Die 3 Faktoren der Bewitterung

Transkript

1 Über 100 Jahre Freibewitterung - der Weg von der statischen Auslagerung bis zur ultrabeschleunigten Exposition 14. Okt Okt Uwe Wendt Die 3 Faktoren der Bewitterung

2 Natürliche Bewitterungsmethoden Bild der ersten dokumentierten natürlichen Bewitterungsprüfung North Dakota Agricultural College (jetzt North Dakota State) Ungefähr

3 Atlas Prüfgeräte 1919 Solar Determinator Anno , das Color Fade-Ometer von Atlas

4 Atlas Weathering Services Group Bewitterung im Freien - Miami, Florida

5 Atlas Weathering Services Group Zweites Prüfgelände (32000 m²) Miami, Florida

6 Atlas Weathering Services Group Bewitterung im Freien - Phoenix, Arizona

7 Atlas Worldwide Exposure Network (WEN) Atlas operated sites Loveland, CO, USA High Altitude Test Site (1518 m) Phoenix, AZ, USA High Desert Benchmark, Accelerated Concentrated Solar Weathering, Atlas Solar Test Center (STC) WEN affiliated sites Accelerated Weathering Testing Lab Mount Prospect, USA; Leicester,UK; Duisburg, DE Alberta, MI, USA Cold Climate Test Site Mount Prospect, IL, USA Weathering Service Lab Bicester, UK; Duisburg, DE Medina, OH, USA Northern Industrial Temperate Climate Moscow, RU Humid Continental Climate Novorossiysk, RU Black Sea Corrosion Site Gelendzhik, RU Warm Temperate Maritime Seosan, KR Light Industrial Marine Choshi, JP Subtropical Climate Kirishima, JP Volcanic Marine Miyakojima, Okinawa Tropical /Subtropical Humid Guangzhou, CN Subtropical Climate Hainan, CN Tropical Climate Turpan, CN Desert Climate Singapore, SG Tropical Climate Jacksonville, FL, USA Automotive Acid Etch Long Key, FL, USA Corrosion Test Site Townsville, AU Tropical Climate Melbourne, AU Temperate Climate Miami, FL, USA Subtropical Benchmark Sanary-Sur-Mer, Bandol, FR Mediterranean Benchmark Hoek van Holland, NL North Sea Corrosion Test Center Chennai, IN Tropical Benchmark

8 We test everything under the sun! Komponentenebene: Beschichtungen, Kunststoffe, Holz und Holzverbundwerkstoffe, Glas (Beschichtungen auf Glas), Dichtungen und mehr... Produktebene: Fenster, Verkleidungen, Bedachungen, Automobile, Elektronik (Wechselrichter, Anschlusskästen, Netzteile, Lautsprecher, Computermonitore), Solarzellen (alle Technologien), Gartenmöbel, kundenspezifische Produkte und mehr... Industriebereiche: Architektur, Automobile, Beschichtungen, Kunststoffe, Solar, Verpackung, Pharmazie, Nahrungsmittel- und Getränke, Luftfahrt und Verteidigung, Elektronik und mehr...

9 Direkte Bewitterung

11 Hinterlegte Bewitterung

13 Black Box

14 Indirekte Expositionen/Expositionen unter Glas

15 Beschleunigte Prüfungen im Freien

16 Urahn EMMA /EMMAQUA 1958 Emma(qua)-Gerät: 1958 zum ersten Mal hergestellt und in Betrieb genommen. US-Patent wurde erteilt. Das Gerät besaß einen Holzrahmen mit einer Blechhaut

17 Beschleunigt im Freien - EMMAQUA Modernes MQ3K

18 Equatorial Mount with Mirrors for Acceleration (-aqua: mit Wasserbesprühung) DSET Laboratories EMMAQUA -Geräte 18

19 EMMAQUA - Fläche mit Proben

20 EMMAQUA - Querschnitt Lufttunnel (Rückansicht) Fläche mit Proben Sonnenstrahlung (Direkter Strahl) Flache Spiegel Probe Himmelsstrahlung (Diffus) Gravitationsund Rotationszentrum

21 EMMA /EMMAQUA -Zyklen ASTM G90 Zyklus 1 (Kunststoffe) - 8 Min./Std. am Tag; 8 Min. 21:00 Uhr, 12 Min., 3:00 Uhr Zyklus 2 (Arizona-Simulation) - Keine Besprühungen Zyklus 3 (Beschichtungen) - Keine Besprühung am Tag; Nachts: 3 Min. Ein, 12 Min. Aus ASTM D Soak/Freeze/Thaw Tägliche Exposition mit konzentriertem Sonnenlicht Jeden Abend 1 Stunde Einweichen in deionisiertem Wasser Gefrieren (nach dem Einweichen) für 12 Stunden Auftauen für 1 Stunde Erneute Exposition mit konzentriertem Sonnenlicht

22 Extrem beschleunigte Bewitterungssysteme Eine neue Generation der Beschleunigung

23 Eine neue Klasse von Bewitterungsmethoden» 1. Echtzeit oder nicht beschleunigt Statische Bewitterung» 2. Gemäßigt beschleunigt EMMA /EMMAQUA» 3. Extrem beschleunigt (UA) UA-EMMA und UAWS Extrem beschleunigt Der Trick besteht nicht darin, dass wir die Proben einer extrem hohen Bestrahlungsstärke aussetzen... jeder kann das! I Künstliche Methoden gemäß des Entfernungsgesetzes, Künstliche Lichtquellen mit hoher Intensität, Natürliche Strahlungsbündler Der Trick besteht darin, dass wir Proben einer Exposition unterziehen können: 1) unter extrem hoher Bestrahlungsstärke 2) mit extrem hoher Übereinstimmung mit dem natürlichen Sonnenlicht 3) ohne dass die Proben schmelzen oder verbrennen (thermische Oxidation).

24 Intensiviertes natürliches Sonnenlicht: UAWS Extrem beschleunigtes Bewitterungssystem (UAWS) Wurde zusammen mit dem National Renewable Energy Laboratory (NREL) entwickelt Bis zu 63-fache direkte normale UV-Bestrahlung des Zielbereichs Sehr geringe IR-Strahlung Oberflächenbereich: ca. 150 mm x 150 mm Spektrale Reflexion Geeignete Anwendungen Materialien, die eine lange Lebensdauer benötigen Transparente Materialien und Materialien aus Glas Kleine Solarzellen, oder in diesen Zellen verwendetes Material Auf Metallbleche aufgebrachte Beschichtungen Materialien, die sich bei EMMA - oder EMMAQUA -Expositionsprüfungen gut verhalten 24

25 Extrem beschleunigtes Bewitterungssystem Bestrahlte Fläche mit Proben UAWS folgt der Sonne

26 Preisgekrönte Technologie

27 Wie funktioniert es?

28 Schema des UAWS Sichtbare und nah-infrarote Wellenlängen werden zum größten Teil nicht refektiert Probenebene Aus Facetten bestehende Parabolschüssel Ultraviolette Wellenlängen werden auf die Proben reflektiert } Einheitliches, hochkonzentriertes, direktes, normales UV-Sonnenlicht

29 Hoher Reflexionsgrad von mehrfachvergüteten dielektrischen Spiegeln Einfallendes Licht n 1 n 2 n 1 n 2 n 1 Reflektiertes Licht Reflektiertes Licht Abwechselnde Schichten aus abgelagerten Oxidbeschichtungen Mehrfachreflexion aufgrund der nicht übereinstimmenden Brechungskoeffizenten n 2 n 1 n 2 n 1 n 2 Glasträger Kann zu einer sehr hohen Breitbandreflexion führen (~99 %) Die spektralen Merkmale können mittels der Schichtstärke an die gewünschte Anwendung angepasst werden

30 In der Mitte treffen Durch das UAWS steht denjenigen, die an sehr langfristigen F&E- Haltbarkeitsprüfungen interessiert sind, ein neues, wertvolles Prüfgerät zur Verfügung. Es stehen drei kommerzielle Geräte zur Verfügung Größe der Probenfläche pro Gerät: 15,24 x 15,24 cm Die Industrie wünscht sich mehr Optionen für eine extreme Beschleunigung Die Industrie wünscht sich außerdem eine größere Prüfkapazität mit extremer Beschleunigung

31 Beide Technologien kombinieren Was erhält man, wenn man ein UAWS mit einem EMMA kreuzt?

32 Extrem beschleunigtes EMMA (UA-EMMA )

33 Extrem beschleunigtes EMMA UA EMMA and Standard EMMA 01/22/13 Warm Clear Day Schwarztafel-Temperatur- Performance UA EMMA im Vergleich zu Standard- EMMA- Daten 70 Black Panel Temp. C UA BA UA UN EM BA EM UN :56 11:08 12:20 13:32 14:44 15:56 Time

34 UA-EMMA PS EXPOSITIONEN Februar 2013 Gleiche Tage, Nebeneinander 8 Spiegel am Standard-EMMA 20 Facetten am UA-EMMA PS Expositionstemperatur am UA-EMMA weicht um ungefähr 5 C nach oben ab 34

35 UA-EMMA PS Ergebnisse Comparison of Standard EMMA to UA EMMA By Days 2 1,8 1,6 1,4 Delta b* 1,2 1 0,8 EM PS Delta b* UA PS Delta b* 0,6 0,4 0, Days 35

36 UA-EMMA PS Ergebnisse Comparison of Standard EMMA and UA EMMA By UV Radiant Exposure 2,5 STD EMMA y = 0.021x R² = ,5 Delta b* 1 UA EMMA y = 0.016x R² = EM PS Delta b* UA PS Delta b* 0, MJ/m^2 TUVR 36

37 Die Bedürfnisse der Industrie erfüllen UA-EMMA ist ein weiterer Schritt, um den Bedarf der Industrie an einer höheren Beschleunigung ohne Beeinträchtigung der Korrelation zu erfüllen Die Prüfung erfüllt die spektralen Anforderungen der Norm ASTM G90 UA-EMMA = facher Beschleunigungsfaktor mit hoher Korrelation UA-EMMA ist ein weiterer Fortschritt bei der beschleunigten Bewitterungsprüfung im Freien, den nur Atlas bieten kann. EMMAQUA mit Temperaturregelung EMMAQUA mit Feuchtigkeitsregelung UAWS 2009 UA-EMMA/EMMAQUA ?

38 Niedertemperatur-EMMA / EMMA /EMMAQUA EMMAQUA

39 Was ist das Niedertemperatur-EMMA /EMMAQUA? Das Niedertemperatur-EMMA /EMMAQUA (LT-EMMA /EMMAQUA ) stellt die 3. Innovation von Atlas dar, bei der die Kaltspiegel -Technologie für natürliche Expositionsprüfungen genutzt wird. Mit diesem neuen Gerät für Prüfungen im Freien wird eine Bestrahlung, die ungefähr 5 Jahren in einem Standard-Freibewitterungsprüfgestell in Süd- Florida entspricht, in einem einzigen Jahr erreicht, wobei die Probentemperaturen jedoch niedriger als bei herkömmlichen EMMA /EMMAQUA -Prüfungen sind. Das System erreicht diese niedrigeren Probentemperaturen durch eine patentierte Kaltspiegel -Technologie, die über einen sehr hohen Reflexionsgrad im UV-Bereich und im nahen sichtbaren Bereich sowie eine gedämpfte Reflexion im langen sichtbaren und im IR-Bereich des Solarspektrums verfügt.

40 LT-EMMA /EMMAQUA Temperaturstudie 120 Black Standard Exposure Temperatures -Typical ASTM G90, Horizontal, Low Temperature EMMA 100 Black Standard Temperatur re C G90 Low Temp. EMMA Horizontal :00 4:48 9:36 14:24 19:12 0:00 4:48 9:36 14:24 19:12 0:00 Time

41 LT-EMMA /EMMAQUA Bestrahlungsstärke 3,5 Comparison of Exposure Irradiances -Typical ASTM G90, Horizontal, Low Temperature EMMA 3 Approximate W/M^2 340n nm 2,5 2 1,5 1 G90 Low Temp. EMMA Horizontal 0,5 0 0:00 12:00 0:00 12:00 0:00 12:00 Time

42 Worin liegen die Vorteile? Die neuen LT-EMMA /EMMAQUA -Systeme ermöglichen eine beschleunigte Prüfung, wobei drei wichtige Prüfanforderungen erfüllt werden: Viele verschiedene Arten von temperaturempfindlichen Materialien werden einer hohen UV-Bestrahlung ausgesetzt Es wird eine hohe Übereinstimmung mit dem natürlichen UV-Spektrum der Sonne aufrechterhalten Die Expositionstemperaturen der Proben bleiben auf einem annehmbaren Niveau Der 3. Generation der beschleunigten Bewitterung bietet: - UAWS 63-fache Bestrahlungsstärke möglich - UA-EMMA /EMMAQUA fache Bestrahlungsstärke (ASTM G90) - LT-EMMA /EMMAQUA 5-fache Bestrahlungsstärke/wesentlich kühler (ASTM G90)

43 Beschleunigte Prüfungen im Freien von Automobilkomponenten EMMA /EMMAQUA (4-5-fach) Automobilverglasung Farben/Lackierungen Folien und Aufkleber UA-EMMA /EMMAQUA (10-12-fach) Automobilverglasung Farben/Lackierungen Folien und Aufkleber Einige Kunststoffe LT-EMMA /EMMAQUA (5-fach) Automobilverglasung Farben/Lackierungen Folien und Aufkleber Viele Kunststoffe (Vinylkomponenten)