Bewertung der Haltbarkeit von Beschichtungen und Lacken mit einer UV-beschleunigten Bewitterungskammer

Abstract

Wenn Beschichtungen und Farben über längere Zeiträume der Außenumgebung ausgesetzt sind, wirken kontinuierlich ultraviolette Sonnenstrahlung, Regen, Tau und Temperaturschwankungen. Dies führt allmählich zu Alterungserscheinungen wie Glanzverlust, Verfärbung, Kreidung, Rissbildung und Abblättern. Obwohl Tests unter natürlichen Freilandbedingungen Ergebnisse liefern, die den realen Einsatzbedingungen nahekommen, dauert der vollständige Testzyklus oft mehrere Jahre und kann die Effizienzanforderungen der Beschichtungsentwicklung, Produktiteration und Konformitätsprüfung nicht erfüllen. Die UV-Bewitterungskammer ist ein wichtiges Gerät für künstlich simulierte beschleunigte Bewitterungstests. Ihr Testprinzip basiert auf der Simulation beschleunigter Umwelteinflüsse: UV-Lampen simulieren Sonneneinstrahlung, kondensierte Feuchtigkeit simuliert Regen und Tau. Die Materialien werden in zyklischen Programmen abwechselnd Licht und Feuchtigkeit ausgesetzt und bei festgelegten Temperaturen einer beschleunigten Alterung unterzogen, um schnell Daten zur Witterungsbeständigkeit zu erhalten. LISUN UV-263LS Dieser Artikel beschreibt die Funktionsweise und die Hardware der UV-Bewitterungsprüfkammer. Unter Berücksichtigung relevanter Normen der Lack- und Beschichtungsindustrie wird der vollständige Testablauf – von der Probenvorbereitung über die Zyklusprogrammierung bis hin zur Bewertung der Alterungsbeständigkeit – erläutert. Die praktische Anwendung der Kammer wird für verschiedene Beschichtungskategorien wie Fassadenfarben, Holzbeschichtungen und Autolacke analysiert. Der Artikel dient als Referenz für Forschungs- und Entwicklungslabore im Bereich Beschichtungen sowie für Prüfinstitute zur Bewertung der Witterungsbeständigkeit. 

Einführung

Als Oberflächenschutz- und Dekorationsmaterialien finden Beschichtungen und Farben breite Anwendung in Außenwänden von Gebäuden, Holzprodukten im Außenbereich, Fahrzeugaußenteilen, Stahlkonstruktionen (Korrosionsschutz) und anderen Bereichen. Die Witterungsbeständigkeit der Beschichtungsschichten bestimmt direkt die Lebensdauer und das Aussehen des Produkts. Ultraviolette Strahlen im natürlichen Sonnenlicht sind die Hauptursache für den Abbau organischer Beschichtungen. UV-Photonen spalten die Molekülketten von Polymerharzen und lösen Photooxidationsreaktionen aus. Gleichzeitig führen Taubildung und eindringender Regen aufgrund des Tag-Nacht-Wechsels zu Hydrolyse bei hoher Luftfeuchtigkeit, und hohe Temperaturen beschleunigen die photochemischen Reaktionen zusätzlich. Mehrere Faktoren wirken zusammen und führen zu einem allmählichen Abbau der Beschichtungsfilme. Herkömmliche Bewitterungstests erfordern die Platzierung von Testplatten im Freien. Es dauert Monate oder sogar Jahre, bis deutliche Alterungserscheinungen sichtbar werden. Daher ist es schwierig, die Witterungsbeständigkeit verschiedener Additive und Harzsysteme in der Formulierungsphase schnell zu vergleichen.

Künstliche Bewitterungstechnologien können wichtige schädliche Einflüsse im Freien im Labor nachbilden und Testzyklen verkürzen. Die UV-Bewitterungskammer simuliert dabei hauptsächlich drei zentrale Umweltfaktoren: UV-Strahlung, Kondensation, hohe Luftfeuchtigkeit und Temperaturschwankungen. Im Vergleich zu Xenon-Bogenlampen-Bewitterungskammern konzentriert sie sich stärker auf die photochemischen Abbauprozesse im UV-Bereich und eignet sich hervorragend zur Bewertung von Alterungserscheinungen wie Kreidung, Glanzverlust und Rissbildung organischer Beschichtungen. LISUN UV-263LS UV-beschleunigte Bewitterungsprüfkammer Es handelt sich um ein fluoreszierendes UV-Alterungsgerät. Es kann so programmiert werden, dass es abwechselnde Zyklen von UV-Licht, Kondensation und Wassersprühung durchführt, um beschleunigte Bewitterungstests unter kontrollierten Temperaturbedingungen zu ermöglichen. Innerhalb weniger Wochen kann es Alterungsschäden an Beschichtungen simulieren, die im Freien über Monate oder sogar Jahre auftreten würden. Die UV-Bewitterungskammer erfüllt nationale und internationale Normen für Beschichtungsbewitterung, darunter GB/T 23987-2009, GB/T 16422.3-2022, ASTM G154 und ISO 11507, und eignet sich für verschiedene Anwendungsbereiche wie den Vergleich von Rezepturen in der Forschung und Entwicklung, die Wareneingangskontrolle und die Produktzertifizierung.

UV-263LSUV-Alterungstestkammer

Prinzip der beschleunigten Alterung in der UV-beschleunigten Bewitterungsprüfkammer

Das Prüfprinzip der UV-Bewitterungskammer basiert auf der Simulation beschleunigter Alterung unter Umweltbedingungen: UV-Lampen simulieren Sonneneinstrahlung, kondensierte Feuchtigkeit simuliert Regen und Tau. Die Materialien werden in zyklischen Programmen abwechselnd Lichteinwirkung und Feuchtigkeit ausgesetzt und bei festgelegten Temperaturen beschleunigt gealtert, um schnell Daten zur Witterungsbeständigkeit zu erhalten. Der gesamte Alterungsprozess wird von drei Modulen koordiniert: UV-Bestrahlung, Kondensationsbefeuchtung und Temperaturregelung. Das UV-Bestrahlungsmodul verwendet UV-Fluoreszenzlampen, die ultraviolette Strahlen in spezifischen Wellenlängenbereichen emittieren. UVA-340-Lampen weisen Spektren auf, die dem UV-Bereich des Sonnenlichts im Freien entsprechen und für die konventionelle Bewitterungssimulation geeignet sind; kurzwellige UVB-313-Lampen liefern eine höhere Strahlungsenergie für hochintensive beschleunigte Screening-Tests. UV-Photonen bombardieren Polymere in Beschichtungsfilmen, spalten chemische Bindungen der Harze, erzeugen freie Radikale und initiieren photooxidativen Abbau, was zu Oberflächenveränderungen wie Glanzverlust und Farbverschiebungen führt.

Das Kondensationsmodul erzeugt Wasserdampf durch Erhitzen eines Wassertanks am Boden der Kammer. Nach dem Aufbau eines Temperaturunterschieds im Inneren kondensiert der Wasserdampf zu einem flüssigen Wasserfilm auf den gekühlten Probenoberflächen und simuliert so Morgentau. Einige Modelle sind mit einem Wassersprühsystem ausgestattet, um Regen im Freien zu simulieren. Feuchtigkeit aus Tau und Regen dringt in die mikroskopischen Poren der Beschichtungen ein und beschleunigt die Hydrolyse. Dadurch werden Alterungsschäden durch UV-Licht verstärkt, einem nicht zu vernachlässigenden Umweltfaktor für das Versagen von Außenbeschichtungen. Alle Testverfahren werden in kontrollierten Temperaturbereichen durchgeführt. Entsprechende Temperaturen für die Belichtungs- und Kondensationsphase simulieren die Umwelteinflüsse der sommerlichen Sonneneinstrahlung und die Temperaturdifferenz zwischen Tag und Nacht. Die UV-Bewitterungskammer führt standardisierte Zyklen durch. Die Proben durchlaufen abwechselnd UV-Bestrahlung und Kondensationsphasen bei hoher Luftfeuchtigkeit in wiederholten Zyklen. So werden Alterungsschäden, die sich über lange Zeiträume in der natürlichen Umgebung ansammeln, in kurzen Labortests komprimiert. Es ist zu beachten, dass die UV-Bewitterungskammer hauptsächlich die Wechselwirkung von ultraviolettem Licht und Feuchtigkeit simuliert und spezielle Außenbedingungen wie Luftverschmutzung, Sanderosion und biologischen Befall nicht vollständig nachbilden kann. Die Testergebnisse dienen daher primär dem relativen Leistungsvergleich der Proben.

Hardwarestruktur und Spezifikationsparameter UV-263LS UV-beschleunigte Bewitterungsprüfkammer

Das LISUN UV-263LS Die UV-Bewitterungskammer verfügt über eine quadratische Innenkammerstruktur. Das Außengehäuse besteht aus hochwertigem, kaltgewalztem Stahlblech mit elektrostatischer Pulverbeschichtung. Der Innenraum ist korrosionsbeständig und leicht zu reinigen. Die Kammer ist mit acht 40-W-UVA-340-Fluoreszenzlampen ausgestattet. Die Bestrahlungsstärke ist stufenlos von 0.35 bis 1.2 W/m² einstellbar. Eine Bestrahlungsstärkeüberwachungseinheit überwacht die UV-Ausgangsintensität in Echtzeit und kompensiert den Lichtabfall der Lampen während der Betriebsdauer. Das Temperaturregelungssystem hält die Temperatur der schwarzen Paneele in der Kammer im Bereich von +10 °C bis 70 °C Umgebungstemperatur. Die Kondensation erfolgt durch Erhitzen des Wassertanks zur Erzeugung von Wasserdampf, wodurch die relative Luftfeuchtigkeit in der Kammer über 75 % rF erreicht werden kann. Das Gerät ist mit einem programmierbaren LCD-Controller ausgestattet, der die freie Einstellung von Beleuchtungsdauer, Kondensationsdauer, Sprühdauer und Gesamtzyklusanzahl ermöglicht. Die Testdauer kann von 0 bis 999 Stunden eingestellt werden, und alle Betriebsdaten werden aufgezeichnet. Der Probenhalter ist mit Standard-Beschichtungsprüfplatten kompatibel und kann mehrere Probengruppen gleichzeitig aufnehmen. Er gewährleistet einen stabilen Abstand zwischen Proben und Lampen, sodass jede Prüfplatte eine gleichmäßige UV-Bestrahlung erhält und Messfehler reduziert werden. Die folgende Tabelle listet die wichtigsten Spezifikationen der gängigsten Modelle auf. LISUN UV-263 Serie UV-Bewitterungsprüfkammer mit beschleunigter Bewitterung.

Implementierungspunkte für Bewitterungstests von Beschichtungen und Lacken mit Hilfe einer UV-beschleunigten Bewitterungskammer

Vor der Durchführung von Witterungsbeständigkeitsprüfungen für Beschichtungen und Farben in der UV-beschleunigten Bewitterungskammer werden die Prüfplatten gemäß den entsprechenden Normen vorbereitet. Die Auswahl geeigneter Untergründe richtet sich nach der Beschichtungsart: Zementplatten werden üblicherweise für architektonische Außenanstriche, entsprechende Holzuntergründe für Holzbeschichtungen und kaltgewalzte Stahlbleche für industrielle Decklacke verwendet. Das Sprühen oder Streichen erfolgt streng nach den Vorgaben der Beschichtungsprodukte, die Trockenfilmdicke wird kontrolliert und die vollständige Aushärtung unter standardisierten Umgebungsbedingungen sichergestellt. Für jede Testgruppe werden mehrere parallele Platten vorbereitet. Einige Platten dienen der Probenahme und Prüfung in festgelegten Abständen, während unalterte Original-Referenzplatten für den Vergleich von Glanz und Farbunterschieden nach der Alterung aufbewahrt werden. Die Plattenoberflächen müssen sauber, frei von Ölflecken und Fingerabdrücken sein, um Störfaktoren zu vermeiden.

Die vorbereiteten Testplatten werden ordentlich auf dem Probengestell der UV-Bewitterungskammer montiert, wobei die lichtzugewandten Seiten den Lampen zugewandt sind. Zwischen den Platten müssen Abstände eingehalten werden; überlappende Abschirmungen sind nicht zulässig. Das Testprogramm wird gemäß der gewählten Norm eingestellt. Am Beispiel von GB/T 23987-2009 „Farben und Lacke – Künstliche Bewitterung von Beschichtungen – Bestrahlung mit UV-Leuchtstofflampen und Wasser“ werden Temperatur und Dauer der UV-Bestrahlungsphase, Temperatur und Kondensationsdauer der Kondensationsphase sowie die vollständigen Zykluszeiten und die Gesamtteststunden festgelegt. Die Anlage wird in Betrieb genommen. Die UV-Bewitterungskammer wechselt automatisch zwischen UV-Bestrahlung und Kondensation. Während des Betriebs werden regelmäßig die Bestrahlungsstärke und die Temperaturparameter sowie der Wasserstand im Wassertank überprüft, um eine ausreichende Wasserversorgung für die Kondensation sicherzustellen. Zu den im Testplan festgelegten Zeitpunkten werden die entsprechenden Platten entnommen, unter standardisierten Umgebungsbedingungen stabilisiert und anschließend Glanzbeständigkeit, Farbdifferenz ΔE, Kreidungsgrad, Rissgrad, Haftung und weitere Indikatoren der Beschichtung geprüft. Alle Daten werden erfasst und mit den Original-Referenzplatten verglichen, um den Alterungsgrad der Beschichtung zu bewerten.

Neben architektonischen Beschichtungen eignet sich die UV-Bewitterungsprüfkammer auch für viele organische Beschichtungssysteme wie Holzfarben, Kunststoff-Decklacke und Korrosionsschutzbeschichtungen. In der Forschungs- und Entwicklungsphase ermöglicht sie einen schnellen Vergleich der Witterungsbeständigkeit verschiedener UV-beständiger Additive und Harzformulierungen, um leistungsfähigere Formulierungen zu identifizieren. In der Qualitätsprüfung wird überprüft, ob die fertigen Beschichtungen die technischen Spezifikationen erfüllen. Es ist wichtig zu beachten, dass die Ergebnisse der UV-Bewitterungsprüfkammer relative Witterungsbeständigkeitswerte darstellen. Soll die tatsächliche Lebensdauer der Materialien im Außenbereich ermittelt werden, ist eine Korrelationskalibrierung in Kombination mit natürlichen Bewitterungstests erforderlich.

Wartungs- und Prüfpunkte für Ausrüstung

Die Wartung der UV-Bewitterungskammer hat direkten Einfluss auf die Zuverlässigkeit der Daten aus den Bewitterungstests. Fluoreszierende UV-Lampen verlieren mit zunehmender Betriebsdauer an Leuchtkraft. Die Bestrahlungsstärke muss regelmäßig überwacht werden. Entspricht die UV-Leistung nicht mehr den Standardanforderungen, müssen die Lampen umgehend ausgetauscht werden; der Zustand der Lampen bei einfacher Beleuchtung reicht nicht aus, um die Betriebsfähigkeit zu beurteilen. Der Kondenswasserbehälter muss regelmäßig gewechselt und gereinigt werden, um Kalkablagerungen und mikrobielle Ansammlungen zu verhindern und eine Kontamination der Proben mit Wasserdampf zu vermeiden. Reinigen Sie die Probenkammer nach jedem Test, um abgefallene Beschichtungsreste zu entfernen. Sorgen Sie für eine gute Belüftung der Betriebsumgebung und halten Sie die Umgebungstemperatur zwischen 5 und 35 °C, um einen stabilen Betrieb des Temperaturregelungssystems zu gewährleisten. Die Prüfer müssen in allen Phasen die Lampenwechselzeiten, die Kalibrierungsdaten der Bestrahlungsstärke, die Betriebsprogramme der Anlage und die Daten der Probenanalyse vollständig dokumentieren, um vollständige Prüfdokumente zu erstellen, die die Rückverfolgbarkeitsanforderungen der Prüfberichte erfüllen. Die Standardzyklusparameter dürfen nicht willkürlich geändert werden. Änderungen der Lichttemperatur, der Kondensationstemperatur und der Dauer der einzelnen Abschnitte verändern die Alterungsbelastung direkt und machen die Prüfergebnisse unvergleichbar.

Fazit

Die Witterungsbeständigkeit von Beschichtungen und Farben ist ein entscheidender Indikator für die Qualität von Außenbeschichtungsprodukten. Herkömmliche Bewitterungstests unter natürlicher Witterung haben lange Zyklen und können mit dem schnellen Entwicklungstempo moderner Beschichtungsprodukte kaum mithalten. Die UV-Bewitterungskammer simuliert mithilfe von UV-Lampen Sonneneinstrahlung und kondensierter Feuchtigkeit Tau und Regen und ermöglicht so eine beschleunigte Alterung in programmierbaren Zyklen. Dadurch lassen sich die Witterungsbeständigkeitsunterschiede verschiedener Beschichtungen innerhalb kurzer Zeit vergleichen. LISUN UV-263LS UV-beschleunigte Bewitterungsprüfkammer Das Gerät zeichnet sich durch einstellbare Bestrahlungsstärke und stabile Temperatur- und Feuchtigkeitsregelung aus. Es ist mit zahlreichen nationalen und internationalen Prüfnormen für die Bewitterungsbeständigkeit von Beschichtungen kompatibel und ermöglicht beschleunigte Bewitterungstests für Fassadenfarben, Holzbeschichtungen, Industrielacke und diverse andere Farben und Lacke. Es unterstützt die Rezepturentwicklung, die Produktqualitätsprüfung und Konformitätsprüfungen. Im praktischen Einsatz müssen die Prüfer die Probenvorbereitung standardisieren, die Prüfzyklen gemäß den Normen festlegen, die Geräte regelmäßig kalibrieren und warten, die Leistungsgrenzen der UV-Bewitterungskammer genau kennen und die Daten der beschleunigten Alterung mit den Ergebnissen natürlicher Bewitterung vergleichen, um die Witterungsbeständigkeit von Beschichtungen und Lacken wissenschaftlich und objektiv zu bewerten.