über 100 Jahre Freibewitterung - der Weg von der

Über 100 Jahre Freibewitterung - der Weg von
der statischen Auslagerung bis zur
ultrabeschleunigten Exposition
14. Okt
Okt.. 2015
Uwe Wendt
Die 3 Faktoren der Bewitterung
Natürliche Bewitterungsmethoden
Bild der ersten dokumentierten natürlichen Bewitterungsprüfung
North Dakota Agricultural College (jetzt North Dakota State)
Ungefähr 1907
2
Atlas Prüfgeräte
1919
Solar Determinator Anno 1915
1919, das
Color Fade-Ometer® von Atlas
Atlas Weathering Services Group
Bewitterung im Freien - Miami, Florida
Atlas Weathering Services Group
Zweites Prüfgelände (32000 m²) – Miami, Florida
Atlas Weathering Services Group
Bewitterung im Freien - Phoenix, Arizona
Atlas’ Worldwide Exposure Network (WEN)
Atlas operated sites
WEN affiliated sites
Accelerated Weathering Testing Lab
Mount Prospect, USA; Leicester,UK;
Moscow, RU
Humid Continental Climate
Duisburg, DE
Medina, OH, USA
Northern Industrial
Temperate Climate
Novorossiysk, RU
Black Sea Corrosion Site
Gelendzhik, RU
Warm Temperate Maritime
Mount Prospect, IL, USA
Loveland, CO, USA
Alberta, MI, USA
Weathering Service Lab
High Altitude Test Site (1518 m)
Cold Climate Test Site
Bicester, UK; Duisburg, DE
Seosan, KR
Light Industrial Marine
Choshi, JP
Subtropical Climate
Kirishima, JP
Volcanic Marine
Miyakojima, Okinawa
Tropical /Subtropical Humid
Phoenix, AZ, USA
Guangzhou, CN
High Desert Benchmark,
Accelerated Concentrated Solar
Weathering,
Atlas Solar Test Center (STC)
Subtropical Climate
Hainan, CN
Tropical Climate
Turpan, CN
Desert Climate
Singapore, SG
Tropical Climate
Townsville, AU
Tropical Climate
Jacksonville, FL, USA
Melbourne, AU
Automotive Acid Etch
Temperate Climate
Long Key, FL, USA
Corrosion Test Site
Miami , FL, USA
Subtropical Benchmark
Sanary-Sur-Mer, Bandol, FR
Hoek van Holland, NL
Chennai, IN
Mediterranean Benchmark
North Sea Corrosion Test Center
Tropical Benchmark
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 ...
Direkte Bewitterung
Direkte Bewitterung
Hinterlegte Bewitterung
Direkte Bewitterung
Black Box
Indirekte Expositionen/
Expositionen/Expositionen unter Glas
Beschleunigte Prüfungen im Freien
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
Beschleunigt im Freien - EMMAQUA®
Modernes MQ3K
Equatorial Mount with Mirrors for Acceleration
(-aqua
aqua:: mit Wasserbesprühung)
Wasserbesprühung)
DSET Laboratories
EMMAQUA®-Geräte
18
EMMAQUA® - Fläche mit Proben
EMMAQUA® - Querschnitt
Lufttunnel
(Rückansicht)
Sonnenstrahlung
(Direkter Strahl)
Fläche mit
Proben
Probe
Gravitationsund Rotationszentrum
Flache Spiegel
Himmelsstrahlung
(Diffus)
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 D5722 - 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
Extrem beschleunigte Bewitterungssysteme
Eine neue Generation der Beschleunigung
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).
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
24
verhalten
Extrem beschleunigtes Bewitterungssystem
Bestrahlte Fläche mit Proben
UAWS folgt der Sonne
Preisgekrönte Technologie
Wie funktioniert es?
Schema des UAWS
Sichtbare und
nah-infrarote
Wellenlängen
werden zum
größten Teil
nicht refektiert
Aus Facetten
bestehende
Parabolschüssel
Probenebene
Ultraviolette
Wellenlängen
werden auf die
Proben
reflektiert
}
Einheitliches, hochkonzentriertes, direktes,
normales UV-Sonnenlicht
Hoher Reflexionsgrad von
mehrfachvergüteten dielektrischen Spiegeln
Einfallendes
Licht
n1
n2
n1
n2
n1
Reflektiertes
Licht
Reflektiertes
Licht
• Abwechselnde Schichten aus
abgelagerten Oxidbeschichtungen
• Mehrfachreflexion aufgrund der
nicht übereinstimmenden
Brechungskoeffizenten
• Kann zu einer sehr hohen
Breitbandreflexion führen (~99 %)
n2
n1
n2
n1
n2
Glasträger
• Die spektralen Merkmale können
mittels der Schichtstärke an die
gewünschte Anwendung angepasst
werden
In der Mitte treffen
•
Durch das UAWS steht denjenigen, die an sehr langfristigen F&EHaltbarkeitsprüfungen 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
Beide Technologien kombinieren
Was erhält man, wenn man ein UAWS mit einem EMMA ® kreuzt?
Extrem beschleunigtes EMMA ® (UA
(UA--EMMA ®)
Extrem beschleunigtes EMMA ®
UA EMMA and Standard EMMA 01/22/13
Warm Clear Day
90
• Schwarztafel-Temperatur- Performance UA EMMA im Vergleich zu
Standard- EMMA- Daten
80
70
Black Panel Temp. C
60
UA BA
50
UA UN
EM BA
40
EM UN
30
20
10
0
9:56
11:08
12:20
13:32
Time
14:44
15:56
UA--EMMA ® PS EXPOSITIONEN
UA
•
•
•
•
•
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
UA--EMMA ® PS Ergebnisse
UA
Comparison of Standard EMMA to UA EMMA
By Days
2
1,8
1,6
1,4
Delta b*
1,2
1
EM PS Delta b*
UA PS Delta b*
0,8
0,6
0,4
0,2
0
0
2
4
6
8
10
12
Days
35
UA--EMMA ® PS Ergebnisse
UA
Comparison of Standard EMMA and UA EMMA
By UV Radiant Exposure
2,5
STD EMMA
y = 0.021x + 0.134
R² = 0.986
2
Delta b*
1,5
UA EMMA
y = 0.016x + 0.267
R² = 0.969
1
EM PS Delta b*
UA PS Delta b*
0,5
0
0
20
40
60
80
100
120
MJ/m^2 TUVR
36
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 = 10-12-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 2014
– 2015?
Niedertemperatur--EMMA®/
Niedertemperatur
EMMA®/EMMAQUA®
EMMAQUA®
Was ist das
Niedertemperatur--EMMA®/EMMAQUA®?
Niedertemperatur
•
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 SüdFlorida 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.
LT--EMMA®/EMMAQUA® Temperaturstudie
LT
Black Standard Exposure Temperatures - Typical ASTM G90,
Horizontal, Low Temperature EMMA
120
Black Standard Temperature °C
100
80
G90
60
Low Temp. EMMA
Horizontal
40
20
0
0:00
4:48
9:36
14:24
19:12
0:00
Time
4:48
9:36
14:24
19:12
0:00
LT--EMMA®/EMMAQUA® Bestrahlungsstärke
LT
Comparison of Exposure Irradiances - Typical ASTM G90,
Horizontal, Low Temperature EMMA
3,5
3
Approximate W/M^2 340nm
2,5
2
G90
Low Temp. EMMA
1,5
Horizontal
1
0,5
0
0:00
12:00
0:00
12:00
Time
0:00
12:00
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 ® 10-12-fache Bestrahlungsstärke (ASTM G90)
- LT-EMMA ® /EMMAQUA ® 5-fache Bestrahlungsstärke/wesentlich kühler
(ASTM G90)
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)
Atlas Solar Test Center at Arizona
Specialized testing for renewable solar energy materials and
products.
Solar Test Center at Arizona Site
Solar Test Center at Arizona Site
Certification approval testing for solar-thermal water heaters to SRRC and other international requirements.
Atlas Material Testing Technology GmbH
Vogelsbergstrasse 22
D - 63589 Linsengericht/Altenhaßlau
Email: [email protected]
Fragen???
Dank an den Autor Scott Zimmerman,
Atlas Weathering Services Group