Die richtige Wahl: UV-Fluoreszenztester oder Xenonbogen-Bewitterungstester?

Vergleich effektiver Methoden für beschleunigte Bewitterungstests
Bewitterung und Lichteinwirkung sind die Hauptursachen für Schäden an Beschichtungen, Kunststoffen, Tinten und anderen organischen Materialien. Solche Schäden umfassen Glanz, Verblassen, Vergilben, Reißen, Abblättern, Verspröden, Verlust der Zugfestigkeit und Abblättern. Für viele Hersteller ist es entscheidend, Produkte zu formulieren, die witterungs- und lichtbeständig sind. Beschleunigte Bewitterungs- und Lichtstabilitätsprüfgeräte werden häufig in Forschung und Entwicklung, Qualitätskontrolle und Materialzertifizierung eingesetzt. Diese Tester liefern schnelle und wiederholbare Ergebnisse.
Bewitterung und Licht sind die Hauptursachen für Schäden an Beschichtungen, Kunststoffen, Tinten und anderen organischen Materialien. Solche Schäden umfassen Glanz, Verblassen, Vergilben, Reißen, Abblättern, Verspröden, Verlust der Zugfestigkeit und Abblättern. Für viele Hersteller ist es von entscheidender Bedeutung, Produkte zu schmiedenWetter- und lichtbeständige Pantoletten. Beschleunigte Bewitterungs- und Lichtstabilitätsprüfgeräte werden häufig in Forschung und Entwicklung, Qualitätskontrolle und Materialzertifizierung eingesetzt. Diese Tester liefern schnelle und wiederholbare Ergebnisse.
Die zunehmende Globalisierung des Beschichtungsmarktes hat den Bedarf an Haltbarkeitstests für Produkte erhöht, um Qualitätsstandards auf Exportmärkten zu erfüllen oder Materialkosten zu senken, um mit importierten Produkten in Schwellenländern konkurrieren zu können.
Die am häufigsten verwendeten beschleunigten Bewitterungstests sind der Accelerated Weathering Tester for Ultraviolet Fluorescence (ASTM G 154) und die Xenon Arc Test Chamber (ASTM G 155). Günstige und benutzerfreundliche Tester, die in den letzten Jahren entwickelt wurden. Dieser Artikel behandelt die verschiedenen Arten von Testern, einschließlich Emissionsspektrometrie für die Feuchtigkeitssimulation, spezialisierte Testmethoden, Einheitlichkeit und praktische Erwägungen bei der Verwendung von Testern. DerInhärente Vor- und Nachteile jedes Testers werden diskutiert, einschließlich Anschaffungspreis und Betriebskosten. Anwendungsrichtlinien werden im Allgemeinen für ein bestimmtes Material oder eine bestimmte Anwendung empfohlen.
Außerdem werden in diesem Artikel kurz Xenon-Lichtbogentester mit statischer Anordnung und Xenon-Lichtbogentester mit Drehtrommel verglichen. Der Markenname QUV wird verwendet, um das Fluorometer zu bezeichnen.

Historische Perspektive
Während es klar ist, dass Witterungsbeständigkeit und Lichtbeständigkeit für viele Produkte wichtig sind, ist die beste Testmethode manchmal umstritten. Seit Jahren werden verschiedene Methoden angewendet. Derzeit verwenden die meisten Forscher einen natürlichen Belichtungstest, einen Xenonbogen oder einen QUV-Bewitterungstester. Der natürliche Expositionstest hat viele Vorteile: Er ist realistisch, billig und einfach durchzuführen. Viele Hersteller müssen jedoch nicht ein paar Jahre warten, um zu sehen, ob es eine Formel für ein „neues und verbessertes“ gibtrd-Produkt, das eine echte Verbesserung darstellt. Xenonbogen und QUV sind die am häufigsten verwendeten beschleunigten Tests

. Testers Go verfolgt einen völlig anderen Ansatz. Xenon-Testkammern reproduzieren das gesamte Lichtspektrum, einschließlich Ultraviolett (Ultraviolett), sichtbar und Infrarot (Infrarot). Der Xenon-Lichtbogen versucht im Wesentlichen, das Sonnenlicht selbst zu reproduzieren, von 295 nm bis 800 nm (Abbildung 1 ).
QUV hingegen versucht nicht, die schädlichen Wirkungen des Sonnenlichts zu reproduzieren, es tritt nur Sonnenlicht von 300 nm bis 400 nm auf. Es basiert auf der Idee, dass für langlebige Materialien, die im Freien ausgesetzt sind, kurzwelliges UV-Licht verwendet wird verursacht die meisten Schäden durch Alterung (Abbildung 1).
Ist dies eine bessere Art zu testen?Auf diese Frage gibt es keine einfache Antwort.Je nach Ihrer Anwendung kann jede Methode sehr effektiv sein.Die Wahl Ihres Testers sollte es sein Abhängig von dem Produkt oder Material, das Sie testen, hängt die Endanwendung abAnwendung, die für Sie relevanten Verschlechterungsmodi und Ihre Budgetbeschränkungen.
Um den Unterschied zwischen Xenon und QUV zu verstehen, muss man zunächst sehen, warum sich das Material verschlechtert.

Triple Threat: Licht, Temperatur und Feuchtigkeit
Die meisten Wetterschäden werden durch drei Faktoren verursacht: Licht, Hitze und Feuchtigkeit. Jeder dieser Faktoren kann zu einer Verschlimmerung führen. Zusammen wirken sie oft synergetisch, um mehr Schaden anzurichten als jeder Faktor allein.
Optisch
Die spektrale Empfindlichkeit variiert je nach Material. Bei langlebigen Materialien wie den meisten Farben und Kunststoffen ist kurzwelliges UV-Licht für den Abbau der meisten Polymere verantwortlich. Bei weniger haltbaren Materialien, wie z. B. einigen Pigmenten und Farbstoffen, können langwelliges UV- und sogar sichtbares Licht jedoch erhebliche Schäden verursachen.
Hohe Temperatur
Wenn die Temperatur steigt, beschleunigt sich die zerstörerische Wirkung der Lichteinwirkunght normalerweise. Die Temperatur beeinflusst nicht primäre photochemische Reaktionen, aber sie beeinflusst Sekundärreaktionen, die Nebenprodukte primärer Photonen/Elektronen-Kollisionen sind. Ein Alterungstest im Labor muss eine genaue Temperaturkontrolle bieten und normalerweise ein Mittel zur Erhöhung der Temperatur beinhalten, um eine Beschleunigung zu erzeugen.
Feuchtigkeit
Tau, Regen und hohe Luftfeuchtigkeit sind die Hauptursachen für Wasserverlust. Studien haben gezeigt, dass Gegenstände über lange Zeiträume (durchschnittlich 8-12 Stunden) pro Tag im Freien nass bleiben. Untersuchungen zeigen, dass Kondensation in Form von Tau für die meiste Luftfeuchtigkeit im Freien verantwortlich ist. Tau ist schädlicher als Regen, da er lange auf dem Stoff verbleibt und eine erhebliche Feuchtigkeitsaufnahme ermöglicht.
Natürlich kann auch Regen einigen Materialien schaden. Regen kann einen Thermoschock verursachen, wenn beispielsweise ein Auto auf eine heiße Oberfläche trifftAm Montag verfliegt die im Auto angestaute Wärme schnell. Mechanische Korrosion aufgrund der Scheuerwirkung von Regen kann auch Materialien wie Holz beschichten, da sich die Oberfläche abnutzt und ständig frisches, schädliches Sonnenlicht freilegt.

QUV- und Xenonbogentests reproduzieren jedes helle Licht bei unterschiedlichen Temperaturen und Feuchtigkeiten.
QUV Weathering Tester
QUV Sonnenlichtsimulation
QUV wird verwendet, um die schädliche Wirkung von Sonnenlicht auf langlebige Materialien mit fluoreszierenden UV-Lampen zu reproduzieren. Diese Lampen ähneln gewöhnlichen kaltweißen photoelektrischen Geräten, die für die allgemeine Beleuchtung verwendet werden, aber das erzeugte Spektrum unterscheidet sich stark von dem gewöhnlicher Leuchtstofflampen. Die Beschichtung im Inneren des Glasrohrs wurde sorgfältig entwickelt, um Energie zu erzeugen, die hauptsächlich ultraviolett und nicht sichtbar oder infrarot ist.
Verschiedene Typenrten Lampen haben unterschiedliche Spektren für unterschiedliche Beleuchtungsanwendungen. Die UVA-340-Lampe bietet die beste Simulation von Sonnenlicht im kritischen kurzwelligen UV-Bereich. Die Darstellung der spektralen Leistungsverteilung (SPD) entspricht dem Sonnenlicht, das nahe etwa 360 nm von der Sonne abgeschnitten ist (Abbildung 2). UV-Lampen (Abbildung 3) werden ebenfalls häufig im QUV verwendet. Sie verursachen normalerweise einen schnelleren Abbau als UV-A-Lampen, aber ihre kurzwellige Leistung unterhalb der Sonnengrenze kann für viele Materialien zu unrealistischen Ergebnissen führen.

Quv Kontrolle der Strahlung
Die Kontrolle des Lichts (Lichtintensität) ist notwendig, um genaue und reproduzierbare Testergebnisse zu erhalten. Die QS-lab Corporation führte 1992 die Bestrahlungssteuerung des Sonnenauges mit einem fortschrittlichen Lichtsteuerungssystem ein, mit dem der Benutzer die Lichtintensität auswählen kann. Mit dem Solar Eye Rückkopplungssystem wird die Strahlung kontinuierlichund automatisch überwacht und genau verfolgt. Die Überwachungssensoren werden vom Betreiber regelmäßig individuell kalibriert. Die Kalibrierung ist gemäß ISO 9000 auf das National Institute of Standards and Technology (NIST) rückführbar.
Solar Eye kompensiert automatisch die Lampenalterung oder andere Veränderungen, indem es die Lampenleistung anpasst. Abbildung 4 zeigt, wie das Strahlungskontrollsystem funktioniert. Früher wurde empfohlen, die Lampe alle 400 Stunden im Fluoreszenztester laufen zu lassen. Mit Strahlungskontrolle halten die Lampen oft mehr als 5000 Stunden. Schwankungen der UV-Intensität werden durch das Solar Eye Control System weitgehend eliminiert, wodurch Schwankungen in den Testergebnissen erheblich reduziert werden.
Im QUV wird die Bestrahlungssteuerung durch die inhärente spektrale Stabilität der fluoreszierenden UV-Lampen vereinfacht. Alle Lichtquellen nehmen mit zunehmendem Alter ab. Im Gegensatz zu den meisten anderenLeuchtstofflampen erfahren jedoch keine zeitliche Verschiebung der spektralen Leistungsverteilung. Dies verbessert die Wiederholbarkeit der Testergebnisse und ist ein wichtiger Vorteil des QUV-Tests.
Abbildung 5 zeigt eine zwei Stunden und 5600 Stunden alte Lampe im Vergleich zu QUV-Lampen zur Alterungs- und Bestrahlungskontrolle. Der Leistungsunterschied zwischen neuen und veralteten Lampen ist praktisch nicht zu unterscheiden. Der Sonnenauge-Bestrahlungsregler hält die Lichtintensität jederzeit aufrecht. Außerdem bleibt die spektrale Leistungsverteilung aufgrund der inhärenten spektralen Stabilität von Leuchtstofflampen praktisch unverändert. Dieselben Daten sind als prozentuale Differenz in Abbildung 6 dargestellt. Solar Eye-Systeme bieten eine einfache Kalibrierung und Rückverfolgbarkeit.
Das programmierbare, automatische Strahlungskontrollsystem ermöglicht dem Benutzer, UV-Expositionstests mit höheren als den Standardwerten auszuwählen. Für Viehl Materialien führt dies zu einer schnelleren Degradation und damit zu kürzeren Prüfzeiten. 1

QUV-Feuchtigkeitssimulation
Der Hauptvorteil der Verwendung des QUV besteht darin, dass es den realistischsten simulierten Angriff von Außenfeuchtigkeit ermöglicht. Draußen sind die Materialien oft 12 Stunden am Tag nass. Da die meiste Feuchtigkeit das Ergebnis von Tau ist, verwendet der QUV einen einzigartigen Kondensationsmechanismus, um die Feuchtigkeit draußen zu reproduzieren.
Während des QUV-Kondensationszyklus speichert der Boden der Prüfkammer den Dampf, der durch Erhitzen des Wassers entsteht. Der heiße Dampf wird in einer Kammerumgebung mit 100 % relativer Feuchtigkeit bei einer erhöhten Temperatur gehalten. Das QUV-Design ermöglicht es der Probe, tatsächlich die Seitenwände des Hohlraums zu bilden. Daher wurde die Rückseite der Probe Luft mit Raumtemperatur ausgesetzt. Die Raumluftkühlung bewirkt, dass die Testoberfläche mehrere Grad unter die Dampftemperatur absinkt. Dieser Temperaturunterschiedsorgt dafür, dass während des Kondensationszyklus kontinuierlich flüssiges Wasser auf der Prüffläche kondensiert (Bild 7).
Das entstehende Kondensat ist sehr stabiles, reines destilliertes Wasser. Dieses reine Wasser erhöht die Wiederholbarkeit der Testergebnisse, beseitigt Probleme bei der Wassersuche und vereinfacht die Installation und den Betrieb des QUV.
Da Materialien im Freien so lange nass werden, dauert ein typischer QUV-Kondensationszyklus mindestens vier Stunden. Außerdem findet bei erhöhten Temperaturen (typischerweise 50°C) eine Kondensation statt, was den Feuchtigkeitsangriff stark erleichtert. Der lange thermische Kondensationszyklus des QUV reproduziert die Feuchtigkeitsaufnahme im Freien viel besser als andere Methoden wie Wassernebel, Eintauchen oder hohe Luftfeuchtigkeit.
Zusätzlich zu Standard-Kondensationsmechanismen kann das QUV mit Wassersprühsystemen verwendet werden, um andere nachteilige Endverbrauchsbedingungen wie Temperaturschocks zu simulierenn oder mechanische Erosion. Benutzer können UV-Strahlen unter UV-Licht platzieren, um eine Situation zu schaffen, die dem natürlichen Klima entspricht.
Quv Weathering Tester Fluoreszenz simuliert die Schädigung durch Sonnenlicht, Tau und Regen. Es ist das am weitesten verbreitete Bewitterungsgerät der Welt.

Xenon Labs
Sonnenlichtsimulatoren
gelten als die besten Simulationen des gesamten Sonnenlichtspektrums, da sie Energie im ultravioletten, sichtbaren und infraroten Bereich erzeugen. Um natürliches Sonnenlicht zu simulieren, muss es gefiltert werden. Filter reduzieren unerwünschte Strahlung und/oder Hitze. Verschiedene Arten von Glasfiltern ermöglichen unterschiedliche Spektren. Die verwendeten Filter hängen von der Test- und Endbenutzeranwendung ab. Unterschiedliche Filtertypen lassen unterschiedliche Mengen an kurzwelligem UV-Licht zu, was die Geschwindigkeit und Art der Degradation erheblich beeinflussen kann. Es gibt drei Arten von Filtern, die häufig verwendet werden: TagLicht, Fensterglas und Ultraviolett. Die Abbildungen 8-10 zeigen die von diesen Filtern erzeugten Spektren. Ebenfalls enthalten ist eine Nahaufnahme davon im kritischen SWUV-Bereich des Spektrums von etwa 295 bis 400 Nanometer.

Xenon Xenonkontrolle
Die Kontrolle der Strahlung bei Xenontests ist besonders wichtig, da Xenonlampen von Natur aus weniger spektral stabil sind als fluoreszierende UV-Lampen. Xenon-Lichtbogentester sind in der Regel mit einem Lichtregelsystem ausgestattet. Das q-sun Xenon-Steuersystem ist in Abb. 11 dargestellt.
Das Spektrum verändert sich durch Alterung, eine Eigenschaft von Xenon-Bogenlampen. Abbildung 12 zeigt den spektralen Unterschied zwischen einer neuen Lampe und einer, die 1500 Stunden in Betrieb war. Es ist klar, dass sich das Spektrum bei längeren Wellenlängen mit der Zeit ändert. Wenn diese Daten jedoch als prozentuale Änderung über die Zeit aufgetragen werden (Abbildung 13), wird auch deutlich, dass es eine ähnliche Verschiebung von h gibtder SWUV-Teil des Spektrums. Es gibt jedoch Möglichkeiten, die spektrale Drift zu kompensieren. Beispielsweise können Beleuchtungskörper häufiger ausgetauscht werden, um die Auswirkungen alternder Glühbirnen zu verringern. Darüber hinaus wird die Menge an spektraler Variation in einem gegebenen Bereich minimiert, indem Sensoren verwendet werden, die die Strahlung bei 340 oder 420 Nanometern steuern. Trotz der spektralen Verschiebungen der Lampenalterung hat sich der Xenonbogen als zuverlässige und realistische Lichtquelle für Bewitterungs- und Photostabilitätstests erwiesen.

Feuchtigkeitssimulation
Die meisten Xenon-Bogentester simulieren die Auswirkungen von Feuchtigkeit durch Wassernebel und/oder Feuchtigkeitskontrollsysteme. Die Einschränkung des Wassersprühens besteht darin, dass, wenn relativ kühles Wasser auf eine relativ heiße Probe gesprüht wird, die Probe abkühlt. Dadurch kann der Abbau verlangsamt werden. Wasserspray simuliert jedoch Thermoschock und Erosion ist sehr nützlich. In einem Xenon-Lichtbogen wird hochreines Wasser benötigt, um Wasserschäden zu vermeidenverhindern. Da Feuchtigkeit die Art und Geschwindigkeit der Verschlechterung bestimmter Innenausstattungsprodukte, wie z. B. vieler Textilien und Tinten, beeinflussen kann, wird in vielen Testspezifikationen die Kontrolle der relativen Luftfeuchtigkeit empfohlen. Moderne Xenon-Prüfkammern sorgen für die Kontrolle der relativen Luftfeuchtigkeit.
Das erste Lichtstabilitätsprüfgerät mit rotierender Trommel wurde um 1918 entwickelt und verwendete einen Kohlebogen als Lichtquelle. Das Gerät hat eine zentrale Lichtquelle oder Lampe(n), die vertikal angeordnet sind, mit einem umgebenden Filtersystem. Das Prüfstück wird ins Licht gestellt. Die beliebte Version der Xenonbogenmaschine von Moss verwendet ein Wasserkühlungssystem für die Lampe. Dies wird oft als Drehtrommeltester bezeichnet.
Die neueste Technologie hat eine oder mehrere Kammern für eine oder mehrere luftgekühlte Lampen an der Decke. Bei diesem System ist der Filter flach und unter der Lampe montiert. Ein Spiegelsystem, das oben und an den Seiten des Raums eingebaut istteem verbessert die Strahlungshomogenität. Die Testprobe wurde auf einem Tablett unter der Lampe befestigt.
Unabhängig von der verwendeten Hardwarekonfiguration verfügen moderne Xenon-Tester in der Regel über Systeme zur Steuerung der Lichtintensität (Bestrahlungsstärke), der Temperatur und der relativen Luftfeuchtigkeit.

Optisches Filtersystem
Statische Array-Xenon-Prüfkammern verwenden ein oder mehrere Flachfiltergläser mit jeweils einer luftgekühlten Xenonlampe. Wassergekühlte Tester mit rotierendem Zylinder verwenden ein anderes System mit zylindrischen Innen- und Außenfiltern, die um die Xenon-Birne herum montiert sind. Jede Art von Xenon-Bogentester kann das volle Spektrum des Sonnenlichts imitieren.Studien haben gezeigt, dass Filter, die in statischen Array-Testern verwendet werden, Fensterglas und Sonnenlicht passieren, oder besser als Filter, die in Testern mit rotierenden Zylindern verwendet werden. 2
Solarisation des Filters ist eine mögliche Schwachstelle des Xenonbogentests. Wenn die Rotationstrommelfilter durch die Exposition alternWenn sie UV-Licht ausgesetzt werden, verlieren sie ihre Fähigkeit, Licht mit kürzerer Wellenlänge zu emittieren. Dieses Phänomen wird als Solarisation bezeichnet. Die daraus resultierende Verschiebung des Spektrums kann die Reproduzierbarkeit von Testergebnissen beeinträchtigen. Rotierende Trommelfilter müssen daher regelmäßig ausgetauscht werden. Einige statische Filterarrays sind nicht für den Langzeitgebrauch ausgelegt.

Feuchtigkeit
Die Xenon-Prüfkammer des statischen Arrays und die rotierende Trommelkammer simulieren den Einfluss von Außenfeuchtigkeit und die Prüflinge werden mit Wasser besprüht. Dieses Verfahren eignet sich besonders zur Modellierung der Auswirkungen von Thermoschock oder mechanischer Erosion. In statischen Arrays werden die Proben auf flachen Probenschalen platziert, die um 5° von der Horizontalen geneigt sind. Statische Anordnungen von Wasserspray bedecken die Proben gleichmäßig, da sich das Wasser nicht so schnell bewegt, wenn die Proben nahe an der Horizontalen platziert werden. In statischen Arrays bleibt die Probe nass gwährend des gesamten Feuchtigkeitszyklus.
Rotierende Trommeltester haben eine Sprühstange und Düsen, die die Probe auf das Wasser sprühen, während sie sich drehen. Für eine Minute jeder Minute wurden die Proben etwa drei Sekunden lang benetzt. Durch die vertikale Position des Präparats wird Wasser schnell von der Oberfläche abgeleitet. Bei diesen befeuchteten Proben war es möglich, sie weg von dem rotierenden Spray zu trocknen.

Probenmontage
Ein statisches Array-Tablett enthält flache oder dreidimensionale Proben unterschiedlicher Größe, wie Teile, Komponenten, Flaschen und Reagenzgläser. Drehtrommeltest Der Tester kann nur vertikal auf einer ebenen Platte montiert werden.

Lampenkühlung
Xenonlampen erzeugen viel Wärme, die abgeführt werden muss. Statische Arrays führen überschüssige Wärme durch große Luftmengen durch das Lampengehäuse ab. Die Trommel verwendet ein wassergekühltes Lampensystem. Dies ist sehr effizient, da Wasser ein ausgezeichnetes istbekannter Wärmeträger. Daher können Trommellampen mit sehr hoher Leistung betrieben werden und eine hohe Strahlung erzeugen. Eine Wasserkühlung erfordert ein etwas kompliziertes Licht-/Filter-Setup, interne und externe Filter. Das Kühlwasser muss sehr rein sein, um alle angesammelten Lampen- und Filterverunreinigungen zu reduzieren.

Radiometrische Kalibrierung
Das radiometrische Kalibriersystem mit statischem Array verwendet ein Radiometer und kann vom Maschinenbediener durchgeführt werden. Ein mehrstufiges Verfahren zum Kalibrieren eines rotierenden Zylinderprüfgeräts unter Verwendung einer speziellen Kalibrierlampe. Normalerweise wird die Kalibrierung eines Drehtrommeltesters von einem externen Servicetechniker durchgeführt.

Einheitlichkeit
Drei verschiedene Homogenitätstests wurden untersucht, um die Homogenität des Abbaus von zwei Typen und 25 verschiedenen Testproben zwischen verschiedenen Typen zu vergleichen. In rotierenden Trommel- und statischen Probenhalterungssystemen,Die gleichmäßige Die Dichte eines Raumes variiert je nach Material zwischen 3 % und 13 %. Die Gleichmäßigkeit eines statischen Array-Testers ist für einige Materialien/Belichtungsbedingungen so gut wie eine rotierende Trommel.

Technische Zusammenfassung: Testen für den richtigen Job
Die Bestimmung des richtigen verwitterten oder lichtstabilen Geräts kann verwirrend sein, besonders wenn Sie mit dieser Art von Tests noch nicht vertraut sind. Was ist besser? Die folgende Tabelle enthält einige allgemeine Richtlinien. Wie bei jeder Aktion kann es Ausnahmen von der Regel geben.

Mehr über den Alterungstester für Xenonlampen:http://www.qinsun-tester.cn/productlist/list-5-1.html