات العميل، أو اللوائح ذات الصلة؛ وبالتالي فإن هذه الصفحة لا تعطي حدًا رقميًا.
تقييم النتائج
تتم مقارنة النتيجة بالمتطلبات الواردة في معيار المنتج (على سبيل المثال EN 12201) لمحتوى أسود الكربون ودرجة التشتت. يجب استيفاء كلا الشرطين: وجود كمية كافية ولكن أسود الكربون المشتت بشكل سيئ يخلق نقاط ضعف حول التكتلات.
تقرير محتوى أسود الكربون
- وصف العينة ومعلومات المادة/المنتج ورقم الدفعة إن وجدت
- طريقة تحضير العينة وشروط التكييف
- تطبق الشروط القياسية والاختبارية
- الأداة المستخدمة وحالة المعايرة
- نتائج القياس والوحدات
- عدم اليقين في القياس (إذا طلب ذلك)
- إقرار بأن النتيجة تنطبق فقط على العينة المقدمة للاختبار
الاعتماد
حصلت EUROLAB على اعتماد معترف به دوليًا تم الحصول عليه من هيئات الاعتماد الأطراف في ترتيبات الاعتراف المتعددة الأطراف IAF وILAC، بموجب ISO/IEC 17025 للاختبارات المعملية، وISO/IEC 17020 للتفتيش والمراقبة، وISO/IEC 17021-1 وISO/IEC 17065 لشهادة النظام والمنتجات. تضمن هذه السلسلة قبول التقارير والشهادات الصادرة في جميع أنحاء العالم.
تعتمد إمكانية تقديم هذا الاختبار ضمن النطاق المعتمد على منتجك والمعيار المطبق؛ وبما أن الاعتماد يعتمد على الطريقة، يتم تأكيد النطاق كتابيًا في مرحلة عرض الأسعار.
النطاق والتفويضاتاللوائح ذات الصلة
- يتم تطبيق المعايير المنسقة وفقًا لعائلة المنتجات
- الاتحاد الأوروبي 765/2008 (إطار مراقبة السوق والاعتماد)
- لوائح المنتج ذات الصلة ومواصفات العملاء
اختبارات البلاستيك — ما الذي يغطيه مجال الاختبار هذا؟
يصف القسم أدناه المجال الذي ينتمي إليه اختبار محتوى أسود الكربون؛ أما شروط ومعايير قبول هذا الاختبار تحديدًا فترد في الأقسام أعلاه. يتم تأكيد النطاق الخاص بمنتجكم كتابيًا في مرحلة العرض السعري.
تحدد اختبارات البلاستيك السلوك الميكانيكي والحراري وسلوك الاحتراق لمادة بوليمرية. على عكس المعادن، فإن البلاستيك لَزِج مرن: يعتمد سلوكه على سرعة التحميل ودرجة الحرارة والرطوبة. لذلك تعطي المادة نفسها نتائج مختلفة في ظروف مختلفة، وتُعد ظروف الاختبار جزءًا لا ينفصل عن النتيجة.
النتيجة العملية للُّزوجة المرنة هي كالتالي: يستمر الجزء البلاستيكي في التشوه بمرور الوقت تحت حمل ثابت (الزحف)، وينخفض الإجهاد الذي يتحمله عند تشوه ثابت بمرور الوقت (استرخاء الإجهاد). يرتخي وصل ملولب، ويفقد مشبك قوة شده، ويترهل رف بمرور الوقت. لا يُظهر اختبار الشد القصير المدى هذا السلوك؛ بل يلزم اختبار طويل المدى أو نموذج متسارع.
السلوك الحراري هو المحور الرئيسي الثاني. يشير معدل تدفق الانصهار إلى قابلية تشكيل المادة واتساق الدفعات؛ وتعطي درجة حرارة الانحراف الحراري ونقطة تليّن فيكات حدًا تقريبيًا لدرجة حرارة الخدمة. أما التحليل الحراري (DSC وTGA وDMA) فيكشف هوية المادة: درجة حرارة الانتقال الزجاجي، وسلوك الانصهار، والتبلور، ونسبة الحشو، ودرجة حرارة التحلل.
سلوك الاحتراق هو المحور الثالث ويرتبط مباشرة بمعايير المنتج. تُكتب فئة UL 94 ومؤشر الأكسجين الحدّي في نشرة بيانات المادة؛ ويُطلب صنف معين لغلاف جهاز كهربائي، بينما يُطبَّق نظام تصنيف مختلف على منتج إنشائي.
التقادم هو الجزء الأكثر تخطيًا في هذا المجال. تتحلل البلاستيك تحت تأثير الأشعة فوق البنفسجية والحرارة والرطوبة والأكسجين: يتغير اللون، ويتشقق السطح، وتنخفض مقاومة الصدم. بالنسبة لجزء مخصص للاستخدام الخارجي، فإن المهم ليس قيمه في اليوم الأول بل قيمه بعد التقادم. تعمل أجهزة القوس الزينوني والأشعة فوق البنفسجية الفلورية على تسريع هذا التحلل وإتاحة المقارنة.
تُكتب نتيجة هذه الفئة عادةً في نشرة بيانات المادة، وتشير معايير المنتج إلى تلك النشرة. لكن قد يكون هناك فرق بين قيمة النشرة وسلوك الجزء الفعلي: فالتوجه الناتج أثناء القولبة، وخطوط اللحام، والإجهادات الداخلية تجعل الجزء يتصرف بشكل مختلف عن العينة.
أضاف استخدام المحتوى المعاد تدويره سؤالًا جديدًا إلى هذا المجال. تتفاوت الراتنجات المعاد تدويرها من دفعة إلى أخرى؛ وقد تتغير الخصائص الميكانيكية واللون وسلوك الاحتراق بين الدفعات. لذلك فإن فحص المواد الواردة ليس خيارًا بل ضرورة للمصنّع الذي يستخدم مواد معاد تدويرها.
مجموعات الطرق في هذا المجال
ميكانيكي
الشد، والضغط، والانحناء، وصدمة تشاربي وإيزود، والصلادة (شور)، والزحف، والتشقق الإجهادي البيئي.
حراري
مؤشر تدفق الانصهار (MFI)، درجة حرارة الانحراف الحراري (HDT)، درجة حرارة تليّن فيكات، التمدد الحراري الخطي.
التحليل الحراري
درجات حرارة الانتقال والتبلور بواسطة DSC، والتركيب والتحلل بواسطة TGA، والسلوك الميكانيكي الديناميكي بواسطة DMA.
الاحتراق
تصنيف UL 94، مؤشر الأكسجين الحدّي (LOI)، اختبارات السلك المتوهج ولهب الإبرة.
شيخوخة
التقادم المتسارع بالقوس الزينوني والأشعة فوق البنفسجية الفلورية، التقادم بالهواء الساخن، الرطوبة والتكاثف.
فيزيائي
الكثافة، امتصاص الماء، محتوى الرماد، نفاذية الغاز وبخار الماء في الأغشية والصفائح.
أمور يشيع الخلط بينها في هذا المجال
- لا يمكن تفسير نتيجة اختبار بلاستيك دون تحديد سرعة الاختبار ودرجة حرارته؛ فالسلوك اللَّزِج المرن يعتمد على هذين المعلمين.
- لا تنتقل نتيجة العينة مباشرة إلى الجزء الفعلي؛ فالتوجه الناتج عن القولبة وخطوط اللحام عاملان حاسمان.
- قيم HDT وفيكات ليست درجات حرارة خدمة؛ بل هي إشارة تقريبية إلى حد أعلى ولا تسري تحت الحمل.
- تعتمد فئة UL 94 على السماكة؛ ويتطلب سُمك جدار مختلف إعادة التحقق.
- بالنسبة للبوليمرات الماصة للرطوبة (مثل البولي أميد)، تكون النتائج مضللة ما لم تُجرَ عملية تكييف.
- نتائج ASTM D638 وISO 527 ليست متكافئة بشكل مباشر؛ تختلف هندسة العينة وتعريفات المعدل.
ما القرارات التي تدعمها هذه النتائج
- اختيار المواد واعتماد الموردين
- تلبية متطلبات القابلية للاشتعال والمتطلبات الحرارية في معيار المنتج
- التحقق من استخدام المحتوى المعاد تدويره ومراقبة الدفعات
- التحكم في عملية القولبة واتساق الدفعات
- إثبات مقاومة التقادم للاستخدام الخارجي
الاختبارات ذات الصلة
الأسئلة الشائعة حول محتوى أسود الكربون
إذا كانت الكمية كافية، فهل لا تزال هناك حاجة لتقييم التشتت؟
نعم. أسود الكربون المتكتل يترك الحماية من الأشعة فوق البنفسجية غير متساوية ويخلق نقاط تركيز الضغط. ولذلك فإن معايير المنتج تتطلب كلا الأمرين معًا.
هل ينطبق على المنتجات الملونة أيضا؟
تحليل أسود الكربون مخصص للمنتجات السوداء. يتم توفير الحماية من الأشعة فوق البنفسجية في البولي أوليفينات الملونة بواسطة إضافات مختلفة ويتم تقييمها بطرق أخرى.