Bewitterung und Alterung

Wir bieten Ihnen Bewitterungsprüfungen nach folgenden Normen an:

WoM Ci4000 (Probenserien mit bis zu 60 Prüftafeln)

• AATCC TM16-1998, AATCC TM16-2004, AATCC TM169
• ASTM C1442, ASTM D2565, ASTM D3424, ASTM D4303, ASTM D4355, ASTM D4459, ASTM D4798, ASTM D5071, ASTM D6551, ASTM D6695, ASTM D904, ASTM E1596, ASTM G151, ASTM G155, ASTM D7869-13
  
• FLTM BI 160-01
• GME 60292
• GMW 14162, GMW 3414
• DIN EN ISO 105-B02, DIN EN ISO 105-B04, DIN EN ISO 105-B06, DIN EN ISO 105-B10, DIN ISO 12040, ISO DIN 3917, DIN EN ISO 4892-1, DIN EN ISO 4892-2
• JASO M346
• MIL-STD 810F, MIL-STD 810G
• PV 1303, PV 3929
• SAE J2412, SAE J2527
• VDA 621-429, VDA 621-430, VDA 75202
• VW PV 3930

Xenotest Alpha (Probenserien mit bis zu 11 Prüftafeln)

• AATCC TM16-2004, AATCC TM16.3, AATCC TM169
• ASTM D6695, ASTM G151, ASTM G155
• GME 60292
• GMW 3414
• IEC 60068-2-5
• DIN EN ISO 105-B02, DIN EN ISO 105-B04, DIN EN ISO 105-B06, DIN EN ISO 105-B10, DIN ISO 12040, DIN EN ISO 16474-2, ISO DIN 3917, DIN EN, ISO 4892-1, DIN EN ISO 4892-2
• JASO M346
• M&S C9, M&S C9A
• MIL-STD 810F
• SAE J2019, SAE J2212
• VDA 75202
• VW PV 1303, VW PV 3929, VW PV 3930

Suntest XLS+ (mit Suncool-Option)

• ASTM D3424, ASTM D5071, ASTM D6695, ASTM G151, ASTM G155
• ICH Guideline G5C
• ISO 10977, DIN EN ISO 11431, ISO 11979-5, ISO 4049, DIN EN ISO 4892-1, ISO 4892-2, ISO 7491

• AATCC TM186
• ASTM C1257, ASTM C1442, ASTM C1501, ASTM C1519, ASTM C732, ASTM C734, ASTM C793, ASTM D1148, ASTM D1670, ASTM D3424, ASTM D3451, ASTM D4101, ASTM D4329, ASTM D4434, ASTM D4587, ASTM D4674, ASTM D4799, ASTM D4811, ASTM D5208, ASTM D5894, ASTM D6577, ASTM D750, ASTM D882, ASTM D904, ASTM D925, ASTM E3006, ASTM F1164, ASTM F1945, ASTM G151, ASTM G154
• EN 13523-10 (DIN)
• GM 9125P, IEC 61215, IEC 61345
• DIN EN ISO 11507, DIN EN ISO 29664, DIN EN ISO 4892-1, DIN EN ISO 4892-3
• SAE J2020

Zur Klimalagerung stehen folgende Klimaschränke der Firma WEISS Umwelttechnik zur Verfügung:

• WK 600
• WK 11-180

Klimaprüfungen werden bei relativen Luftfeuchtigkeiten (rF) von 10%rF bis 98%rF zwischen 10°C und 95°C durchgeführt. Temperaturlagerungen sind im Bereich von -40°C bis 180°C möglich.

Normgerechte Konditionierungen erfolgen beispielsweise gemäß:

• DIN EN ISO 291
• DIN EN ISO 1110

Prüfungen zur Wärmealterung, Temperatur-Feuchte-Wechselbeanspruchung oder Feuchtigkeitsresistenz können ebenfalls normgerecht durchgeführt werden.

Um die Wirkung von UV-C-Strahlung, wie sie typischerweise zur UV-C-Desinfektion eingesetzt wird, auf Kunststoffe zu untersuchen, wurde am Fraunhofer LBF ein Messplatz aus UV-C-LEDs aufgebaut. Er erlaubt die Bestrahlung kleiner Anzahlen an Kunststoffproben mit Intensitäten zwischen 0,05 und 45 mW/cm² für Zeitspannen zwischen wenigen Stunden und mehreren Wochen.

Wir bieten Ihnen die technischen Möglichkeiten, Kunststoffe mit UV-Strahlung einer Wellenlänge von ca. 270 nm zu bestrahlen, die Wirkung auf die Kunststoffe mit den passenden Methoden für Ihre Fragestellung zu untersuchen (Farbe, Glanz, Bruchmechanik, chemischer Abbau uvm.), die Mechanismen zu verstehen und Lösungen für eine funktionelle Stabilisierung Ihrer Produkte zu finden. Die Spanne in der Anwendung betroffener Materialien reicht von Lacken und Beschichtungen über Laminate und Holzverkleidungen bis zu Kunststoffverpackungen aus PE oder PP und Kunststoffgehäusen aus PA, PVC oder PBT.

Die obere Abbildung zeigt eine neue, weiße Polystyrolprobe. Die mittlere Abbildung zeigt dasselbe Probenstück nach einer Bestrahlung mit UV-C-Licht einer Intensität von nur 0.3 mW/m² für eine Dauer von 90 Stunden. Die untere Abbildung stellt die Veränderung der Vergilbung (Δb*) über der UV-C-Dosis dar.

Für begleitende Prüfungen stehen eine Vielzahl physikalischer und chemischer Charakterisierungsmethoden zur Verfügung. Hierzu zählen auch industrienahe Prüfmethoden, wie

• Gitterschnittprüfung
  Schneidabstand 1mm, 2mm, 3mm (0-250µm)
  ISO2409:2007, ASTM D3002 / D3359
  
• Farb- und Glanzmessungen (Gerät: spectro-guide sphere gloss, BYK-Gardner GmbH)
  Farbe: ASTM D 2244, E 308, E 1164, DIN 5033, 5036, 6174, DIN EN ISO 11664, ISO 7724
  Glanz: ASTM D 523, D 2457, DIN 67530, ISO 2813, 7668
• Transparenz (Gerät: haze-gard plus, BYK-Gardner GmbH)
  ASTM D 1003, ISO 13468

Verfolgung von Alterung und Schädigung

Bei der Kunststoffalterung läuft ein Wechselspiel einer Vielzahl physikalischer und chemischer Prozesse ab. Für die Lebensdauervorhersage muss man diese Prozesse kennen, erfassen, verstehen und in Modelle umsetzen.

Im Bereich Kunststoffe im Fraunhofer LBF stehen geeignete Mess- und Prüftechnik zur Erfassung der Kunststoffalterung und das zugehörige Wissen zur Verfügung. Beispielsweise wurden Ultraschallmesstechnik und NMR-Sensoren in Bewitterungsgeräte integriert, was die In-Situ-Verfolgung der Materialveränderung und die Optimierung von Bewitterungszyklen erlaubt. Eine zerstörungsfreie Prüfung der bewitterten Polymerbeschichtungen erfolgt beispielsweise durch Ultraschallmikroskopie. Klassische Strukturaufklärung mit bildgebenden und Streumethoden, dynamisch-mechanischer Analyse oder Differenzkalorimetrie ergänzen diese Spezialmethoden. Zur Erfassung chemischer Veränderungen dienen Methoden zur Molmassenbestimmung und die optische Spektroskopie.

Durch Erhöhung der Strahlungsintensität während der künstlichen Bewitterung können sich Materialeigenschaften schneller verändern und Schädigungen nach kürzeren Bewitterungszeiten entstehen. Dies ermöglicht schnellere und kostengünstigere Bewitterungsprüfungen.

Bei Intensivierung der Strahlungsintensität muss sichergestellt sein, dass sich die für das Produkt wesentlichen Materialeigenschaften dabei proportional mit der UV-Dosis ändern. Durch Bewitterung von Kunststoffprodukten mit unterschiedlichen Strahlungsintensitäten - z.B. mit 60 W/m², 120 W/m² und 180 W/m² - kann die Proportionalität zwischen UV-Dosis und Eigenschaftsveränderungen geprüft werden.

Die obere Abbildung zeigt schematisch die Abnahme einer Materialeigenschaft - beispielsweise Glanz oder Zugfestigkeit - für willkürlich gewählte unterschiedliche Strahlungsintensitäten. In diesem Beispiel verändert sich die Materialeigenschaft intensitätsabhängig mit der Bewitterungsdauer. Die untere Abbildung stellt die Materialeigenschaft in Abhängigkeit der Strahlungsdosis, die aus dem Produkt der Intensität und der Zeit berechnet wird, dar. Es wird deutlich, dass sich die Eigenschaft intensitätsunabhängig gleichförmig mit der Strahlungsdosis ändert.

Ist nachgewiesen, dass die Eigenschaftsveränderung nur von der Strahlungsdosis (und nicht von der Strahlungsintensität) abhängt, kann die Strahlungsintensität erhöht und damit die Bewitterungsdauer reduziert werden. Absichernde Vergleichsexperimente durch normgerechte Bewitterungen sowie durch Freibewitterungen sind jedoch zusätzlich zu empfehlen.

Dominieren andere Mechanismen als die Photodegradation, wie Hydrolyse, thermische oder thermo-oxidative Alterung oder Spannungsrissbildung durch Schwindung oder Quellung das Alterungsverhalten des Kunststoffes, lässt eine Intensivierung der Strahlungsintensität keine zuverlässigen Bewitterungsergebnisse erwarten. Eine realistische Beschleunigung kann dann nur durch eine komplexere Vorgehensweise zur Optimierung von Bewitterungszyklen erreicht werden.

Untersuchungen zur sinnvollen Intensivierbarkeit der Strahlung können am Fraunhofer LBF für spezifische Kunststoffe und Beschichtungen durchgeführt werden.