Introduktion till vittring

Vad är vittring?

Väder och ljusstabilitet

Väderåldring hänvisar till förändringar i materialegenskaper som är ett resultat av exponering för den strålningsenergi som finns i solljus, i kombination med värme (inklusive temperaturcykler) och vatten i dess olika tillstånd, främst som fukt, dagg och regn. Dessa tre delar av utomhusexponering – solljus, värme och vatten – kallas "väderkrafterna". Väderförsämring initieras vanligtvis av solljus och kan accelereras av värme och påverkas av närvaron av vatten.

Ett närbesläktat begrepp är ljusstabilitet, eller ljusäkthet, vilket hänvisar till ett material förmåga att motstå två av de tre väderkrafterna - solljus och värme. Ljusstabilitetstester involverar inte flytande vatten och används ofta för att testa textilier och inomhusmaterial. Q-Labs introduktion till Solljus, väderlek och ljusstabilitet förklarar ytterligare likheter och skillnader mellan dem.

Väder- och ljuspåverkan kan resultera i många olika typer av materialnedbrytning, inklusive gulning, sprickbildning, färgförändring och blekning, delaminering och vidhäftningsförlust, skevhet, sprödhet, blåsbildning och förlust av draghållfasthet. Bilden nedan visar ett antal olika typer av förändringar i materialegenskaper till följd av exponering för utomhusförhållanden.

Väder och lätt försämring påverkar ett brett spektrum av material och industrier – i praktiken alla produkter som tas i bruk utomhus eller på annat sätt exponeras för väder och vind. Detta inkluderar färger och beläggningar, plast, förpackningar, textilier och tyger, hem- och konsumentvaror, tillsatser och färgämnen, arkitektur- och byggnadsmaterial, bläck och tryckmaterial, elektronik och en rad fordonskomponenter. Bläddra bland våra vittringsindustrier sidor och fallstudier för exempel på väderbeständighetstestning, eller kolla in detta allmän testguide.

Väderkrafter

När vi pratar om solljus som en av vittringskrafterna är vi vanligtvis bekymrade över ultraviolett (UV) ljus. Även om den bara representerar cirka 7 % av solens totala energi, är UV ansvarig för praktiskt taget all polymernedbrytning. Karaktären hos solljuset som tas emot av produkter utomhus beror på ett antal faktorer – tid på året, tid på dygnet, latitud, molntäcke och höjd. Dessutom filtrerar fönsterglas bort en del kortvågigt UV-ljus, beroende på dess tjocklek och färgton, vilket resulterar i ett mindre hårt ljusspektrum än material utomhus. Materialens spektrala känslighet är också kritisk – för att materialnedbrytning ska inträffa måste materialet kunna absorbera det infallande ljuset och ljuset måste ha tillräckligt med energi för att få kemiska bindningar att brytas. 

Värme, både i form av höga temperaturer och termisk cykling, kan påskynda förändringar av utomhusegenskaper. Fotokemiska reaktioner orsakade av infallande solljus är vanligtvis inte enkla enstegsreaktioner. Även om de primära reaktioner som orsakas av solljus inte påverkas av värme, är sekundära reaktioner det ofta. I vissa fall kan en temperaturökning på 10 °C fördubbla hastigheten för vissa kemiska reaktioner i lösning. Termisk cykling utomhus kan ändra ett materials yttemperatur från 75 °C till 25 °C på några minuter, vilket orsakar fysisk belastning på sammansättningar och beläggningar. 

Vatten kan påverka materialnedbrytningen på flera sätt. Vatten kan påverka kemiska reaktioner – både accelererar reaktioner i lösning och leder till ökad syretransport. Vatten kan också orsaka fysiska effekter som erosion, absorption, frys-/tiningsspänningar, termisk chock och materialförlust från stötar.

Vatten kan förekomma i form av dagg (kondens), relativ luftfuktighet och nederbörd. Av dessa är dagg den överlägset största källan till utomhusfukt. Material utomhus kan vara blöta i över 12 timmar om dagen på många platser, så design för utomhusprestanda innebär design för en vattenhaltig miljö.

Det är de synergistiska effekterna av solljus, värme och vatten som resulterar i förvittring av material; solljus och värmebeständighet avgör ett material ljusäkthet. Hur kan vi se till att våra produkter håller utomhus? Svaret är: vädertestning.

Hur utför jag väderprovning?

Det finns två grundläggande typer av vädertestning: naturlig utomhustestningoch accelererad laboratorietestning. Dessa två testtyper är komplementära och, utförda tillsammans, utgör ett komplett vädertestprogram. Q-Lab kan hjälpa dig att fastställa den bästa omfattande testplanen för dina produkter och material.

Naturlig utomhustestning 

Naturliga utomhustester på våra benchmark-testplatser i Florida och Arizona är det bästa sättet att fastställa dina produkters hållbarhet utomhus. Florida och Arizona är internationellt erkända riktmärken för exponeringstestning utomhus. Floridas subtropiska väderexponeringar är inte bara realistiska, de accelereras också. Exponeringar i södra Florida ger högintensivt solljus, högt årligt ultraviolett (UV) ljus, höga temperaturer året runt, riklig nederbörd och mycket hög luftfuktighet. Arizona har ännu högre intensitet solljus, varmare temperaturer och torra ökenförhållanden. För en översikt över naturliga utomhustester, se vårt webinar Naturlig vädertestning utomhus.

Den synergistiska effekten av UV, fukt och värme gör Florida till den idealiska platsen för att testa hållbarheten hos material i utomhusmiljöer. Arizonas höga nivåer av solsken och värme gör det till den idealiska platsen för att testa mycket hållbara material som kanske inte misslyckas någon annanstans. Naturlig väderpåverkan utomhus är det mest exakta sättet att förstå hållbarheten hos material utomhus och är hörnstenen i alla omfattande vädertestningsprogram. Vi rekommenderar att alla tillverkare av produkter som används utomhus bör:

• Testa på benchmark-platser, eftersom tuffa miljöer påskyndar nedbrytningen till låg kostnad
• Starta nya utomhustester varje år (eller oftare) för att utveckla ett databibliotek och jämföra nya formuleringar med gamla produkter och konkurrenters material
• Kvalificera och validera accelererade laboratorietester med utomhusdata – "testa testet"

Accelererad laboratorieprovning

Även om naturliga utomhustester är det mest sanna och korrekta sättet att utföra vädertestexponeringar, kan testning ta lång tid – 5, 10, till och med 20 år eller mer för mycket hållbara material. Accelererad laboratorievittringstestning kan hjälpa till med detta. Genom att accelerera vittringskrafterna i en kontrollerad labbmiljö kan du få snabbare resultat om produktens hållbarhet. Accelererad vädertestning är snabb, repeterbar och bekväm och är utmärkt för kvalitetskontroll, kvalificering och forskning och utveckling. Det är ett "verktyg för styrande beslutsfattande" för att bättre avgöra:

• Vilka ingredienser som ska inkluderas eller inte inkluderas i en produkt
• Oavsett om ett parti eller parti är OK att skicka till kunder
• Vilka leverantörer att köpa från
• Vilka bearbetnings- och tillverkningsparametrar som ska väljas

Det finns två primära typer av accelererad väderlekstestning, som erbjuder kompletterande fördelar som beskrivs i QUV och Q-SUN: En jämförelse. För en sammanfattning av väderlekskrafterna och dessa två testarkitekturer, se vårt webbseminarium Grunderna för laboratorievittring.

En är fluorescerande UV-vittringstestning med QUV Accelerated Weathering Tester. För att simulera väderlek utomhus QUV accelererad vädertestare utsätter material för alternerande cykler av UV-ljus och fukt vid kontrollerade, förhöjda temperaturer. Den simulerar effekterna av naturligt solljus och artificiell bestrålning med hjälp av speciella fluorescerande UV-lampor som levererar ljus endast från UVA-, UVB- och UVC-delarna av spektrumet. Den simulerar dagg och regn med kondenserande fukt och/eller vattenspray.

Den andra huvudsakliga testarkitekturen för accelererad vittrings- och ljusäkthetstestning är xenonbågsvittringstestning. Q-SUN xenonbågetestkammare reproducera skador som orsakats av fullspektrat solljus, värme och regn. En eller flera xenonbågslampor används i Q-SUN-testare för att generera ett spektrum som mycket liknar hela spektrumet av utomhussolljus. Optiska filter används för att leverera ljusspektra anpassade till produktens servicemiljö. Förhöjda temperaturer genereras av lamporna och styrs av svarta paneltermometrar och kammarlufttemperaturkontroll. Fukt tillförs prover främst genom vattenspray, förutom kontrollerad relativ fuktighet. Roterande rack- och flat array-testare är båda uttryckligen tillåtna i nästan alla större standarder, och forskningsstudier ha bekräftade att de levererar liknande resultat i många fall.

Accelererad utomhusprovning

För att kombinera realismen med utomhusexponering med de snabba resultaten av laboratorietester är accelererade utomhustester också tillgängliga med Q-TRAC Natural Solar Concentrator eller Automotive Interior Materials (AIM) box. För en översikt över dessa tester, se vårt webinar Accelererat vädertest utomhus.

Q-TRAC solkoncentratorn använder faktiskt solljus som ljuskälla och är exceptionellt användbar för att testa mycket hållbara material med exceptionellt lång livslängd. Den använder en uppsättning av 10 speglar för att reflektera och koncentrera fullspektrum solljus på testexemplar samtidigt som den spårar solen under hela dagen för att maximera mängden solexponering som testexemplar får. Q-TRAC-solkoncentratorn har också ett vattenspraysystem, som kan utföra cykler som simulerar väderlek i Florida eller skapar termisk chock. 

AIM Box-testning utsätter fordonsinteriörmaterial för höga temperaturer och utomhussolsken bakom klart eller laminerat glas, för att simulera förhållandena inuti en bil. AIM-boxar kan också spåra solen under dagen för att öka mängden solstrålningsprodukter som tar emot.

Varför utföra väderprovning?

Skäl att prova

På Q-Lab ställer vi ofta frågan "Kommer dina produkter att hålla utomhus?" och svara med "Gissa inte när du kan testa!" Som sagt, vilka är de faktiska fördelarna med väder- och ljusstabilitetstestning? Här är bara några:

Förbättra din produkts hållbarhet

Väderprovning har resulterat i drastiska ökningar av livslängden för många viktiga produkter. Ta till exempel bilbeläggningar, där vädertestning har stött utvecklingen som har lett till över 100 % ökad produktlivslängd.

Spara på materialkostnader

Rätt materialval kan ha en avgörande inverkan på produktens prestanda – och ditt resultat. Hur mycket skulle det spara dig om du köpte råvaror som var 10 % billigare och din prestation inte påverkades? Korrekt materialval kan spara hundratusentals dollar i vissa fall, och vittringstestning ger dig självförtroendet att göra rätt val.

Undvik katastrofala produktfel

Å andra sidan, hur mycket skulle det kosta dig om du köpte 10 % billigare råvaror, men det fick din produkt att misslyckas? Rättegångar och storskaliga garantianspråk kan vara mycket skadliga för ett företags vinst och rykte. Testning hjälper till att undvika sådana misstag.

Många fler!

Väder- och ljusstabilitetstester kan hjälpa dig att möta kundernas specifikationer, förbättra ditt marknadsrykte, verifiera leverantörspåståenden, utöka dina befintliga produktlinjer, gå in på nya marknader, överträffa konkurrenterna och ligga steget före myndighetsföreskrifter.

Provningsmetoder

Det är viktigt att förstå att inte alla vädertesttyper har samma mål. Ett testprogram bör utvecklas med en tydlig förståelse för vilken kunskap som är avgörande att få. Testmatrisen nedan visar olika kategorier av testning från de enklaste till de mest komplexa:

De flesta vädertestning, åtminstone till att börja med, är kvalitetskontroll testning – korta, definierade screeningtest för fasta tidsintervall som genererar godkända/underkända resultat. Detta är nära relaterat till kvalifikationer or godkännande testning, där en kunds specifikation behöver uppfyllas i ett test för att få acceptans. Korrelativ och prediktiv testning kräver utomhusdata och är därför en del av ett bredare testprogram. Korrelativ testning använder utomhusdata som en referens till "rank order"-prover i laboratorietester – med andra ord för att avgöra vilka som presterar bäst och vilka som är mindre väderbeständiga. Förutsägande testning ger uppskattningar av livslängden baserat på labbresultat, men är mycket materialspecifika, testspecifika och fellägesspecifika och kräver massor av utomhustestdata.

Korrelation

Den vanligaste frågan vi får på Q-Lab är någon variant av "hur många timmar i en accelererad vädertestare motsvarar (5, 10, 20) år utomhus?"

Det korta svaret är att det finns inget enkelt allmänt förhållande mellan laboratorietestning och accelererad väderpåverkan. Problemet är inte att vi bara inte har utvecklat den perfekta vädertestaren ännu. Oavsett hur sofistikerad eller dyr du gör din vädertestare, hittar du fortfarande inte det "magiska numret". Det största problemet är den inneboende variationen och komplexiteten i exponeringssituationer utomhus, inklusive geografi, vädervariationer, servicemiljö, testförhållanden och många fler. Reciprocitet, konceptet att en ökning av bestrålningsintensiteten leder till en proportionell minskning av testtiden, typiskt håller inte. Dessutom, helt enkelt jämföra tester av mängd stråldosering kan leda till fel, särskilt för ljuskällor med olika spektrala egenskaper.

Men den rangordningsdata som kan genereras av en omfattande utomhus och accelererad vädertestplan är extremt värdefull information som kan berätta mycket om produktens hållbarhet. På Q–Lab är vi här för att hjälpa dig att få ut det mesta av ditt testprogram med minsta möjliga krångel: det är därför vi säger att Vi gör tester enkelt.