Künstliche Bewitterung von Kunststoffen


Unter Bewitterung wird im Allgemeinen die Einwirkung von Strahlung, Temperatur, Feuchte/Wasser, Schadgase, sowie atmosphärische Bestandteile verstanden. Dabei wird zwischen einer natürlichen Bewitterung (Freibewitterung) und einer künstlichen Bewitterung (Laborbewitterung) unterschieden. 

Eine Freibewitterung erfolgt an festgelegten Standorten auf der Erde unter Berücksichtigung der gegeben lokalen Umweltbedingungen wie z. B. See- oder Industrieklima. Aufgrund der langen Zeitdauer sowie Abhängigkeit der Ergebnisse vom Bewitterungsort, d. h. vom lokalen Klima, der Jahreszeit sowie Lage auf der Erde, werden Untersuchungen im Labor durchgeführt. Die Laborbewitterung hat signifikante Vorteile bei der Bewertung der Witterungsbeständigkeit durch die Möglichkeit der Realisierung einer konstanten, reproduzierbaren Bestrahlungsstärke, Temperatur, Feuchtigkeit sowie Benässungsperioden/Regenzyklen. Damit sind schnelle, standortunabhängige Aussagen möglich. Von einer künstlichen Bestrahlung spricht man, wenn auf die Einwirkung von Wasser in Form von Benässungsperioden oder Kondensation verzichtet wird. 

Bei der Laborbewitterung wird auch von der Ermittlung der Wetterechtheit, der Bewitterungsstabilität oder der Lichtechtheit gesprochen. Die Lichtechtheit wird unter einer reinen Bestrahlung ermittelt.

Für die Laborbewitterung von Prüfkörpern bzw. Bauteilen stehen Geräte mit UV-Fluoreszenzlampen sowie Xenonbogenlampen zur Verfügung.


Xenonbogenbewitterung

Für die künstliche Bewitterung mit Xenonbogenlampen stehen sowohl Rotationstrommel- wie auch Flachbettprüfgeräte zur Verfügung. Dabei wird hinsichtlich der Anordnung in der Prüfkammer unterschieden. Bei dem Rotationstrommelprüfgerät ist die Xenonbogenlampe senkrecht angeordnet und um die Lampe herum rotieren die Probenhalterungen. Das Flachbettprüfgerät ist durch eine ebene, flache Probenkammer gekennzeichnet. Die Expositionsfläche hat die Abmessungen 45 cm x 72 cm. Damit können sowohl Prüfkörper, Platten als auch 3-dimensionale Bauteile untersucht werden. Die Bestrahlung erfolgt durch drei in der Decke der Kammer befindliche Xenonbogenlampen. Eine Besonderheit bei dem von uns genutzten Flachbettgerät Q-Sun Xe-3-HDS ist die Möglichkeit, neben einer Besprühung mit  Wasser auch eine Besprühung mit einer weiteren Flüssigkeit mit z. B. unterschiedlichen pH-Werten zu realisieren.

Die Strahlungscharakteristik bei Xenonbogenlampen wird durch die Verwendung von geeigneten Filtern angepasst, es wird entsprechend der DIN EN ISO 4892-2 das Verfahren A zur Prüfung mit Filtern für Globalstrahlung (künstliches Bewittern) und das Verfahren B zur Prüfung mit Filtern für Globalstrahlung hinter Fensterglas unterschieden.


UV-Bewitterung

Für die Realisierung der mit UV-Fluoreszenzlampen durchgeführten künstlichen Bewitterung bzw. Bestrahlung werden nach DIN EN ISO 4892-3 verschiedene Lampen verwendet, welche eine unterschiedliche Strahlungscharakteristik aufweisen. Das Verfahren A beschreibt die Bewitterung mit UVA-340-Lampen (Typ 1A) und das Verfahren B die Globalstrahlung hinter Fensterglas mit UVA-351-Lampen (Typ 1B). Bei beiden Lampen wird eine sehr gute Übereinstimmung mit der Strahlungscharakteristik des Sonnenlichtes erreicht.

Die UVB-313-Lampen emittieren dagegen auch im Bereich des mittleren und fernen UV-Bereiches und damit unterhalb der solaren cut-off-Wellenlänge von 295 nm. Diese Lampen werden insbesondere für Untersuchungen in der Luft- und Raumfahrt verwendet. 


Akkreditierte Normen

A. Allgemeine Ausführungen

  • DIN EN ISO 4892-1
    Kunststoffe – Künstliches Bestrahlen oder Bewittern in Geräten – Teil 1: Allgemeine Anleitung

B. Gefilterte Xenonbogenstrahlung

  • DIN EN 513
    Kunststoffe – Profile auf Basis von Polyvinylchlorid (PVC) – Bestimmung der Wetterechtheit und Wetterbeständigkeit durch künstliche Bewitterung
  • DIN EN ISO 4892-2
    Kunststoffe – Künstliches Bestrahlen oder Bewittern in Geräten – Teil 2: Xenonbogenlampen C. UV-Fluoreszenzlampen

C. UV-Fluoreszenzlampen

  • DIN EN ISO 4892-3
    Kunststoffe – Künstliches Bestrahlen oder Bewittern in Geräten – Teil 3: UV-Leuchtstofflampen

 

Weitere Normen

    A. Allgemeine Ausführungen

    • ASTM G151
      Standard Practice for Exposing Nonmetallic Materials in Accelerated Test Devices that Use Laboratory Light Sources
    • DIN EN ISO 16474-1
      Beschichtungsstoffe – Künstliches Bestrahlen oder Bewittern in Geräten - Teil 1: Allgemeine Anleitung

    B. Gefilterte Xenonbogenstrahlung

    • ASTM G155
      Standard Practice for Operating Xenon Arc Light Apparatus for Exposure of Non-Metallic Materials
    • ASTM D2565
      Standard Practice for Xenon-Arc Exposure of Plastics Intended for Outdoor Applications
    • ASTM D4459
      Standard Practice for Xenon-Arc Exposure of Plastics Intended for Indoor Applications
    • ASTM D7869
      Standard Practice for Xenon Arc Exposure Test with Enhanced Light and Water Exposure for Transportation Coatings
    • DIN 53387 (zurückgezogen)
      Prüfung von Kunststoffen und Elastomeren – Künstliches Bewittern oder Bestrahlen in Geräten – Beanspruchung durch gefilterte Xenonbogenstrahlung
    • DIN EN 12608-1
      Profile aus weichmacherfreiem Polyvinylchlorid (PVC-U) zur Herstellung von Fenstern und Türen – Klassifizierung, Anforderungen und Prüfverfahren - Teil 1: Nicht beschichtete PVC-U Profile mit hellen Oberflächen
    • DIN EN ISO 11341 (zurückgezogen)
      Beschichtungsstoffe – Künstliches Bewittern und künstliches Bestrahlen – Beanspruchung durch gefilterte Xenonbogenstrahlung
    • DIN EN ISO 15110
      Beschichtungsstoffe – Künstliches Bewittern mit saurer Beanspruchung
    • DIN EN ISO 16474-2 (Ersatz für DIN EN ISO 11341)
      Beschichtungsstoffe – Künstliches Bestrahlen oder Bewittern in Geräten - Teil 2: Xenonbogenlampen
    • DIN ISO 12040
      Druck- und Reproduktionstechnik – Drucke und Druckfarben – Bestimmung der Lichtechtheit mit gefiltertem Xenon-Bogenlicht
    • ISO 4665
      Elastomere, vulkanisiert oder thermoplastisch – Witterungsbeständigkeit
    • ISO 29664
      Kunststoffe – Künstliche Bewitterung einschließlich saurer Beanspruchung
    • BMW Group – AA-0236
      Kurzbewitterung im Xenontestgerät Farbbeständigkeit
    • General Motors – GMW 15188
      Material Specification … Polyolefin Alloy – Weather Resistant, 1700 MPa Flexural Modulus, High Flow
    • Mercedes-Benz – DBL 5555
      Fertigteile und Halbzeuge aus organischen Polymerwerkstoffen – Allgemeine Bedingungen und Prüfverfahren
    • Porsche – PPV 4014
      Exterior – Bewitterung nichtmetallischer Werkstoffe – Prüfung im trocken-heißem Klima / im feucht-warmen Klima
    • Volkswagen AG – PV 1303
      Nichtmetallische Werkstoffe – Belichtungsprüfung für Bauteile des Fahrzeuginnenraumes
    • Volkswagen AG – PV 3929
      Nichtmetallische Werkstoffe – Bewitterung in trocken-heißem Klima
    • Volkswagen AG – PV 3930
      Nichtmetallische Werkstoffe – Bewitterung in feucht-warmen Klima (Exterieur)
    • SAE J2527
      Performance Based Standard for Accelerated Exposure of Automotive Exterior Materials Using a Controlled Irradiance Xenon-Arc Apparatus

    C. UV-Fluoreszenzlampen

    • ASTM G154
      Standard Practice for Operating Fluorescent Ultraviolet (UV) Lamp Apparatus for Exposure of Nonmetallic Materials
    • ASTM D4329
      Standard Practice for Fluorescent Ultraviolet (UV) Lamp Apparatus Exposure of Plastics
    • DIN EN ISO 11507 (zurückgezogen)
      Beschichtungsstoffe – Beanspruchung von Beschichtungen durch künstliche Bewitterung – Beanspruchung durch fluoreszierende UV-Strahlung und Wasser
    • DIN EN ISO 4892-3
      Kunststoffe – Künstliches Bestrahlen oder Bewittern in Geräten - Teil 3: UV-Leuchtstofflampen
    • DIN EN ISO 16474-3 (Ersatz für DIN EN ISO 11507)
      Beschichtungsstoffe – Künstliches Bestrahlen oder Bewittern in Geräten - Teil 3: UV-Fluoreszenzlampen
    • ISO 4665
      Kunststoffe – Künstliche Bewitterung einschließlich saurer Beanspruchung
    • SAE J2020
      Accelerated Exposure of Automotive Exterior Materials using a Fluorescent UV and Condensation Apparatus

    Gerätetechnische Ausstattung

    Xenonbogenstrahler – Q-Sun Xe-2-HS

    • Von der Fa. Q-Lab Corporation (USA)
    • Filter für Prüfung im Freien sowie hinter Fensterglas
    • Regelung der relativen Luftfeuchtigkeit
    • Rotationsgestell mit Probenbesprühung (Rotationstrommelgerät)
    • maßgeschneiderte Probenhalterungen möglich

    Xenonbogenstrahler – Q-Sun Xe-3-HDS

    • Von der Fa. Q-Lab Corporation (USA)
    • Filter für Prüfung im Freien und hinter Fensterglas
    • Regelung der relativen Luftfeuchtigkeit
    • Sprüheinrichtung für Reinwasser und zusätzlicher Flüssigkeit, wie z. B. saurer Regen oder Schweißlösung, zur Probenbesprühung
    • Flachbettgerät
    • maßgeschneiderte Probenhalterungen möglich

    (in Kooperation mit der Hochschule Merseburg)

    UV-Schnellbewitterungsgerät – QUV/Spray

    • Fa. Q-Lab Corporation (USA)
    • Realisierung der UV-Beanspruchung im Freien und hinter Fensterglas
    • Kondensation und Probenbesprühung möglich
    • maßgeschneiderte Halterungen möglich

    Reinwasseranlage – Elix 15

    • Von der Fa. Merck Chemicals GmbH
    • basierend auf Umkehrosmose und elektrischer Entionisierung
    • konstante Reinwasserleistung 15 l/h
    Elix 15
    Q-Sun Xe-2-HS
    Q-Sun Xe-3-HDS

    Ansprechpartner

    Dr.-Ing. Marcus Schoßig
    Telefon: +49 (0)3461 46-2874
    marcus.schossig@psm-merseburg.de

    Dr. Katja Oßwald
    Telefon: +49 (0)3461 46-2774
    katja.osswald@psm-merseburg.de

    Quickinfo

    Bewitterungsmethoden

    • Xenonbogenbewitterung
    • UV-Bewitterung

    Normen

    A.  Gefilterte Xenonbogenstrahlung

    • ASTM D 2565
    • ASTM D 4459
    • ASTM D 7869
    • DIN EN 12608-1
    • DIN EN 513
    • DIN EN ISO 4892-2
    • DIN EN ISO 16474-2
    • ISO 11403-3
    • ISO 29664
    • Volkswagen AG - PV 3929
    • Volkswagen AG - PV 3930            

    B.  UV-Fluoreszenzlampen

    • ASTM D 4329
    • DIN EN ISO 4892-3
    • DIN EN ISO 16474-3