Wie man konforme Xenon-Bogenprüfungen gemäß ISO 4892‐2 und ASTM G155 durchführt

Abstract
Bei der Bewitterung von Werkstoffen im Freien sind Sonneneinstrahlung, wechselnde Temperatur- und Feuchtigkeitsbedingungen sowie Regen die Hauptursachen für Ausbleichen, Verschlechterung der mechanischen Eigenschaften und Oberflächenrisse. Xenon-Bogenlampen-Prüfgeräte bilden das volle Spektrum des natürlichen Sonnenlichts mithilfe von Xenon-Bogenlampen nach und erzeugen so beschleunigte Zyklen von Beleuchtung, hoher Temperatur, Kondensation und Wassernebel. Sie komprimieren mehrjährige natürliche Alterungszyklen auf wenige Wochen. ISO 4892-2 und ASTM G155 sind zwei zentrale internationale Normen für beschleunigte Xenon-Bogenlampen-Bewitterungsprüfungen von nichtmetallischen Werkstoffen. Sie legen verbindliche Spezifikationen für die spektrale Anpassung der Geräte, die Bestrahlungsstärkeregelung, die Temperatur- und Feuchtigkeitszyklen, die Filtersysteme und die Prüfverfahren fest. LISUN Anhand der wassergekühlten Xenonbogen-Bewitterungsprüfkammer XD-WAT-Ci3000 beschreibt dieser Artikel branchenübergreifende Anwendungsszenarien von Xenonbogen-Prüfgeräten, stellt systematisch standardisierte Prüfverfahren gemäß den beiden Normen dar und veranschaulicht die Hardwaregrundlagen für die Normenkonformität anhand einer Parametervergleichstabelle. Er bietet umfassende praktische Hinweise für Konformitätsprüfungen der Bewitterung von Beschichtungen, Kunststoffen, Automobilkomponenten, Photovoltaik-Baumaterialien und Textilien.

Einführung

Natürliche Bewitterungstests im Freien leiden unter langen Testzyklen, unkontrollierbaren Umwelteinflüssen und geringer Datenreproduzierbarkeit. Dadurch werden die zeitkritischen Anforderungen für die Entwicklung neuer Materialien, die Qualitätskontrolle von Endprodukten und Chargenprüfungen in externen Laboren nicht erfüllt. Daher hat sich die Xenon-Bogenlampe zu einem zentralen Laborinstrument zur Bewertung der Bewitterungsbeständigkeit von Materialien entwickelt. Als klassische wassergekühlte Lampe Xenon-Bogenprüfgerät, LISUN Das XD-WAT-Ci3000 ist mit einer langlebigen 4500-W-Xenon-Bogenlampe ausgestattet, deren Spektrum zu über 90 % dem natürlichen Sonnenlicht entspricht. Es verfügt über mehrere schaltbare optische Filter, ein geschlossenes System zur Steuerung der Bestrahlungsstärke und unabhängige Temperatur- und Feuchtigkeitsregulierungsmodule. Vorinstalliert mit vollständigen Standardroutinen für ISO 4892-2 und ASTM G155, ermöglicht das Gerät den direkten Abruf von Standardzyklen ohne manuelle Parametereingabe und dient als universelles Prüfgerät für Forschung und Entwicklung, Qualitätskontrolle und wissenschaftliche Untersuchungen.

ISO 4892-2 spezifiziert Labormethoden zur Xenonbogenprüfung von Kunststoffen. Sie unterscheidet zwei Simulationsbedingungen: Tageslicht im Freien und Belichtung hinter Glas. Zudem definiert sie die Filterauswahl, Bestrahlungsstärkebereiche, die Temperatur der Schwarzplatte und die Dauer der Sprühzyklen. ASTM G155 ist ein allgemeiner Standard für die Xenonbogenprüfung nichtmetallischer Werkstoffe, darunter Beschichtungen, Textilien, Gummi und Automobilteile. Er legt einheitliche Anforderungen an die Gerätekalibrierung, die Prüfung paralleler Proben, die Datenerfassung und die Ergebnisauswertung fest. Obwohl sich die Parameter beider Normen teilweise überschneiden, unterscheiden sie sich in den detaillierten Prüfbedingungen. Nur durch die Verwendung von kompatiblen Xenonbogenprüfgeräten und die Einhaltung der schrittweisen Prüfverfahren können die Prüfergebnisse internationale Anerkennung erlangen.

Anwendungsbereich von Xenon-Bogenprüfgeräten in verschiedenen Bereichen

Durch die Nutzung umfassender Umweltsimulationsmöglichkeiten LISUN Das Xenon-Bogenprüfgerät XD‑WAT‑Ci3000 deckt fünf Hauptanwendungsbereiche ab: Materialforschung und -entwicklung, Qualitätsprüfung von Fertigprodukten, Automobilherstellung, Bau-Photovoltaikindustrie und wissenschaftliche Prüfinstitute, wobei für jeden Bereich unterschiedliche Testprioritäten gelten.

Für die Forschung und Entwicklung neuer Materialformulierungen kann diese Xenon-Bogenprüfanlage bis zu 22 Proben mit den Abmessungen 145 mm × 70 mm aufnehmen. Die Mitarbeiter der Forschungs- und Entwicklungsabteilung bestücken mehrere Gruppen von Kunststoff-, Beschichtungs- und Textilproben mit unterschiedlichen Additiv- und Harzformulierungen und führen Testzyklen gemäß ISO 4892-2 durch. Vor und nach der Alterung werden Spektralphotometer, Glanzmessgeräte und Zugprüfmaschinen eingesetzt, um Daten wie Farbdifferenz ΔE, Glanzerhalt und Zugfestigkeit zu erfassen. Durch den Vergleich der Alterungsdegradation verschiedener Formulierungen können Entwickler optimale witterungsbeständige Formeln auswählen und die Entwicklungszyklen neuer Materialien deutlich verkürzen. Beispielsweise lassen sich in der Forschung und Entwicklung von witterungsbeständigen, modifizierten Polypropylen-Kunststoffen mithilfe beschleunigter Xenon-Bogenprüfungen schnell bewerten, wie die Dosierung von UV-Stabilisatoren Rissbildung und Vergilbung unterdrückt und Ausfälle im Langzeiteinsatz im Außenbereich verhindert.

Bei der Endproduktprüfung von Industriegütern, wie z. B. Aluminium-Kunststoff-Verbundplatten, Rückseitenfolien für Photovoltaikmodule und Abdichtungsmembranen, sind werkseitige Bewitterungstests gemäß GB/T 16422.2 (entspricht ISO 4892-2) erforderlich. Xenon-Bogenprüfgeräte simulieren wechselnde Bedingungen von hohen Sommertemperaturen und starkem Regen, um Oberflächenauskreide, Delamination und Verfärbungen zu erkennen. Nur Produkte, die die beschleunigte Alterung über festgelegte Zeiträume bestehen, erfüllen die Marktzugangsvoraussetzungen für in- und ausländische Baustoffmärkte und reduzieren die Risiken im After-Sales-Bereich bei Endkundenprojekten.

Die Automobilindustrie stellt einen häufigen Anwendungsbereich für Xenon-Bogenlampenprüfgeräte dar. Fahrzeuginnenausstattungen wie Armaturenbrettstoffe, Stoßfänger, Autolacke und Sicherheitsglas erfordern unterschiedliche Prüfbedingungen. Für die Simulation von Freiluftbestrahlung werden die Tageslichtfilterzyklen nach ISO 4892-2, Methode A, angewendet. Innenteile werden gemäß ASTM G155 hinter Glas geprüft, um die hohen Temperaturen des Sonnenlichts im geschlossenen Fahrzeuginneren nachzubilden. Das Gerät schaltet automatisch Beleuchtung, Hochtemperatur und Sprühzyklen um, um Ausbleichen, Versprödung und Blasenbildung im Lack über einen längeren Zeitraum zu überprüfen und dabei die Materialvorgaben der Originalausrüster (OEMs) von Ford, Volkswagen und General Motors zu erfüllen.

Darüber hinaus unterstützt diese Xenon-Bogenlampen-Prüfanlage die Grundlagenforschung zu Alterungsmechanismen an Universitäten und Materialforschungsinstituten. Forscher können Bestrahlungsstärke, Temperatur und Feuchtigkeitszyklen individuell einstellen, um die einzelnen Effekte von UV-Strahlung, Feuchtigkeit und Temperatur auf Polymerkettenbruch und Vernetzung zu isolieren. Externe Prüflaboratorien nutzen vorprogrammierte Standardroutinen, um im Auftrag Bewitterungstests für Beschichtungen, Textilien, Elektronikkunststoffe und Gummi-Kunststoff-Produkte für den Außenbereich durchzuführen und Prüfberichte zu erstellen, die gemäß ISO- und ASTM-Standards anerkannt sind.

Kernhardwareparameter von LISUN XD‑WAT‑Ci3000 Xenon-Bogenprüfgerät zur Einhaltung von ISO 4892‑2 und ASTM G155

Beide Normen stellen strenge Anforderungen an Lichtquelle, Bestrahlungsstärke, Temperatur-Feuchte-Verhältnis, Filtersysteme und Probenkapazität für Xenon-Bogenprüfgeräte. Hardware-Spezifikationen von LISUN Die wassergekühlte Xenon-Bogenlampen-Bewitterungskammer XD‑WAT‑Ci3000 erfüllt alle Normen. Die folgende Tabelle vergleicht die wichtigsten Gerätespezifikationen mit den Anforderungen der Normenkonformität.

Tabelle 1 Kernparameter von LISUN XD‑WAT‑Ci3000 Xenon-Bogenprüfgerät und Konformitätsanforderungen von ISO 4892‑2 und ASTM G155

Wie in Tabelle 1 dargestellt, LISUN Die Xenonbogenprüfanlage XD-WAT-Ci3000 erfüllt alle obligatorischen technischen Anforderungen der beiden internationalen Normen hinsichtlich Lichtquelle, Klimatisierung und Zubehörsystemen und bildet somit die Hardwaregrundlage für normgerechte Xenonbogen-Bewitterungsprüfungen. Vereinfachte Prüfkammern ohne entsprechende Steuerungsfunktionen können keine nach ISO und ASTM anerkannten Prüfdaten liefern.

Vollständiger standardisierter Testablauf gemäß den beiden Standards

Basierend auf LISUN Das Xenon-Bogenprüfgerät XD-WAT-Ci3000 und die allgemeine Betriebslogik von ISO 4892-2 und ASTM G155 bilden den vollständigen Prüfablauf, der sieben Phasen umfasst: Probenvorbehandlung, Geräteprüfung und -kalibrierung, Konfiguration der Prüfbedingungen, Probenmontage, kontinuierliche Belichtung, Probenkonditionierung und Leistungsmessung sowie Ergebnisauswertung. Die Unterschiede zwischen den beiden Normen liegen hauptsächlich in den Zyklusparametern und der Filterauswahl, während die grundlegenden Arbeitsschritte identisch bleiben.

Phase eins umfasst die Probenvorbereitung und die Erfassung der Ausgangsdaten. Die Proben sind gemäß den Normen auf einheitliche Abmessungen zuzuschneiden und müssen saubere, öl- und kratzerfreie Oberflächen aufweisen. Für jede Probengruppe sind mindestens drei Parallelproben (statistische Anforderung gemäß ASTM G155) sowie Referenzproben mit bekannter Witterungsbeständigkeit vorzubereiten. Die Ausgangswerte, einschließlich Farbunterschied, Oberflächenglanz und Zugfestigkeit, sind mittels Spektralphotometer, Glanzmessgerät und Zugprüfgerät zu erfassen. Die Proben sind eindeutig zu kennzeichnen, um eine Vermischung verschiedener Formulierungen oder Chargen zu vermeiden.

Phase zwei umfasst die vollständige Geräteprüfung und die normgerechte Kalibrierung der Xenon-Bogenlampenprüfgeräte. Prüfen Sie die Betriebsstunden der Lampe und tauschen Sie die Xenon-Bogenlampe aus, wenn diese sich ihrer Nennlebensdauer von 2000 Stunden nähert. Stellen Sie sicher, dass der Kühlwasserwiderstand unter 5 μS/cm liegt und die Sprühleitungen frei und dicht sind. Starten Sie die Touchscreen-Kalibrierungsroutinen, um die 340-nm-Bestrahlungsstärkesonde, die Kammerlufttemperatur und den Temperatursensor der schwarzen Platte zu kalibrieren und die Abweichungen innerhalb der zulässigen Grenzwerte zu halten. Archivieren Sie die Kalibrierungsprotokolle als Anhänge zu den Prüfberichten. Wählen Sie die optischen Filter entsprechend der Zielnorm aus: Verwenden Sie einen Borosilikat-Tageslichtfilter für die Belichtung nach ISO 4892-2 Methode A im Freien; ersetzen Sie ihn durch einen Natronkalkfilter für die Belichtung hinter Glas in Innenräumen nach Methode B; verwenden Sie die Standard-Tageslichtfilterbaugruppe für die Belichtung nach ASTM G155 im Freien.

Phase drei umfasst die Einrichtung der Testbedingungen. Rufen Sie die entsprechenden Standardroutinen auf dem Touchscreen des Geräts auf. Der Standardzyklus für ISO 4892-2, Methode A, besteht aus 102 Minuten Lichttrocknung und 18 Minuten Lichtsprühung, einer festen Bestrahlungsstärke von 0.51 W/m² bei 340 nm, einer Temperatur der Testplatte von 65 °C und einer relativen Luftfeuchtigkeit von 60 % in der Kammer. Der allgemeine Außenzyklus für ASTM G155 sieht eine Bestrahlungsstärke von 0.55 W/m² bei 340 nm und eine Temperatur der Testplatte von 63 °C vor. Die Sprühintervalle sind je nach Materialkategorie anpassbar. Erstellen und speichern Sie benutzerdefinierte Routinen für spezifische Normen der Automobilindustrie oder von Baumaterialien, um wiederholte manuelle Eingaben zu vermeiden.

Phase vier befasst sich mit der Probenmontage. Legen Sie die Proben gleichmäßig auf den Drehteller, sodass die Prüfflächen der Xenon-Bogenlampe zugewandt sind. Achten Sie auf einen Mindestabstand von 10 mm zwischen den Proben, um eine gleichmäßige Bestrahlungsstärke zu gewährleisten. Verschließen Sie freie Plätze im Drehteller mit schwarzen Abdeckplatten, um Schwankungen der Kammerumgebung zu vermeiden. Schließen Sie die Kammertür und prüfen Sie die Licht- und Luftdichtheit.

Phase fünf umfasst die kontinuierliche Testlaufsteuerung. Die Sollwerte sind 30 Minuten vor Testbeginn zu stabilisieren. Die Xenon-Bogenlampenprüfgeräte schalten Beleuchtung, Heizung, Sprühnebel und Kondensation automatisch in Zyklen. Gemäß beiden Normen ist die Kammer alle 250 Stunden zur Sichtprüfung zu öffnen und Oberflächenfehler wie Ausbleichen, Risse und Blasenbildung zu fotografieren. Die Zeitmessung ist vor dem Öffnen der Tür zu pausieren und erst fortzusetzen, wenn Bestrahlungsstärke, Temperatur und Luftfeuchtigkeit in der Kammer die Sollwerte erreicht haben. Bestrahlungsstärke, Temperatur der schwarzen Platte und Feuchtigkeitskurven sind während des gesamten Tests in Echtzeit zu protokollieren.

Phase sechs umfasst die Probenentnahme und Standardkonditionierung. Nach Abschluss der angestrebten Gesamtexpositionszeit wird die Kammer gestoppt und die Proben entnommen. Die Proben werden 4 Stunden lang unter konstanten Bedingungen von 23 °C ± 2 °C und 50 % ± 5 % relativer Luftfeuchtigkeit konditioniert, um vorübergehende Leistungsänderungen aufgrund hoher Temperaturen und hoher Luftfeuchtigkeit während der Alterung zu eliminieren. Anschließend werden Farbunterschied, Glanz und mechanische Eigenschaften erneut gemessen und die Leistungserhaltungsraten im Vergleich zu den Ausgangswerten berechnet.

Phase sieben umfasst die Auswertung der Ergebnisse. Kreidungs- und Verfärbungsgrade werden anhand von Standardreferenzkarten bewertet und die Farbdifferenzwerte (ΔE) quantifiziert. Die Abnahme der Zugfestigkeit und Bruchdehnung wird analysiert. ISO 4892-2 konzentriert sich auf die grundlegende Bewitterungsklassifizierung von Werkstoffen. ASTM G155 fordert einen Vergleich mit der Alterungsintensität von Referenzproben und validiert die Prüfqualität durch die Streuung der Daten von Parallelproben. Die Abschlussprüfberichte müssen Gerätemodell, Zyklusparameter, Kalibrierungsaufzeichnungen und Datensätze zur Probenleistung enthalten.

Wichtige Hinweise zur Implementierung von ISO 4892‐2 und ASTM G155

Bei der Durchführung von Tests mit LISUN Beim Xenon-Bogenprüfgerät XD-WAT-Ci3000 bestehen zwischen den beiden Normen wesentliche Verfahrensunterschiede. Eine falsche Konfiguration der Prüfbedingungen führt zur Ungültigkeit der Messdaten.

Die Filterwahl stellt den größten Unterschied dar. ISO 4892-2 definiert lediglich zwei grundlegende Filtermodi: Tageslicht und Hinter-Glas-Filter ohne erweiterten UV-Modus. ASTM G155 bietet zusätzlich erweiterte UV-Filterkombinationen für Fahrzeugaußenteile und Außenbeschichtungen, die höhere Beschleunigungsfaktoren erfordern. Nach einem Filterwechsel muss die Bestrahlungsstärke neu kalibriert werden, um durch spektrale Änderungen verursachte Intensitätsfehler zu eliminieren.

Die Anforderungen an Sprühzyklen unterscheiden sich. ISO 4892-2, Methode A, schreibt periodisches Sprühen zur Simulation von Regen im Freien vor; bei Innenräumen hinter Glas muss das Sprühen deaktiviert werden. ASTM G155 schreibt keine Sprühzyklen vor. Anwender können je nach Einsatzbedingungen zwischen kontinuierlichem Trockenlicht- oder intermittierendem Sprühen wählen; für die Prüfung von Innenkomponenten wird das Sprühen in der Regel abgeschaltet.

Die Anforderungen an die Datenrückverfolgbarkeit variieren. ASTM G155 schreibt strenge Protokollierungsanforderungen vor: Stündliche Verläufe von Bestrahlungsstärke, Temperatur und Luftfeuchtigkeit müssen vollständig gespeichert werden. Die mitgelieferte PC-Datenerfassungssoftware exportiert automatisch vollständige Messprotokolle für die Prüfung durch externe Labore. ISO 4892-2 verlangt lediglich die Dokumentation wichtiger Parameter.

Beide Normen betonen die Gleichmäßigkeit der Bestrahlungsstärke bei Xenon-Bogenprüfgeräten. Der rotierende Probenhalter muss kontinuierlich laufen; eine statische einseitige Bestrahlung der Proben ist unzulässig. Die Konstruktion ist auf kontinuierliche Rotation ausgelegt. LISUN XD‑WAT‑Ci3000 vermeidet lokale Über- oder Unterbestrahlung und gewährleistet einen synchronen Alterungsprozess für Proben aus mehreren Gruppen.

Fazit

Xenon-Bogenprüfgerät Es handelt sich um unverzichtbare Laborausrüstung zur Bewertung der Langzeitstabilität nichtmetallischer Werkstoffe im Außenbereich. Ausgestattet mit vollständiger Lichtquelle, Temperatur- und Feuchtigkeitsregelung, Sprüh- und Filtertechnik, LISUN Die wassergekühlte Xenon-Bogenlampen-Bewitterungskammer XD-WAT-Ci3000 erfüllt alle technischen Spezifikationen der Normen ISO 4892-2 und ASTM G155 und unterstützt damit die Testanforderungen in der Materialforschung und -entwicklung, der Qualitätsprüfung von Industrieprodukten, der Automobilindustrie, der Gebäude-Photovoltaikbranche sowie in wissenschaftlichen Forschungseinrichtungen. Die strikte Einhaltung der in beiden Normen spezifizierten Arbeitsabläufe – einschließlich Probenvorbehandlung, Gerätekalibrierung, Einrichtung der Bedingungen, Belichtungssteuerung und Ergebnisauswertung – sowie vorprogrammierte Standardroutinen minimieren menschliche Fehler und ermöglichen international anerkannte beschleunigte Bewitterungsdaten. Angesichts der steigenden Anforderungen an die Entwicklung neuer Materialien und die Qualitätskontrolle von Import-Export-Produkten sind konforme Xenon-Bogenprüfgeräte zusammen mit standardisierten Prüfverfahren entscheidende Säulen für die Qualitätskontrolle der Bewitterungsbeständigkeit von Materialien, die Verkürzung der F&E-Zyklen und die Erfüllung der Anforderungen an Marktzugangsprüfungen.