تماس نیتروژن مایع با کف پوش ونیر باعث ایجاد ترک‌های سطحی و تغییر شکل موقت به دلیل شوک حرارتی و انقباض ناهمسان پلیمر می‌شود.سپهر گاز کاویان تولید کننده و تامین کننده گازهای خالص وترکیبی دارای گواهینامه ISO17025 و آزمایشگاه مرجع اداره استاندارد ایران می باشد.جهت خرید گازهای خالص و ترکیبی تماس بگیرید.02146837072 – 09033158778
نیتروژن مایع (Liquid Nitrogen – LN₂) یک مایع بسیار سرد است که در دمای حدود −۱۹۶ درجه سلسیوس نگهداری می‌شود. این ماده در آزمایشگاه‌های شیمی و فیزیک کاربرد گسترده‌ای دارد و به دلیل دمای بسیار پایین، رفتارهای فیزیکی و شیمیایی خاصی از خود نشان میدهد. کف پوش‌های آزمایشگاهی، به ویژه نوع ونیر (Vinyl)، از پلیمرهایی ساخته شده‌اند که ممکن است در تماس با مواد فوق سرد دچار تغییرات شوند. مشاهده واکنش بین نیتروژن مایع و کف پوش ونیر، در بسیاری از آزمایشگاه‌ها گزارش شده است و می‌تواند شامل ترک خوردگی، تغییر رنگ، تولید صدا یا تغییر شکل باشد.
ویژگی‌های نیتروژن مایع
نیتروژن مایع به دلیل ویژگی‌های زیر با مواد دیگر واکنش فیزیکی نشان میدهد:
دمای بسیار پایین: دمای نیتروژن مایع حدود −۱۹۶ درجه سانتی‌گراد است که باعث انقباض شدید و سریع مواد جامد می‌شود.
تفاوت شدید ضریب انبساط حرارتی: هر ماده جامد دارای ضریب انبساط حرارتی مشخص است. تماس ناگهانی کف پوش ونیر با نیتروژن مایع باعث ایجاد تنش حرارتی شدید و ترک‌های سطحی می‌شود.
ایجاد اثر Leidenfrost: وقتی نیتروژن مایع روی یک سطح گرم‌تر ریخته می‌شود، بخار نیتروژن یک لایه نازک بین سطح و مایع ایجاد می‌کند که باعث لغزش سریع مایع می‌شود و در برخی موارد می‌تواند باعث ترک یا فرورفتگی سطح شود.
ساختار و ویژگی‌های کف پوش ونیر
کف پوش ونیر عمدتاً از پلی وینیل کلراید (PVC) یا ترکیبات مشابه ساخته می‌شود. این مواد دارای ویژگی‌های زیر هستند که واکنش با نیتروژن مایع را توضیح می‌دهند:
پلیمر نرم و انعطاف‌پذیر: PVC انعطاف‌پذیری قابل توجهی دارد اما در دماهای بسیار پایین شکننده می‌شود.
ترکیب با پلاستیک‌کننده‌ها: کف پوش‌های ونیر حاوی پلاستیک‌کننده‌هایی هستند که باعث افزایش انعطاف‌پذیری می‌شوند. این مواد در تماس با سرمای شدید دچار انقباض ناهمسان می‌شوند.
حساسیت به شوک حرارتی: تماس ناگهانی با نیتروژن مایع باعث ایجاد شوک حرارتی در سطح و ساختار کف پوش می‌شود و ترک‌ها یا شکست‌های موقتی ایجاد می‌کند.
مکانیزم واکنش
واکنش بین نیتروژن مایع و کف پوش ونیر بیشتر یک واکنش فیزیکی است تا شیمیایی:
انقباض و شکست پلیمر: سرمای شدید باعث انقباض سریع لایه‌های بالایی و پایینی کف پوش می‌شود. این انقباض ناهمسان تنش‌های مکانیکی ایجاد می‌کند که منجر به ترک خوردگی یا تغییر شکل می‌شود.
اثر Leidenfrost و تبخیر سریع: بخار نیتروژن می‌تواند لایه‌ای موقت بین سطح کف پوش و نیتروژن ایجاد کند که باعث لرزش و صدا می‌شود.
شکست سطحی و تغییر رنگ: انقباض ناگهانی ممکن است باعث ظاهر شدن خطوط سفید یا مات روی سطح کف پوش شود.
عوامل مؤثر در شدت واکنش
شدت واکنش به عوامل زیر بستگی دارد:
دمای اولیه کف پوش: کف پوش گرم‌تر تنش حرارتی بیشتری تجربه می‌کند.
ضخامت و جنس کف پوش: کف پوش‌های نازک‌تر سریع‌تر دچار ترک می‌شوند.
حجم نیتروژن مایع ریخته شده: حجم بیشتر باعث سرمایش سریع‌تر و واکنش شدیدتر می‌شود.
مدت تماس: تماس طولانی‌تر نیتروژن با سطح باعث ایجاد تغییرات ماندگارتر می‌شود.
واکنش‌های فیزیکی و مکانیزم‌های مولکولی
در سطح مولکولی، پلیمرهای PVC موجود در کف پوش ونیر دارای زنجیره‌های بلند کربن هستند که توسط پیوندهای واندروالسی و گاهی پیوندهای قطبی نگه داشته شده‌اند. سرمای شدید نیتروژن مایع باعث کاهش انرژی جنبشی این زنجیره‌ها و نزدیک شدن آن‌ها به هم می‌شود. نتیجه این فرایند، افزایش شکنندگی ماده و کاهش انعطاف‌پذیری است. این فرایند توضیح میدهد که چرا کف پوش‌ها به‌طور موقت دچار ترک خوردگی و شکست می‌شوند، حتی بدون تغییر شیمیایی در ترکیب پلیمر.
اثرات حرارتی و شوک ناگهانی
هنگامی که نیتروژن مایع روی کف پوش ریخته می‌شود، سطح کف پوش دچار شوک حرارتی شدید می‌شود. این شوک باعث ایجاد تفاوت دمایی بین لایه‌های بالایی و داخلی کف پوش می‌شود. لایه سطحی به سرعت منقبض شده، اما لایه‌های داخلی به دلیل جرم حرارتی بیشتر، کندتر سرد می‌شوند. این اختلاف دما تنش‌های داخلی ایجاد کرده و ترک‌های سطحی یا حتی تغییر شکل‌های موضعی را به وجود می‌آورد.
اثرات روان‌سنجی و صدا
یک پدیده جالب دیگر که قابل مشاهده است، صدای “ترکیدن” یا “پوپ” است. این صدا ناشی از انبساط سریع بخار نیتروژن بین سطح کف پوش و مایع است و نمونه‌ای از اثر Leidenfrost در دماهای پایین به شمار می‌آید. این اثر همچنین باعث می‌شود نیتروژن مایع روی سطح به‌صورت قطرات لغزنده حرکت کند و سطح کف پوش را به طور موقت تغییر شکل دهد.
تأثیر پلاستیک‌کننده‌ها و افزودنی‌ها
کف پوش‌های ونیر معمولاً حاوی پلاستیک‌کننده‌ها هستند تا انعطاف‌پذیری و مقاومت آن‌ها افزایش یابد. در دمای پایین نیتروژن، این پلاستیک‌کننده‌ها سخت شده و قابلیت جذب شوک حرارتی را از دست می‌دهند. بنابراین کف پوش‌هایی که پلاستیک‌کننده بیشتری دارند، واکنش شدیدتری با نیتروژن مایع نشان می‌دهند و ترک‌های سطحی یا فرورفتگی بیشتری دارند.
راهکارهای کاهش آسیب
برای کاهش اثرات نیتروژن مایع بر کف پوش‌ها می‌توان راهکارهای زیر را به کار برد:
استفاده از سینی محافظ: قرار دادن سینی فلزی یا شیشه‌ای بین نیتروژن و کف پوش.
کاهش تماس مستقیم: ریختن نیتروژن با ابزار مناسب به جای تماس مستقیم با کف پوش.
کنترل دما و حجم: استفاده از مقادیر کمتر نیتروژن مایع و اجازه دادن به تبخیر تدریجی.
انتخاب کف پوش مقاوم به سرما: در آزمایشگاه‌هایی که با نیتروژن مایع کار می‌کنند، کف پوش‌های ویژه با مقاومت حرارتی بالا توصیه می‌شود.
مثال‌های آزمایشگاهی
در بسیاری از آزمایشگاه‌ها مشاهده شده که ریختن چند میلی‌لیتر نیتروژن مایع روی کف پوش ونیر باعث موارد زیر می‌شود:
صدای ترکیدن و ترک‌های سطحی موقت.
تغییر رنگ موقت به سفید یا مات در محل تماس.
انقباض سریع سطح کف پوش که ممکن است باعث بالا آمدن لبه‌ها شود.
این رفتار‌ها معمولاً بعد از گرم شدن مجدد کف پوش به حالت اولیه باز می‌گردند، مگر اینکه آسیب مکانیکی جدی رخ داده باشد.
واکنش بین نیتروژن مایع و کف پوش ونیر بیشتر یک واکنش فیزیکی ناشی از شوک حرارتی و انقباض ناهمسان است. این واکنش ناشی از تفاوت شدید دما و ضریب انبساط حرارتی بین نیتروژن مایع و پلیمر کف پوش است. درک این مکانیزم به کارشناسان آزمایشگاه‌ها کمک می‌کند تا از آسیب دیدن کف پوش‌ها و تجهیزات جلوگیری کنند و ایمنی آزمایشگاه را افزایش دهند.
بدون دیدگاه