Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Verbesserte Vorhersage des Witterungsverhaltens von Kunststoffen für unterschiedliche Klimazonen

Der Nachweis der Lebensdauer von Kunststoffprodukten in der Außenanwendung durch Freibewitterungstests ist sehr zeitaufwändig, weswegen gerne auf zeitraffende Laborbewitterungstests zurückgegriffen wird. Allerdings werden nur in der Norm EN 513 für PVC-Fensterprofile Laborbewitterungsparameter angegeben, welche einen direkten Bezug zu zwei Klimazonen in Europa haben. Andere Klimazonen können nicht im Labor simuliert werden. Um neue Märkte im Zuge der Globalisierung erschließen zu können, ist es erforderlich weitere Klimazonen mit der Laborbewitterung simulieren zu können. Deshalb soll ein Verfahren entwickeln werden, mit welchem Laborbewitterungsparameter für beliebige Klimazonen generiert werden können (Übersetzung von Klimadaten in Einstellparameter für Laborprüfungen). Das neue Verfahren soll eine bessere Übereinstimmung mit Freibewitterungstests ermöglichen und dabei zeitgerafft reproduzierbare Ergebnisse liefern. Ein weiteres Ziel ist die Übertragbarkeit der Bewitterungsergebnisse auf andere klimatische Bedingungen. Dazu müssen Materialänderungen mit Hilfe eines Modells beschrieben werden können. Zur Erreichung der Ziele sollen zunächst umfangreich Klima- bzw. Materialänderungsdaten aus unterschiedlichen Bewitterungstests gesammelt und ausgewertet werden. Aus diesen soll ein Übersetzungsschlüssel generiert und anhand ausgewählter Klimazonen getestet und validiert werden. Die angestrebten Ergebnisse sollen die Wettbewerbsfähigkeit von KMU dadurch steigern, dass Hersteller von Kunststoffprodukten ihre Bauteile im Labor unter beschleunigten, realitätsnahen Bedingungen für unterschiedliche Klimabedingungen prüfen können. Dadurch wird die Gefahr von Regressionsansprüchen minimiert, der Umfang an langwierigen Freibewitterungstests kann stark eingeschränkt und Entwicklungszeiten können verringert werden. Durch die Generierung neuer bzw. Anpassung bestehender Normen an die im Freien vorliegenden Bedingungen können Produkte gezielter entwickelt werden.

Ergebniszusammenfassung:

Die Witterungsbeständigkeit ist bei Kunststoffen von besonderer Wichtigkeit. Die Überprüfung im Freien kann sehr

langwierig sein. Beschleunigte Laborbewitterungen bilden eine Freibewitterung oft nur ungenügend nach und

meist fehlt ein direkter Bezug zur Freibewitterung. Beliebige Klimazonen können im Labor nicht nachgestellt

werden. Dies erschwert die Erschließung von neuen Wachstumsmärkten. Deshalb wurde ein

Übersetzungsschlüssel entwickelt, mit dem aus beliebigen realen Wetterdaten Laborbewitterungsparameter

generiert werden können. Dazu wurden Wetterdaten verschiedener Klimazonen analysiert. Bei der Temperatur

und der Strahlung wurde auf die absoluten Maximalwerte zurückgegriffen. Dadurch ist eine hohe Beschleunigung

der Laborbewitterung gewährleistet, ohne unnatürliche Alterungsprozesse zu provozieren. Bei der Feuchte /

Nässe wurden durchschn. Werte herangezogen. Die sog. „Time of Wetness“ wurde zur Ableitung des

Benässungszyklus verwendet, welche Regen und Tau berücksichtigt. Der Übersetzungsschlüssel wurde anhand

des Standortes Miami verifiziert. Es wurden zum Vergleich eine Freibewitterung in Miami sowie eine

Laborbewitterung nach EN 513-M als Referenzen durchgeführt. Die neue Laborbewitterung ergab die schnellste

Alterung. Da diese die höchsten Temperaturen aufwies, kann von einer Temperaturabhängigkeit der Alterung

ausgegangen werden. Korrelationen zwischen Bewitterungen sollten deshalb nicht nur über die Strahlendosis

vorgenommen werden, sondern auch die Temperatur sollte mit einbezogen werden. Dazu wurde ein modifiziertes

Arrhenius-Modell verwendet, welches Temperatur und Strahlendosis einbezieht. Die Modellierbarkeit ist stark

abhängig vom betrachteten Material und der Eigenschaft. Weitere Faktoren, wie z.B. Nässe, sollten deshalb

möglichst exakt nachgestellt werden. Durch die Modellierung konnte eine bessere Korrelation erreicht werden und

eine Übertragung der Bewitterungsergebnisse auf andere Klimaorte konnte realisiert werden.