Ocena trwałości powłok i farb w komorze testowej z przyspieszonym starzeniem w świetle UV

Abstrakcja

Gdy powłoki i farby są wystawione na długotrwałe działanie czynników zewnętrznych, są one stale poddawane działaniu promieniowania ultrafioletowego, deszczu, infiltracji rosy i cykli temperaturowych, co stopniowo prowadzi do uszkodzeń związanych ze starzeniem, takich jak utrata połysku, przebarwienia, kredowanie, pękanie i łuszczenie. Chociaż naturalne testy ekspozycji na warunki zewnętrzne dają wyniki zbliżone do rzeczywistych warunków eksploatacji, pełny cykl testowy często trwa kilka lat i nie spełnia wymagań dotyczących wydajności w zakresie rozwoju receptury powłoki, iteracji produktu i testowania zgodności. Komora testowa UV Accelerated Weathering to ważne urządzenie do sztucznego symulowania przyspieszonego starzenia w warunkach atmosferycznych. Zasada jej badania opiera się na symulowanym przyspieszonym starzeniu w warunkach środowiskowych: lampy UV symulują promieniowanie słoneczne, a skroplona wilgoć symuluje deszcz i rosę. Materiały są umieszczane w cyklicznych programach, naprzemiennie eksponowane na światło i wilgoć, i poddawane przyspieszonemu starzeniu w określonych temperaturach, aby szybko uzyskać dane dotyczące odporności na warunki atmosferyczne. Skoncentrowane na LISUN UV-263LS Komora do badań starzenia przyspieszonego promieniowaniem UV – niniejszy artykuł opisuje zasadę działania i skład sprzętowy komory do badań starzenia przyspieszonego promieniowaniem UV. W połączeniu z odpowiednimi normami obowiązującymi w branży powłok i farb, dokument przedstawia kompletny proces testowy, obejmujący przygotowanie próbek, programowanie cykli i ocenę właściwości po starzeniu, a także analizuje praktyczne zastosowanie tego sprzętu w różnych kategoriach powłok, takich jak zewnętrzne farby architektoniczne, powłoki do drewna i lakiery nawierzchniowe do samochodów. Zawiera odniesienia dla laboratoriów badawczo-rozwojowych i instytucji kontroli jakości, umożliwiające ocenę trwałości powłoki w warunkach atmosferycznych. 

Wprowadzenie

Jako materiały do ​​ochrony powierzchni i materiały dekoracyjne, powłoki i farby są szeroko stosowane w zewnętrznych ścianach budynków, zewnętrznych produktach drewnianych, zewnętrznych elementach samochodowych, antykorozyjnych konstrukcjach stalowych i innych dziedzinach. Odporność warstw powłok na warunki atmosferyczne bezpośrednio decyduje o trwałości i wyglądzie produktu. Promieniowanie ultrafioletowe zawarte w naturalnym świetle słonecznym jest główną przyczyną degradacji powłok organicznych. Fotony UV rozbijają łańcuchy molekularne żywic polimerowych i wyzwalają reakcje fotooksydacyjne. Tymczasem kondensacja rosy i infiltracja opadów atmosferycznych spowodowana naprzemiennym cyklem dnia i nocy powodują hydrolizę w wysokiej wilgotności, a wysoka temperatura dodatkowo przyspiesza tempo reakcji fotochemicznych. Wiele czynników współdziała, aby stopniowo degradować powłoki. Tradycyjne testy ekspozycji na warunki zewnętrzne wymagają umieszczenia paneli testowych w otwartych stanowiskach testowych. Obserwacja oczywistych zjawisk starzenia zajmuje miesiące, a nawet lata, dlatego trudno jest szybko porównać różnice w odporności na warunki atmosferyczne między różnymi dodatkami i systemami żywic na etapie selekcji formulacji.

Technologia sztucznego starzenia przyspieszonego pozwala odtworzyć główne czynniki niszczące występujące na zewnątrz w laboratoriach i skrócić cykle testowe. Spośród tego typu urządzeń, komora UV do badań starzenia przyspieszonego symuluje głównie trzy kluczowe czynniki środowiskowe: promieniowanie UV, kondensację, wysoką wilgotność i wahania temperatury. W porównaniu z komorami ksenonowymi, komora koncentruje się bardziej na efektach fotodegradacji w paśmie UV i doskonale nadaje się do oceny zjawisk starzenia, takich jak kredowanie, utrata połysku i pękanie powłok organicznych. LISUN UV-263LS Komora do badań starzenia przyspieszonego promieniowaniem UV Komora do badań starzenia metodą UV to fluorescencyjne urządzenie do starzenia. Można je zaprogramować na naprzemienne cykle światła UV, kondensacji i natrysku wody, aby przeprowadzić przyspieszone testy starzenia w kontrolowanych warunkach temperaturowych. W ciągu kilku tygodni może odtworzyć uszkodzenia powłoki, które powstałyby na zewnątrz przez miesiące, a nawet lata. Komora do badań starzenia metodą UV umożliwia wykonywanie krajowych i międzynarodowych testów starzenia powłok, w tym GB/T 23987-2009, GB/T 16422.3-2022, ASTM G154 i ISO 11507, dostosowując się do różnych scenariuszy, takich jak porównanie prac badawczo-rozwojowych nad formulacjami, kontrola jakości przychodzącej oraz testy certyfikacyjne produktów.

UV-263LS_Komora testowa starzenia UV

Zasada przyspieszonego starzenia w komorze testowej do przyspieszonego starzenia UV

Zasada działania komory testowej UV Accelerated Weathering opiera się na symulowanym starzeniu w warunkach środowiskowych: lampy UV symulują promieniowanie słoneczne, a skroplona wilgoć symuluje deszcz i rosę. Materiały poddawane są cyklicznym programom, w których naprzemiennie eksponowane są na światło i poddawane działaniu wilgoci, a następnie poddawane przyspieszonemu starzeniu w określonych temperaturach, co pozwala na szybkie uzyskanie danych dotyczących odporności na warunki atmosferyczne. Cały proces starzenia jest koordynowany przez trzy moduły: naświetlanie UV, nawilżanie kondensacyjne i kontrolę temperatury. Moduł naświetlania UV wykorzystuje świetlówki UV do emisji promieniowania ultrafioletowego o określonych pasmach. Lampy UVA-340 charakteryzują się widmem odpowiadającym zakresowi UV zewnętrznego światła słonecznego i nadają się do konwencjonalnej symulacji starzenia w warunkach atmosferycznych; lampy UVB-313 o krótkiej fali zapewniają wyższą energię promieniowania w przypadku testów przyspieszonego przesiewania o wysokiej intensywności. Fotony UV bombardują polimery wewnątrz warstw powłokowych, rozbijają wiązania chemiczne żywic, generują wolne rodniki i inicjują fotooksydacyjną degradację, co prowadzi do zmian powierzchni, takich jak redukcja połysku i zmiana koloru.

Moduł kondensacyjny generuje parę wodną poprzez podgrzewanie zbiornika z wodą znajdującego się na dnie komory. Po wytworzyniu się różnicy temperatur wewnątrz komory, para wodna skrapla się, tworząc ciekłą warstwę wody na schłodzonych powierzchniach próbki, symulując poranną rosę. Niektóre modele są wyposażone w system natrysku wody, symulujący zewnętrzne opady deszczu. Wilgoć z rosy i deszczu wnika w mikroskopijne pory powłok i przyspiesza hydrolizę, wzmacniając uszkodzenia starzeniowe wywołane promieniowaniem UV, które jest istotnym czynnikiem środowiskowym powodującym uszkodzenia powłok zewnętrznych. Wszystkie procedury testowe przeprowadzane są w kontrolowanych zakresach temperatur. Odpowiednie temperatury są ustawiane dla fazy ekspozycji na światło i fazy kondensacji, aby symulować charakterystykę środowiskową letniego nasłonecznienia i różnicy temperatur między dniem a nocą. Komora do przyspieszonych badań starzenia UV uruchamia cykliczne programy napisane zgodnie z normami. Próbki przechodzą naprzemiennie przez fazę napromieniowania UV i fazę kondensacji w warunkach wysokiej wilgotności w powtarzających się cyklach, kompresując uszkodzenia starzeniowe nagromadzone przez długi czas w środowisku naturalnym do krótkich cykli testów laboratoryjnych. Należy zauważyć, że komora testowa UV Accelerated Weathering symuluje głównie sprzężenie promieniowania ultrafioletowego i wilgoci i nie jest w stanie w pełni odtworzyć specyficznych czynników zewnętrznych, takich jak zanieczyszczenia atmosferyczne, erozja piaskowa i agresja biologiczna. Wyniki testów służą głównie do względnego porównania wydajności między próbkami.

Struktura sprzętu i parametry specyfikacji UV-263LS Komora do badań starzenia przyspieszonego promieniowaniem UV

LISUN UV-263LS Komora do badań przyspieszonego starzenia UV posiada kwadratową strukturę komory wewnętrznej. Obudowa zewnętrzna wykonana jest z wysokiej jakości blachy stalowej walcowanej na zimno, pokrytej natryskiem elektrostatycznym. Komora wewnętrzna jest odporna na korozję i łatwa do czyszczenia. Urządzenie jest wyposażone w 8 świetlówek UVA-340 o mocy 40 W. Natężenie promieniowania można płynnie regulować w zakresie od 0.35 do 1.2 W/m². Zespół monitorujący natężenie promieniowania monitoruje natężenie promieniowania UV w czasie rzeczywistym i kompensuje spadek natężenia światła lampy w trakcie eksploatacji. System kontroli temperatury kontroluje temperaturę czarnego panelu komory w zakresie temperatur otoczenia od +10°C do 70°C. Kondensacja odbywa się poprzez podgrzewanie zbiornika z wodą w celu wytworzenia pary wodnej, a wilgotność względna wewnątrz komory może osiągnąć powyżej 75% RH. Urządzenie jest wyposażone w programowalny sterownik ciekłokrystaliczny, który umożliwia swobodną edycję czasu świecenia, czasu kondensacji, czasu natrysku oraz całkowitej liczby cykli. Czas testu można ustawić w zakresie od 0 do 999 godzin, a pełne dane operacyjne mogą być rejestrowane. Uchwyt na próbki pasuje do standardowych paneli testowych powłok i może pomieścić wiele grup próbek jednocześnie, zapewniając stabilną odległość między próbkami a lampami, dzięki czemu każdy panel testowy otrzymuje stałe natężenie promieniowania UV i zmniejsza błąd rozproszenia testu. Poniższa tabela zawiera kluczowe specyfikacje głównych modeli. LISUN Komora testowa do przyspieszonego starzenia UV serii UV-263.

Punkty wdrożenia testu odporności powłoki i farby na warunki atmosferyczne z wykorzystaniem komory testowej z przyspieszonym starzeniem UV

Przed przeprowadzeniem testów odporności powłok i farb na warunki atmosferyczne w komorze UV ​​Accelerated Weathering Chamber, należy przygotować panele testowe zgodnie z odpowiednimi normami. Odpowiednie podłoża dobiera się w zależności od rodzaju powłoki: płyty cementowe są zazwyczaj stosowane do zewnętrznych farb architektonicznych, odpowiednie podłoża drewniane do powłok drewnianych, a blachy stalowe walcowane na zimno do przemysłowych powłok nawierzchniowych. Natrysk lub malowanie pędzlem odbywa się ściśle zgodnie ze specyfikacjami konstrukcyjnymi powłok, grubość suchej powłoki jest kontrolowana, a pełne utwardzanie odbywa się w standardowych warunkach, aby zapewnić całkowite utwardzenie powłok. Dla każdej grupy testowej przygotowuje się wiele równoległych paneli. Niektóre panele są wykorzystywane do pobierania próbek i detekcji w określonych odstępach czasu, natomiast niestarzone oryginalne panele referencyjne są zachowywane w celu porównania różnic połysku i koloru po starzeniu. Powierzchnie paneli muszą pozostać czyste, wolne od plam oleju i odcisków palców, aby uniknąć dodatkowych czynników zakłócających.

Przygotowane panele testowe są starannie montowane na stojaku z próbkami w komorze testowej UV Accelerated Weathering Chamber, stroną zwróconą do lamp. Pomiędzy panelami należy zachować odstępy, a nakładanie się ekranów jest niedozwolone. Program testów jest ustalany zgodnie z wybraną normą. Biorąc za przykład normę GB/T 23987-2009 Farby i lakiery — Sztuczne narażenie powłok na działanie warunków atmosferycznych — Narażenie na działanie fluorescencyjnych lamp UV i wody, należy ustawić temperaturę i czas trwania fazy napromieniowania UV, temperaturę i czas trwania kondensacji dla fazy kondensacji, zdefiniować pełne okresy cykli i całkowitą liczbę godzin testów. Uruchomić urządzenie. Komora testowa UV Accelerated Weathering Chamber automatycznie przełącza procesy napromieniowania UV i kondensacji. Podczas pracy należy regularnie sprawdzać parametry natężenia promieniowania i temperatury oraz monitorować poziom wody w zbiorniku, aby zapewnić wystarczającą ilość wody do kondensacji. W punktach czasowych określonych w planie testów wyjąć odpowiednie panele, pozwolić im się ustabilizować w standardowych warunkach środowiskowych, a następnie sprawdzić wskaźnik retencji połysku powłoki, różnicę kolorów ΔE, stopień kredowania, stopień pęknięć, przyczepność i inne wskaźniki. Zanotuj wszystkie dane i porównaj je z oryginalnymi panelami referencyjnymi, aby ocenić stopień starzenia się powłoki.

Oprócz powłok architektonicznych, komora do badań starzenia przyspieszonego UV znajduje również zastosowanie w przypadku wielu organicznych systemów powłokowych, takich jak farby do drewna, powłoki nawierzchniowe do tworzyw sztucznych i powłoki antykorozyjne. Na etapie badawczo-rozwojowym komora do badań starzenia przyspieszonego UV umożliwia szybkie porównanie różnic w odporności na warunki atmosferyczne między różnymi dodatkami odpornymi na promieniowanie UV i formulacjami żywic, a formulacjami sitowymi o lepszej wydajności. W ramach kontroli jakości weryfikuje ona, czy gotowe powłoki spełniają wymagania specyfikacji technicznej. Należy wyjaśnić, że wyniki uzyskane w komorze do badań starzenia przyspieszonego UV to względne wartości odporności na warunki atmosferyczne. Jeśli wymagana jest rzeczywista trwałość materiałów w warunkach zewnętrznych, kalibrację korelacyjną należy połączyć z badaniami w warunkach naturalnej ekspozycji.

Punkty kontroli jakości konserwacji i testów sprzętu

Konserwacja komory testowej UV bezpośrednio wpływa na wiarygodność danych z badań starzenia powłoki. Lampy fluorescencyjne UV ulegają zanikowi wraz z upływem godzin pracy. Natężenie promieniowania powinno być regularnie monitorowane. Jeśli natężenie promieniowania UV nie spełnia standardowych wymagań, lampy należy niezwłocznie wymienić; stan lampy w przypadku zwykłego oświetlenia nie może być podstawą oceny przydatności do użycia. Zbiornik na wodę kondensacyjną wymaga regularnej wymiany i czyszczenia, aby zapobiec osadzaniu się kamienia i mikroorganizmów, a tym samym zanieczyszczeniu próbek parą wodną. Po każdym teście należy wyczyścić komorę próbkową, aby usunąć resztki powłoki. Zapewnić dobrą wentylację środowiska pracy urządzenia i kontrolować temperaturę otoczenia w zakresie 5–35°C, aby zapewnić stabilną pracę systemu kontroli temperatury. Testerzy powinni w pełni rejestrować czas wymiany lampy, zapisy kalibracji natężenia promieniowania, uruchomione programy urządzenia oraz dane z detekcji próbek na wszystkich etapach, aby utworzyć kompletne pliki testowe spełniające wymagania dotyczące identyfikowalności w raportach z testów. Standardowe parametry cyklu nie mogą być modyfikowane arbitralnie. Zmiany temperatury światła, temperatury kondensacji i czasu trwania każdego segmentu bezpośrednio wpływają na naprężenia starzeniowe i sprawiają, że wyniki testów są nieporównywalne.

Wniosek

Trwałość powłok i farb w warunkach atmosferycznych jest kluczowym wskaźnikiem oceny jakości powłok zewnętrznych. Tradycyjne testy ekspozycji naturalnej charakteryzują się długimi cyklami i z trudem dorównują szybkiemu tempu iteracji badawczo-rozwojowych nowoczesnych powłok. Komora testowa UV Accelerated Weathering Chamber wykorzystuje lampy UV do symulacji promieniowania słonecznego i skroplonej wilgoci, symulując rosę i deszcz, realizując przyspieszone starzenie w programowalnych sekwencjach cyklicznych. Umożliwia ona porównanie różnic w odporności na warunki atmosferyczne różnych powłok w krótkim czasie. LISUN UV-263LS Komora do badań starzenia przyspieszonego promieniowaniem UV Urządzenie charakteryzuje się regulowanym natężeniem promieniowania oraz stabilną kontrolą temperatury i wilgotności. Jest zgodne z wieloma krajowymi i międzynarodowymi normami dotyczącymi badań odporności powłok na starzenie i umożliwia przeprowadzanie przyspieszonej oceny odporności na starzenie zewnętrznych farb architektonicznych, powłok do drewna, przemysłowych powłok nawierzchniowych oraz różnych innych farb i powłok, zapewniając wsparcie testowe w zakresie opracowywania receptur, kontroli jakości produktów i testowania zgodności. W praktyce testerzy powinni standaryzować przygotowanie paneli, ściśle przestrzegać norm dotyczących cykli testowych, przeprowadzać regularną kalibrację i konserwację sprzętu, w pełni rozumieć zakres działania komory do badań przyspieszonego starzenia UV oraz porównywać dane dotyczące przyspieszonego starzenia z wynikami naturalnej ekspozycji, aby naukowo i obiektywnie ocenić trwałość powłok i farb w warunkach atmosferycznych.