Úvod do zvětrávání

Co je vliv povětrnosti?

Povětrnostní vlivy a světlostálost

Vlivem povětrnosti se rozumí změny vlastností materiálu, ke kterým došlo vlivem energie záření slunečního světla v kombinaci s teplem (včetně teplotních cyklů) a působením vody v různém stavu, především vlhkosti, rosy a deště. Tyto tři prvky venkovní expozice - sluneční světlo, teplo a voda jsou primárními “faktory působení povětrnostních podmínek”. Degradaci povětrnostními vlivy obvykle iniciuje sluneční záření a může ji urychlit teplo a ovlivnit přítomnost vody.

Úzce související pojem je světelná stabilitanebo světlostálost, což se týká schopnosti materiálu odolávat dvěma ze tří sil povětrnostních vlivů – slunečnímu záření a teplu. Testování světelné stability nezahrnuje kapalnou vodu a často se používá k testování textilií a vnitřních materiálů. Úvod do Q-Lab Sluneční světlo, povětrnostní vlivy a světelná stabilita dále vysvětluje podobnosti a rozdíly mezi nimi.

Povětrnostní vlivy a světlostálost mohou vést k mnoha různým typům degradace materiálu, včetně žloutnutí, praskání, popraskání, změny barvy a blednutí, delaminace a ztráty přilnavosti, deformace, zkřehnutí, tvorby puchýřů a ztráty pevnosti. Na níže uvedeném obrázku vidíte řadu různých typů změn vlastností materiálu způsobených podmínkami venkovní expozice.

Povětrnostní vlivy a degradace světlem ovlivňují širokou škálu materiálů a průmyslových odvětví – efektivně jakékoli produkty provozované venku nebo jinak vystavené povětrnostním vlivům. To zahrnuje barvy a nátěry, plasty, obaly, textilie a tkaniny, domácí a spotřební zboží, přísady a barviva, architektonické a stavební materiály, inkousty a tiskařské materiály, elektroniku a řadu automobilových součástek. Prohlédněte si naše zvětrávací průmysl stránky a Případové studie příklady testování odolnosti vůči povětrnostním vlivům nebo se podívejte na toto obecný průvodce testováním.

Síly zvětrávání

Když o tom mluvíme sluneční světlo jako jedna ze sil zvětrávání se obvykle zabýváme ultrafialovým (UV) světlem. Přestože UV záření představuje pouze asi 7 % celkové sluneční energie, je odpovědné za prakticky veškerou degradaci polymeru. Charakter slunečního záření, které produkty dostávají venku, závisí na řadě faktorů – roční době, denní době, zeměpisné šířce, oblačnosti a nadmořské výšce. Okenní sklo navíc odfiltruje část krátkovlnného UV záření v závislosti na jeho tloušťce a odstínu, což má za následek méně ostré světelné spektrum než materiály venku. Důležitá je také spektrální citlivost materiálů – aby došlo k degradaci materiálů, musí být materiál schopen absorbovat dopadající světlo a světlo musí mít dostatek energie, aby způsobilo přerušení chemických vazeb. 

teplo, jak ve formě vysokých teplot, tak tepelných cyklů, může urychlit změny venkovních vlastností. Fotochemické reakce způsobené dopadajícím slunečním zářením nejsou obvykle jednoduché jednokrokové reakce. Ačkoli primární reakce způsobené slunečním zářením nejsou ovlivněny teplem, sekundární reakce často ano. V některých případech může zvýšení teploty o 10 °C zdvojnásobit rychlost některých chemických reakcí v roztoku. Tepelné cyklování venku může během několika minut změnit povrchovou teplotu materiálu ze 75 °C na 25 °C, což způsobuje fyzické namáhání sestav a povlaků. 

voda může ovlivnit degradaci materiálů mnoha způsoby. Voda může ovlivňovat chemické reakce – jak urychlující reakce v roztoku, tak vedoucí ke zvýšení transportu kyslíku. Voda může také způsobit fyzikální účinky, jako je eroze, absorpce, stres z mrazu/rozmrazení, tepelný šok a ztráta materiálu při nárazu.

Voda může být přítomna ve formě rosy (kondenzace), relativní vlhkosti a srážek. Z nich je rosa zdaleka největším zdrojem venkovní vlhkosti. Venkovní materiály mohou být na mnoha místech mokré více než 12 hodin denně, takže navrhování pro venkovní výkon znamená navrhování pro vodní prostředí.

Výsledkem jsou synergické efekty slunečního záření, tepla a vody zvětrávání materiálů; sluneční záření a tepelná odolnost určují materiál světlostálost. Jak můžeme zajistit, že naše výrobky vydrží venku? Odpověď zní: testování povětrnostních vlivů.

Jak provedu testování povětrnostními vlivy?

Existují dva základní typy zkoušek povětrnostních vlivů: přirozené venkovní testování, a zrychlené laboratorní testování. Tyto dva typy zkoušek se doplňují a společně tvoří kompletní program zkoušek povětrnostních vlivů. Q-Lab vám může pomoci určit nejlepší komplexní testovací plán pro vaše produkty a materiály.

Přirozené venkovní testování 

Přirozené venkovní testování na našich srovnávacích testovacích místech v Florida a Arizona je nejlepší způsob, jak zajistit venkovní odolnost vašich produktů. Florida a Arizona jsou mezinárodně uznávanými referenčními místy pro testování venkovní expozice. Expozice subtropického zvětrávání na Floridě jsou nejen realistické, ale také urychlené. Expozice na jihu Floridy přináší sluneční světlo s vysokou intenzitou, vysoké roční ultrafialové (UV) světlo, vysoké teploty po celý rok, bohaté srážky a velmi vysokou vlhkost. Arizona má ještě vyšší intenzitu slunečního světla, vyšší teploty a suché pouštní podmínky. Přehled přirozeného venkovního testování naleznete v našem webináři Testování přirozeného venkovního počasí.

Synergický efekt UV záření, vlhkosti a tepla dělá z Floridy ideální místo pro testování odolnosti materiálů ve venkovním prostředí. Vysoká úroveň slunečního svitu a tepla v Arizoně z ní činí ideální místo pro testování vysoce odolných materiálů, které nemusí selhat jinde. Přirozené venkovní povětrnostní vlivy je nejpřesnější způsob, jak porozumět trvanlivosti materiálů venku a je základním kamenem jakéhokoli komplexního programu testování povětrnostních vlivů. Doporučujeme, aby všichni výrobci produktů používaných venku:

• Testujte na testovacích místech, protože drsná prostředí urychlují degradaci za nízkou cenu
• Každý rok (nebo častěji) zahajte nové venkovní testy, abyste vytvořili knihovnu dat a porovnali nové složení se starými produkty a materiály konkurence
• Kvalifikujte a ověřte zrychlené laboratorní testování s venkovními daty – „testujte test“

Zrychlené laboratorní testování

Ačkoli přirozené venkovní testování je nejpravdivější a nejpřesnější způsob, jak provádět testy vystavení povětrnostním vlivům, testování může u vysoce odolných materiálů trvat dlouho – 5, 10, dokonce 20 nebo více let. S tím může pomoci zrychlené laboratorní testování povětrnostních vlivů. Urychlením povětrnostních sil v kontrolovaném laboratorním prostředí můžete získat rychlejší výsledky o trvanlivosti produktu. Zrychlené testování povětrnostních vlivů je rychlé, opakovatelné a pohodlné a je skvělé pro kontrolu kvality, kvalifikaci a výzkum a vývoj. Je to „nástroj pro směrové rozhodování“, který pomáhá lépe určit:

• Jaké přísady zahrnout nebo nezahrnout do produktu
• Odeslání zákazníkům je v pořádku, zda šarže nebo šarže
• Od jakých prodejců nakupovat
• Které parametry zpracování a výroby by měly být zvoleny

Existují dva primární typy zrychleného testování povětrnostními vlivy, které nabízejí doplňkové výhody, jak je popsáno v QUV a Q-SUN: Srovnání (QUV and Q-SUN: A Comparison).. Shrnutí sil povětrnostních vlivů a těchto dvou testovacích architektur naleznete v našem webináři Základy laboratorního zvětrávání.

Jedním z nich je fluorescenční UV testování povětrnostních vlivů pomocí QUV Accelerated Weathering Tester. Pro simulaci venkovního počasí, QUV zrychlený tester zvětrávání vystavuje materiály střídavým cyklům UV záření a vlhkosti při kontrolovaných zvýšených teplotách. Simuluje účinky přirozeného slunečního světla a umělého záření pomocí speciálních fluorescenčních UV lamp, které dodávají světlo pouze z UVA, UVB a UVC části spektra. Simuluje rosu a déšť s kondenzující vlhkostí a/nebo vodní sprchou.

Další základní testovací architekturou pro zrychlené testování povětrnostními vlivy a světlostálost je testování povětrnostními vlivy xenonovým obloukem. Xenonové obloukové zkušební komory Q-SUN reprodukovat poškození způsobené celospektrálním slunečním zářením, horkem a deštěm. Jedna nebo více xenonových obloukových výbojek se používá v testerech Q-SUN k vytvoření spektra velmi podobného kompletnímu spektru venkovního slunečního světla. Optické filtry se používají k poskytování světelných spekter přizpůsobených prostředí služeb produktu. Zvýšené teploty jsou generovány lampami a řízeny teploměry s černým panelem a kontrolou teploty vzduchu v komoře. Vlhkost je dodávána vzorkům kromě řízené relativní vlhkosti především vodní sprchou. Otočné stojanové a ploché testery jsou výslovně povoleny téměř ve všech hlavních standardech a výzkumné studie mít potvrzeno že dodávají podobné výsledky v mnoha případech.

Zrychlené venkovní testování

Aby se zkombinovala realističnost venkovní expozice s rychlými výsledky laboratorních testů, je k dispozici také zrychlené venkovní testování pomocí Přírodní solární koncentrátor Q-TRAC nebo Krabice na automobilové interiérové ​​materiály (AIM).. Přehled těchto testů naleznete v našem webináři Zrychlené testování venkovních povětrnostních vlivů.

Solární koncentrátor Q-TRAC využívá skutečné sluneční světlo jako zdroj světla a je mimořádně užitečný pro testování vysoce odolných materiálů s výjimečně dlouhou životností. Využívá pole 10 zrcadel k odrazu a koncentraci slunečního světla v plném spektru na testovací vzorky a zároveň sleduje slunce po celý den, aby se maximalizovalo množství slunečního záření, které testovací vzorky obdrží. Solární koncentrátor Q-TRAC má také systém rozprašování vody, který může provádět cykly simulující povětrnostní vlivy na Floridě nebo vytvářet teplotní šok. 

Testování AIM Box vystavuje materiály pro interiéry automobilů vysokým teplotám a venkovnímu slunci za čirým nebo vrstveným sklem, aby se simulovaly podmínky uvnitř automobilu. AIM boxy mohou také sledovat slunce během dne, aby se zvýšilo množství přijatých produktů slunečního záření.

Proč provádět testování povětrnostními vlivy?

Důvody k testování

V Q-Lab si často klademe otázku „Vydrží vaše produkty venku?“ a odpovězte „Nehádej, kdy můžeš testovat!“ To znamená, jaké jsou skutečné výhody testování povětrnostních vlivů a světelné stability? Zde je jen několik:

Zlepšete trvanlivost svého produktu

Testování povětrnostními vlivy mělo za následek drastické prodloužení životnosti mnoha důležitých produktů. Vezměme si například automobilové nátěry, kde testování povětrnostními vlivy podpořilo vývoj vedoucí k více než 100% prodloužení životnosti produktu.

Ušetřete na nákladech na materiál

Správný výběr materiálů může mít zásadní vliv na výkon produktu – a váš konečný výsledek. Kolik by vám ušetřilo, kdybyste nakupovali suroviny o 10 % levnější a váš výkon by to neovlivnilo? Správný výběr materiálů může v některých případech ušetřit stovky tisíc dolarů a testování povětrnostních vlivů vám dává jistotu, že se rozhodnete správně.

Vyhněte se katastrofickým výpadkům pole

Na druhou stranu, kolik by vás to stálo, kdybyste nakoupili o 10 % levnější suroviny, ale váš produkt by selhal? Soudní spory a rozsáhlé záruční nároky mohou velmi poškodit zisky a pověst společnosti. Testování pomáhá vyhnout se takovým chybám.

Mnoho dalších!

Testování odolnosti vůči povětrnostním vlivům a světla vám může pomoci splnit specifikace zákazníků, zlepšit vaši pověst na trhu, ověřit požadavky dodavatelů, rozšířit stávající produktové řady, vstoupit na nové trhy, překonat konkurenci a udržet si náskok před vládními nařízeními.

Typy testů

Je důležité pochopit, že ne všechny typy testů povětrnostních vlivů mají stejné cíle. Testovací program by měl být vytvořen s jasným pochopením toho, jaké znalosti je důležité získat. Níže uvedená testovací matice ukazuje různé kategorie testování od nejjednodušších po nejsložitější:

Většina zkoušek povětrnostních vlivů, alespoň pro začátek, je Kontrola kvality testování – krátké, definované screeningové testy pro pevné časové intervaly, které generují výsledky vyhovuje/nevyhovuje. S tím úzce souvisí kvalifikace or validace testování, kdy je potřeba splnit zákazníkovu specifikaci v testu, aby byl přijat. Korelativní a prediktivní testování vyžaduje venkovní data, a proto je součástí širšího testovacího programu. Korelativní testování používá venkovní data jako odkaz na „řadové“ vzorky v laboratorních testech – jinými slovy k určení, které jsou nejvýkonnější a které jsou méně odolné vůči povětrnostním vlivům. Prediktivní testování poskytuje odhady životnosti na základě laboratorních výsledků, ale je vysoce specifické pro materiál, test a režim poruchy a vyžaduje velké množství dat z venkovních testů.

Korelace

Nejčastější otázkou, kterou dostáváme v Q-Lab, je nějaká variace „kolik hodin ve zrychleném testeru povětrnostních vlivů odpovídá (5, 10, 20) let venku?

Krátká odpověď je, že existuje neexistuje jednoduchý obecný vztah mezi laboratorním a zrychleným testováním povětrnostních vlivů. Problém není v tom, že jsme ještě nevyvinuli dokonalý tester povětrnostních vlivů. Bez ohledu na to, jak sofistikovaný nebo drahý uděláte svůj tester počasí, stále nenajdete „magické číslo“. Největším problémem je inherentní variabilita a složitost venkovních expozičních situací, včetně geografie, proměnlivosti počasí, provozního prostředí, testovacích podmínek a mnoha dalších. Reciprocita, koncept, že zvýšení intenzity ozáření obvykle vede k úměrnému zkrácení doby testu nedrží. Kromě toho stačí porovnat testy podle množství radiační dávky může vést k chybám, zejména u světelných zdrojů s různými spektrálními charakteristikami.

Údaje o pořadí, které lze vygenerovat pomocí komplexního plánu venkovních a zrychlených testů povětrnostních vlivů, jsou však mimořádně cennou informací, která vám může mnoho napovědět o trvanlivosti produktu. V Q–Lab jsme tu, abychom vám pomohli co nejlépe využít váš testovací program s co nejmenšími problémy: proto říkáme, že Testování je jednoduché.