Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Bewitterungszyklen mit hoher Signifikanz für Kunststoffe und Beschichtungen in der kühlgemäßigten Klimazone

Ziel ist die Entwicklung und Überprüfung eines Labor-Bewitterungszyklus für polymere Materialien, der zuverlässigere Aussagen zur Freibewitterungsbeständigkeit für die kühlgemäßigte Klimazone ermöglicht, als derzeitige normgerechte Bewitterungszyklen.

Die neue Norm ASTM D7869-13 wurde durch ein Industriekonsortium semiempirisch erarbeitet, um die Korrelation der Ergebnisse von Kurzzeitbewitterungen für Fahrzeugbeschichtungen mit der Freibewitterung in Florida zu verbessern. Durch die Analyse des der Norm zugrundeliegenden Bewitterungszyklus und zeitabhängiger Wetterdaten von Florida sollen die Zusammenhänge zwischen Wetter, Materialeigenschaften und den Einzelschritten dieses Bewitterungszyklus aufgeklärt werden. Hierzu sind seine Einzelschritte auf die klimatische Situation in Florida rückabzubilden. Weiterhin sind die der Norm immanenten Beschleunigungsfaktoren für Temperatur, Feuchtigkeit und Bestrahlung abzuleiten. Mit Wetterdaten für einen Standort in der kühlgemäßigten Klimazone und den Beschleunigungsfaktoren ist ein ortsspezifischer neuer Bewitterungszyklus („ZykStuttgart“) zu entwickeln und zu prüfen.

Die Datengrundlage ist durch normgerechte Kurzzeit- und Freibewitterung in Stuttgart an Massenkunststoffen und Beschichtungen zu schaffen.

Es wird angestrebt, die Grundlagen für ein Verfahren zur Erstellung von Bewitterungszyklen für beliebige Standorte zu schaffen, die belastbare Aussagen zur Materialhaltbarkeit erlauben.

Alle für Außenanwendungen vorgesehenen Polymermaterialien müssen auf Bewitterungsbeständigkeit geprüft werden. Die derzeit oft von deutschen KMU und der Großindustrie bemängelte Zuverlässigkeit von Kurzzeitbewitterungen könnte deutlich verbessert werden. Dies spart Ressourcen in der Produktentwicklung, reduziert Bewitterungskosten und senkt die Rate von Produktversagen und Reklamationen. Es entsteht ein Wettbewerbsvorteil für KMU durch Einsparungen und zuverlässige Produktqualität.

Ergebniszusammenfassung:

Kunststoffprodukte und Beschichtungen werden oft vor ihrer Kommerzialisierung durch Freibewitterung oder Laborbewitterungsprogramme geprüft. In jüngerer Vergangenheit wurde die Norm ASTM D7869-13 zur Simulation der Florida-Freibewitterung publiziert, die aus dem sog. „Neuen Protokoll“ (NP) hervorging, das das Ergebnis einer langjährigen Florida-Bewitterungsstudie ist. Da die Abfolge und Ausprägung der einzelnen, im NP festgelegten Bewitterungsschritte nahelegt, dass diese eine periodische Wiederholung von für Florida gemäßigten Bewitterungsstandardtagen (ST) und besonders strahlungsintensiven, dunstärmeren „Extremtagen“ (ET) darstellt, wurde im Projekt versucht, direkte Zusammenhänge zwischen Florida-Wetterdaten und (i) der im NP erfolgten „Zweiteilung“ in ST und ET sowie (ii) den im NP angegebenen Beträgen für Temperatur, relative Feuchte, Strahlungsintensität und Dauern der einzelnen Bewitterungsschritte aufzufinden. Es wurden Regeln gefunden, durch die eine Ableitung des NP aus den Florida-Wetterdaten möglich war. Diese Regeln wurden auf Wetterdatensätze vom Standort Stuttgart angewandt. Da durch Simulationen zur Wasseraufnahme der Kunststoffe unter variablen Umgebungsbedingungen (Wetterdaten) gezeigt wurde, dass beide Bewitterungsprotokolle gegenüber der Freibewitterung „zu trockene“ Proben lieferten, wurde die Ableitungsregel für die Minimalfeuchte des ET modifiziert. Es erfolgten Bewitterungen an jeweils sechs Polymer- und Beschichtungstypen in Florida und Stuttgart (Flo, Stu) sowie im Labor mit den abgeleiteten Bewitterungsprtokollen NP und ZykStuttgart. Es zeigte sich, dass das Protokoll ZykStuttgart eine bessere Simulation für Stuttgart darstellt, als NP für Florida. Hieraus kann geschlossen werden, dass die Anpassung der Feuchte ein richtiger Schritt war und dass das Konzept einer regelbasierten Ableitung von ortsspezifischen Bewitterungsprotokollen aus Wetterdaten aussichtsreich und möglicherweise universell anwendbar ist.