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Beschleunigte Bewitterungsprüfungen verkürzen Testzeiten und senken Kosten

Vier Jahreszeiten – im Zeitraffer

von Dr. Florian Feil

Das Wetter kann manches Kunststoffprodukt massiv beeinträchtigen, von Beschichtungen und Lacken langlebiger Produkte wie Windrädern oder Autos ganz abgesehen. Um unliebsame Überraschungen zu vermeiden, gibt es Bewitterungsprüfungen, die das Wetter simulieren. Neue beschleunigte Prüftechniken sorgen dafür, Produktfehler schneller zu erkennen. Das bedeutet kürzere Prüfungszeiten und geringere Kosten – kurz: mehr Produktivität.

Abb. Die Xenonbogen-Lampe in der Mitte ­simuliert die Sonne: der Probenkorb eines Weather-Ometer Ci5000 mit verschiedenen Polymer- und Beschichtungsproben.

Kunststoffe sowie Lacke und Beschichtungen sind oft wechselnden äußeren Bedingungen ausgesetzt: Regen, Sonne, Wind und Schnee – also Licht, Temperatur und Feuchte – können ihre Lebensdauer maßgeblich beeinflussen. In manchen Bereichen wie beispielsweise den regenerativen Energien haben Produkte wie Windräder oder Solaranlagen Lebenszyklen bis zu 25 Jahren. Eine enorme Herausforderung für die Materialien – umso wichtiger sind Bewitterungsprüfungen bei der Entwicklung dieser Produkte.

Produktlebensdauer abschätzen und verbessern

Bewitterungsprüfungen berücksichtigen die Einflüsse des Wetters auf Materialien in all ihren Erscheinungsformen und Zyklen. Sie helfen dabei, Materialien und Produkte für Außen- und Innenanwendungen zu entwickeln und zu qualifizieren. Fehler sollen damit aufgedeckt und die Produktlebensdauer abgeschätzt werden.

Kern einer Bewitterungsprüfung ist die Strahlungsquelle. Dabei haben Xenonbogenlampen gegenüber Fluoreszenzröhren den Vorteil, dass sie dank der neuesten Filter­generation natürliches Sonnenlicht optimal über das gesamte Spektrum simulieren, inklusive der kritischen UV-Kante. Ergebnis ist eine realistische Reproduktion natürlicher Fotoabbauprozesse.

Beschleunigung dank hoher Bestrahlungsstärken

Um die Bewitterungsprüfung zu beschleunigen, gibt es die Möglichkeit, die Bestrahlungsstärke zu erhöhen. Ob „HE-Prüfungen“ (H = High/E = Bestrahlungs- stärke/Irradiance) realistische Ergebnisse liefern, kann mittels ISO-Spezifikation (ISO/TC 61/SC 6 N 1339 Plastics – Deterministic acceleration of laboratory weathering) überprüft werden. Die Gerätetechnik dafür muss in der Lage sein, Prüfparameter wie etwa Probentemperatur und Feuchte permanent konstant zu halten. Entsprechende Hightechgeräte können Bewitterungsprüfungen dreimal schneller realisieren als Standardgeräte. Bei bisher extrem langen Prüfungsdauern von bis zu 30.000 Stunden, also mehr als drei Jahren, bedeutet das eine Reduzierung auf rund 10.000 Stunden – und damit eine enorme Zeit- und Kostenersparnis.

Freibewitterung zehn- bis zwölfmal schneller

Auch bei der Freibewitterung zum Beispiel für Tests von Automobil-Karosserieteilen, Baumaterialien und Verpackungen gibt es neue Methoden. „Cool Mirrors“, die nur den UV-Bereich und einen Teil des sichtbaren Lichts ohne den IR-Anteil reflektieren, machen das möglich. Damit kann das natürliche Sonnenlicht deutlich stärker ­intensiviert werden, ohne die Proben zu überhitzen. Dank ausgereifter Kühlung sind so realistische Bewitterungen bis zu zwölfmal schneller erreichbar als bei natürlicher, statischer Bewitterung.

Ein lange unbekannter Faktor: die Oberflächentemperatur

Weiterer Meilenstein in der Prüftechnik sind kontaktlose Strahlungsthermometer in der jüngsten Generation von Bewitterungsgeräten. Damit lassen sich die Probentemperaturen kontinuierlich online messen und aufzeichnen. Lebensdauerabschätzungen sind so wesentlich fundierter als mit herkömmlichen Methoden.

Neue technologische Entwicklungen bei der Bewitterung helfen, Abbauprozesse besser zu verstehen, und erleichtern die Vergleichbarkeit zwischen künstlicher und natürlicher Bewitterung. Bewitterungsprüfungen werden damit nicht nur zuverlässiger, sondern auch schneller. Dies ermöglicht die zügige und zielgerichtete Entwicklung von Produkten wie Kunststoffen, Lacken und Beschichtungen für die Anforderungen des Marktes.