Cách mà vật liệu sợi tổng hợp và gỗ tự nhiên tương tác với ánh nắng ban ngày, ảnh hưởng tới độ bền lâu dài

Ánh nắng mặt trời là một trong những yếu tố môi trường quyết định tuổi thọ và ngoại hình của các sản phẩm nội thất ngoài trờiXem các sản phẩm Nội thất ngoài trời. Khi ánh sáng mặt trời chiếu vào, các tia tử ngoại (UV) và nhiệt độ cao sẽ kích hoạt những quá trình hoá học và vật lý trên bề mặt vật liệu. Hai nhóm vật liệu phổ biến nhất trong thiết kế sân vườn, ban công hay khu vực nghỉ ngơi ngoài trời là sợi tổng hợp và gỗ tự nhiên. Mỗi loại có cấu trúc, thành phần và cách phản ứng riêng biệt với ánh sáng, và hiểu rõ những yếu tố này sẽ giúp người dùng lựa chọn, bảo quản và duy trì độ bền lâu dài một cách hiệu quả.

Hiểu về tác động của ánh sáng mặt trời lên vật liệu

Bức xạ UV và quá trình phân hủy

Ánh sáng mặt trời bao gồm ba dải sóng chính: tia UVA (320‑400 nm), UVB (280‑320 nm) và tia hồng ngoại. Trong đó, UVA chiếm tỉ lệ lớn nhất và có khả năng thâm nhập sâu vào bề mặt vật liệu, gây ra hiện tượng phân hủy polymer hoặc phá vỡ cấu trúc tế bào gỗ. Khi các liên kết hoá học bị phá vỡ, màu sắc sẽ phai nhạt, độ cứng giảm và bề mặt trở nên dễ bị nứt nẻ.

Hiệu ứng nhiệt và co ngót

Nhiệt độ bề mặt khi tiếp xúc trực tiếp với ánh sáng mặt trời có thể tăng lên đến 60 °C hoặc hơn, tùy thuộc vào vị trí địa lý và thời gian trong ngày. Sự thay đổi nhiệt độ đột ngột gây ra co ngót – hiện tượng vật liệu giãn nở khi nóng và thu hẹp khi lạnh. Đối với các vật liệu có độ co ngót cao, như một số loại nhựa hoặc gỗ chưa được xử lý, hiện tượng này sẽ dẫn đến nứt, cong hoặc biến dạng theo thời gian.

Vật liệu sợi tổng hợp: cấu trúc và phản ứng với ánh nắng

Các loại sợi tổng hợp phổ biến trong nội thất ngoài trời

• Polyester – thường được phủ lớp chống UV để tăng khả năng chịu nắng.
• Acrylic – nhờ cấu trúc phân tử đặc biệt, chịu được tia UV tốt hơn so với polyester.
• Polypropylene – có độ bền kéo cao, nhưng nhạy cảm hơn với tia UV nếu không có phụ gia bảo vệ.
• Polyethylene (PE) – thường dùng trong lưới và tấm phủXem các sản phẩm Tấm phủ, độ bền UV phụ thuộc vào chất lượng phụ gia.

Cơ chế phóng xạ và màu phai

Trong các sợi tổng hợp, các liên kết C‑C và C‑H là mục tiêu chính của tia UVA. Khi các liên kết này bị phá vỡ, các chuỗi polymer ngắn lại, làm giảm độ bền kéo và gây ra phân rã màu. Phụ gia chống UV – thường là các hạt nano hoặc các hợp chất hữu cơ – hoạt động bằng cách hấp thụ hoặc phản xạ tia UV, giảm thiểu tác động trực tiếp lên chuỗi polymer. Tuy nhiên, phụ gia này cũng có thời hạn hoạt động, sau một thời gian dài (thường từ 2‑5 năm) chúng sẽ mất dần khả năng bảo vệ, khiến sợi trở nên nhạy cảm hơn.

Ảnh hưởng của nhiệt độ cao đối với sợi tổng hợp

Đối với polymer, nhiệt độ cao không chỉ làm tăng tốc độ phân hủy UV mà còn gây ra hiện tượng oxy‑hoá nhiệt. Khi nhiệt độ vượt qua ngưỡng chịu đựng (khoảng 70‑80 °C đối với polyester), các phân tử polymer có thể bị oxi hoá, dẫn đến mất độ dẻo và tăng độ giòn. Kết quả là, trong những ngày nắng gắt, các sản phẩm bằng sợi tổng hợp có thể xuất hiện vết nứt hoặc vỡ đột ngột nếu chịu tải trọng lớn.

Gỗ tự nhiên: đặc điểm và cách ánh sáng ảnh hưởng

Cấu trúc tế bào gỗ và hấp thụ UV

Gỗ là một vật liệu hữu cơ có cấu trúc tế bào phức tạp, bao gồm các ống dẫn nước (vây), tế bào sợi và các hợp chất lignin, cellulose. Lignin, thành phần chịu trách nhiệm cho màu nâu đậm của gỗ, là một chất hấp thụ UV mạnh. Khi ánh sáng UV chiếu vào, lignin bị oxy hoá, gây ra hiện tượng phai màu và thay đổi màu sắc từ nâu đậm sang xám hoặc vàng nhạt.

Hiệu ứng phai màu và nứt nẻ

Quá trình oxy hoá lignin không chỉ làm thay đổi màu sắc mà còn làm suy giảm độ bền cơ học. Lignin bị phân hủy sẽ mất khả năng liên kết các sợi cellulose, dẫn đến giảm độ cứng và tăng nguy cơ nứt nẻ. Ngoài ra, nhiệt độ cao làm tăng tốc độ mất độ ẩm nội tại của gỗ, khiến các vân gỗ co ngót và tạo ra các vết nứt bề mặt, đặc biệt là ở các loại gỗ mềm như sồi, thông.

Biện pháp bảo vệ tự nhiên

Để giảm tác động của ánh sáng, người dùng thường áp dụng các phương pháp bảo vệ gỗ:

• Đánh bóng bằng dầu hoặc sáp – tạo lớp màng bảo vệ, giảm khả năng thẩm thấu của UV.
• Sơn phủ hoặc phủ lớp phủ polyme – các lớp này chứa chất chống UV và tạo lớp rào cản vật lý.
• Chọn gỗ có hàm lượng lignin cao – chẳng hạn như gỗ teak, có khả năng chịu UV tự nhiên tốt hơn.
• Đặt bóng râm hoặc lắp đặt tấm che – giảm thời gian tiếp xúc trực tiếp với ánh nắng.

So sánh độ bền lâu dài giữa sợi tổng hợp và gỗ tự nhiên

Tiêu chuẩn kiểm tra độ bền

Trong ngành công nghiệp nội thất ngoài trời, các tiêu chuẩn quốc tế như ASTM D4329 (đánh giá khả năng chịu UV của vật liệu polymer) và ISO 4892 (phương pháp thử nghiệm chịu tia UV cho gỗ) được sử dụng để đo lường độ bền. Các bài kiểm tra này thường bao gồm:

• Đánh giá mức độ phai màu sau một khoảng thời gian cố định.
• Đo độ giảm độ bền kéo hoặc độ cứng.
• Kiểm tra sự xuất hiện của nứt, vết nứt hoặc bong tróc bề mặt.

Kết quả thực tế từ các nghiên cứu và dự án

Trong một dự án lắp đặt ghế patio tại khu vực nhiệt đới, các mẫu ghế làm từ polyester được phủ lớp chống UV đã duy trì màu sắc và độ cứng khoảng 85 % sau ba năm, trong khi các mẫu không có phụ gia bảo vệ chỉ giữ lại khoảng 55 % độ bền ban đầu. Ngược lại, các bộ ghế bằng gỗ teak, dù không được sơn phủ, vẫn giữ được màu nâu đậm và chỉ giảm độ cứng khoảng 10 % sau cùng thời gian thử nghiệm năm năm, nhờ hàm lượng lignin và dầu tự nhiên cao.

Những số liệu này cho thấy, trong môi trường nắng gắt, sợi tổng hợp có thể duy trì được tính năng cơ học nếu được bảo vệ bằng phụ gia UV và lớp phủ bảo vệ. Tuy nhiên, gỗ tự nhiên chất lượng cao (như teak, ipe) có khả năng tự chống lại tác động của tia UV mà không cần phụ gia, nhưng vẫn cần bảo dưỡng định kỳ để ngăn ngừa mất độ ẩm và nứt nẻ.

Các yếu tố môi trường khác tương tác với ánh sáng

Độ ẩm, nhiệt độ và bụi bẩn

Ánh sáng không hoạt động một mình; nó thường đi kèm với các yếu tố môi trường khác. Độ ẩm cao làm tăng tốc độ oxy hoá của lignin và polymer, trong khi nhiệt độ thấp có thể làm giảm độ dẻo của sợi tổng hợp, khiến chúng dễ bị gãy. Bụi bẩn và chất hữu cơ bám trên bề mặt cũng có thể tạo ra lớp màng che chắn một phần ánh sáng, nhưng đồng thời cũng gây ra hiện tượng phản xạ nhiệt làm tăng nhiệt độ bề mặt, đẩy nhanh quá trình phân hủy.

Lưu ý khi lắp đặt và bảo dưỡng

Để tối ưu hoá độ bền, người dùng nên cân nhắc các yếu tố sau khi lắp đặt nội thất ngoài trời:

• Định hướng – Đặt các món đồ sao cho mặt hướng nắng không trực tiếp chiếu vào suốt ngày, ví dụ bằng cách sử dụng mái che hoặc cây xanh.
• Khoảng cách giữa các bộ phận – Đảm bảo không có khu vực kín bế gây ra độ ẩm cao, tránh tạo môi trường thuận lợi cho nấm mốc và oxy hoá.
• Vệ sinh định kỳ – Lau sạch bụi bẩn và chất thải thực vật để giảm tác động của các hợp chất hữu cơ lên bề mặt.
• Kiểm tra và tái phủ – Đối với sợi tổng hợp, nên kiểm tra độ mòn của lớp phụ gia UV mỗi 2‑3 năm và thực hiện tái phủ nếu cần. Đối với gỗ, nên làm mới lớp dầu hoặc sáp bảo dưỡng mỗi năm.

Cuối cùng, việc lựa chọn giữa sợi tổng hợp và gỗ tự nhiên không chỉ phụ thuộc vào yếu tố thẩm mỹ mà còn phải dựa trên môi trường sử dụng cụ thể và khả năng duy trì bảo dưỡng. Khi hiểu rõ cách ánh sáng tương tác với từng loại vật liệu, người dùng có thể đưa ra quyết định sáng suốt, kéo dài tuổi thọ sản phẩm và duy trì vẻ đẹp của không gian ngoài trời theo thời gian.