Valutazione della durabilità di rivestimenti e vernici mediante una camera di prova per invecchiamento accelerato con raggi UV

Astratto

Quando rivestimenti e vernici sono esposti ad ambienti esterni per lunghi periodi, sono continuamente soggetti a radiazioni ultraviolette solari, lavaggi con pioggia, infiltrazioni di rugiada e cicli di temperatura, che gradualmente portano a cedimenti dovuti all'invecchiamento come perdita di lucentezza, scolorimento, sfarinamento, screpolature e scrostature. Sebbene i test di esposizione naturale all'aperto producano risultati vicini alle reali condizioni di servizio, il ciclo di test completo spesso dura diversi anni e non può soddisfare i requisiti di efficienza dello sviluppo della formulazione del rivestimento, dell'iterazione del prodotto e dei test di conformità. La camera di prova per l'invecchiamento accelerato UV è un'apparecchiatura importante per i test di invecchiamento accelerato simulato artificialmente. Il suo principio di prova si basa sull'invecchiamento accelerato ambientale simulato: le lampade UV simulano l'irradiazione della luce solare, l'umidità condensata simula pioggia e rugiada. I materiali vengono posti in programmi ciclici che alternano esposizione alla luce e umidità e subiscono un invecchiamento accelerato a temperature specificate per ottenere rapidamente dati sulla resistenza agli agenti atmosferici. LISUN UV-263LS Questo documento descrive il principio di funzionamento e la composizione hardware della camera di prova per l'invecchiamento accelerato ai raggi UV. In base agli standard di riferimento del settore delle vernici e dei rivestimenti, illustra il flusso di lavoro completo del test, che include la preparazione del campione, la programmazione del ciclo e la valutazione delle prestazioni post-invecchiamento, e analizza l'applicazione pratica di questa apparecchiatura in diverse categorie di rivestimenti, come vernici per esterni, rivestimenti per legno e vernici di finitura per autoveicoli. Fornisce inoltre riferimenti per i laboratori di ricerca e sviluppo nel settore dei rivestimenti e per gli enti di controllo qualità per la valutazione della durabilità agli agenti atmosferici. 

Introduzione

Come materiali di protezione e decorativi per le superfici, rivestimenti e vernici sono ampiamente utilizzati nelle pareti esterne degli edifici, nei prodotti in legno per esterni, nelle parti esterne delle automobili, nella protezione anticorrosione delle strutture in acciaio e in altri settori. La resistenza agli agenti atmosferici degli strati di rivestimento determina direttamente la durata e l'aspetto del prodotto. I raggi ultravioletti della luce solare naturale sono la causa principale del degrado dei rivestimenti organici. I fotoni UV rompono le catene molecolari delle resine polimeriche e innescano reazioni di foto-ossidazione. Allo stesso tempo, la condensa e l'infiltrazione della pioggia causate dall'alternanza giorno-notte provocano idrolisi ad alta umidità, e le alte temperature accelerano ulteriormente la velocità delle reazioni fotochimiche. Diversi fattori agiscono in sinergia per degradare gradualmente i film di rivestimento. I tradizionali test di esposizione all'aperto richiedono che i pannelli di prova vengano posizionati in siti di prova all'aria aperta. Occorrono mesi o addirittura anni per osservare fenomeni di invecchiamento evidenti, quindi è difficile confrontare rapidamente le differenze di resistenza agli agenti atmosferici tra diversi additivi e sistemi di resina nella fase di selezione della formulazione.

La tecnologia di invecchiamento accelerato artificiale può riprodurre in laboratorio i principali fattori distruttivi esterni e abbreviare i cicli di prova. Tra queste apparecchiature, la camera di prova per l'invecchiamento accelerato UV simula principalmente tre fattori ambientali chiave: irradiazione UV, condensa, elevata umidità e variazione di temperatura. Rispetto alle camere di invecchiamento ad arco di xeno, si concentra maggiormente sugli effetti di fotodegradazione nella banda UV ed è particolarmente adatta per valutare fenomeni di invecchiamento come sfarinamento, perdita di lucentezza e fessurazione dei rivestimenti organici. LISUN UV-263LS Camera di prova per invecchiamento accelerato ai raggi UV Si tratta di un dispositivo di invecchiamento accelerato a raggi UV fluorescenti. Può essere programmato per cicli alternati di luce UV, condensazione e nebulizzazione d'acqua per completare test di invecchiamento accelerato in condizioni di temperatura controllata. In poche settimane, è in grado di replicare i danni da invecchiamento del rivestimento che si verificherebbero all'aperto in mesi o addirittura anni. La camera di prova per l'invecchiamento accelerato a raggi UV può eseguire test di invecchiamento dei rivestimenti conformi agli standard nazionali e internazionali, tra cui GB/T 23987-2009, GB/T 16422.3-2022, ASTM G154 e ISO 11507, adattandosi a diversi scenari come il confronto di formulazioni in fase di ricerca e sviluppo, il controllo qualità in entrata e i test di certificazione del prodotto.

UV-263LSCamera di prova per l'invecchiamento UV

Principio di invecchiamento accelerato della camera di prova per l'invecchiamento accelerato mediante raggi UV

Il principio di funzionamento della camera di prova per l'invecchiamento accelerato UV si basa sulla simulazione di un invecchiamento ambientale accelerato: le lampade UV simulano l'irradiazione solare, mentre l'umidità condensata simula pioggia e rugiada. I materiali vengono inseriti in programmi ciclici che alternano esposizione alla luce e umidità, e sottoposti a invecchiamento accelerato a temperature specifiche per ottenere rapidamente dati sulla resistenza agli agenti atmosferici. L'intero processo di invecchiamento è coordinato da tre moduli: irradiazione UV, umidificazione a condensazione e controllo della temperatura. Il modulo di irradiazione UV utilizza lampade fluorescenti UV per emettere raggi ultravioletti di specifiche bande di lunghezza d'onda. Le lampade UVA-340 hanno spettri corrispondenti alla regione UV della luce solare esterna e sono adatte per la simulazione convenzionale dell'invecchiamento; le lampade UVB-313 a onde corte forniscono un'energia radiante maggiore per test di screening accelerati ad alta intensità. I ​​fotoni UV bombardano i polimeri all'interno dei film di rivestimento, rompono i legami chimici della resina, generano radicali liberi e innescano la degradazione foto-ossidativa, portando a cambiamenti superficiali come la riduzione della lucentezza e lo spostamento del colore.

Il modulo di condensazione genera vapore acqueo riscaldando un serbatoio d'acqua posto sul fondo della camera. Dopo che si crea una differenza di temperatura all'interno della camera, il vapore acqueo condensa in una pellicola di acqua liquida sulle superfici raffreddate del campione, simulando la rugiada mattutina. Alcuni modelli sono dotati di un sistema di nebulizzazione d'acqua per simulare il lavaggio causato dalla pioggia esterna. L'umidità della rugiada e della pioggia penetra nei pori microscopici dei rivestimenti e accelera l'idrolisi, amplificando il danno da invecchiamento causato dai raggi UV, un fattore ambientale non trascurabile per il deterioramento dei rivestimenti esterni. Tutte le procedure di prova vengono eseguite entro intervalli di temperatura controllati. Vengono impostate temperature corrispondenti per la fase di esposizione alla luce e per la fase di condensazione, al fine di simulare le caratteristiche ambientali dell'esposizione solare estiva e la differenza di temperatura tra il giorno e la notte. La camera di prova per l'invecchiamento accelerato UV esegue programmi ciclici conformi agli standard. I campioni vengono sottoposti alternativamente a irradiazione UV e fasi di condensazione ad alta umidità in cicli ripetuti, comprimendo il danno da invecchiamento accumulato nel tempo in ambienti naturali in brevi cicli di prova in laboratorio. Va notato che la camera di prova per l'invecchiamento accelerato con raggi UV simula principalmente l'effetto combinato della luce ultravioletta e dell'umidità, e non può replicare completamente fattori esterni specifici come gli inquinanti atmosferici, l'erosione della sabbia e l'attacco biologico. I risultati dei test vengono utilizzati principalmente per il confronto relativo delle prestazioni tra i campioni.

Struttura hardware e parametri di specifica di UV-263LS Camera di prova per invecchiamento accelerato ai raggi UV

Migliori LISUN UV-263LS La camera di prova per invecchiamento accelerato UV adotta una struttura interna quadrata. Il rivestimento esterno è realizzato in lamiera d'acciaio laminata a freddo di alta qualità con trattamento di verniciatura elettrostatica. La cavità interna è resistente alla corrosione e facile da pulire. L'apparecchiatura è dotata di 8 lampade fluorescenti UV UVA-340 da 40 W. L'irradianza può essere regolata in continuo da 0.35 a 1.2 W/㎡. Un sistema di monitoraggio dell'irradianza è installato per monitorare l'intensità di emissione UV in tempo reale e compensare il decadimento luminoso della lampada nel tempo. Il sistema di controllo della temperatura gestisce la temperatura del pannello nero della camera entro un intervallo compreso tra la temperatura ambiente di +10 °C e 70 °C. La condensazione viene realizzata riscaldando il serbatoio dell'acqua per generare vapore acqueo e l'umidità relativa all'interno della camera può raggiungere valori superiori al 75% UR. Il dispositivo è dotato di un controller a cristalli liquidi programmabile che consente la modifica libera della durata dell'illuminazione, della durata della condensazione, della durata della nebulizzazione e del numero totale di cicli. Il tempo di prova può essere impostato da 0 a 999 ore e tutti i dati operativi possono essere registrati. Il portacampioni si adatta ai pannelli di prova di rivestimento standard e può contenere più gruppi di campioni contemporaneamente, garantendo una distanza stabile tra campioni e lampade in modo che ogni pannello di prova riceva un'irradiazione UV costante e riduca l'errore di dispersione del test. La tabella seguente elenca le specifiche chiave dei principali modelli della serie LISUN Camera di prova per invecchiamento accelerato ai raggi UV serie UV-263.

Punti di implementazione per il test di invecchiamento accelerato di rivestimenti e vernici mediante camera di prova a raggi UV

Prima di eseguire i test di durabilità agli agenti atmosferici su rivestimenti e vernici con la camera di prova di invecchiamento accelerato UV, i pannelli di prova devono essere preparati in conformità con le normative vigenti. I substrati idonei vengono selezionati in base al tipo di rivestimento: pannelli di cemento per vernici architettoniche per esterni, substrati di legno per rivestimenti in legno e lamiere di acciaio laminato a freddo per finiture industriali. La spruzzatura o l'applicazione a pennello vengono eseguite seguendo scrupolosamente le specifiche di costruzione dei prodotti di rivestimento, lo spessore del film secco viene controllato e la completa polimerizzazione viene effettuata in condizioni ambientali standard per garantire il completo indurimento dei film di rivestimento. Per ogni gruppo di prova vengono preparati più pannelli paralleli. Alcuni pannelli vengono utilizzati per il campionamento e il rilevamento a intervalli prestabiliti, mentre i pannelli di riferimento originali non invecchiati vengono conservati per il confronto della brillantezza e della differenza di colore dopo l'invecchiamento. Le superfici dei pannelli devono rimanere pulite, prive di macchie d'olio e impronte digitali per evitare l'introduzione di ulteriori fattori di interferenza.

I pannelli di prova preparati vengono montati ordinatamente sul supporto per campioni della camera di prova per invecchiamento accelerato UV, con i lati rivolti verso le lampade. Tra i pannelli devono essere lasciati degli spazi e non è consentita la sovrapposizione delle schermature. Il programma di prova viene impostato in base alla norma selezionata. Prendendo come esempio la norma GB/T 23987-2009 Pitture e vernici - Esposizione artificiale agli agenti atmosferici dei rivestimenti - Esposizione a lampade fluorescenti UV e acqua, si impostano la temperatura e la durata per la fase di irradiazione UV, la temperatura e la durata per la fase di condensazione, si definiscono i periodi di ciclo completi e le ore totali di prova. Si avvia il funzionamento dell'apparecchiatura. La camera di prova per invecchiamento accelerato UV alterna automaticamente i processi di irradiazione UV e condensazione. Durante il funzionamento, si controllano regolarmente i parametri di irradianza e temperatura e si monitora il livello dell'acqua nel serbatoio per garantire un'adeguata fornitura d'acqua per la condensazione. Ai tempi specificati nel piano di prova, si estraggono i pannelli corrispondenti, li si lascia stabilizzare in condizioni ambientali standard, quindi si testano il tasso di ritenzione della brillantezza del rivestimento, la differenza di colore ΔE, il grado di sfarinamento, il grado di fessurazione, l'adesione e altri indicatori. Si registrano tutti i dati e li si confronta con i pannelli di riferimento originali per valutare il grado di invecchiamento del rivestimento.

Oltre che per i rivestimenti architettonici, la camera di prova per l'invecchiamento accelerato ai raggi UV è applicabile anche a molti sistemi di rivestimento organici, come vernici per legno, finiture plastiche e rivestimenti anticorrosivi. Nella fase di ricerca e sviluppo, la camera di prova per l'invecchiamento accelerato ai raggi UV consente di confrontare rapidamente le differenze di resistenza agli agenti atmosferici tra diversi additivi resistenti ai raggi UV e formulazioni di resina, al fine di selezionare le formulazioni con le prestazioni migliori. Nel controllo qualità, verifica se i rivestimenti finiti soddisfano i requisiti delle specifiche tecniche. È importante precisare che i risultati ottenuti dalla camera di prova per l'invecchiamento accelerato ai raggi UV rappresentano valori relativi di resistenza agli agenti atmosferici. Qualora sia richiesta la durata effettiva di utilizzo all'esterno dei materiali, la calibrazione della correlazione deve essere combinata con prove di esposizione naturale.

Punti di controllo qualità per la manutenzione e il collaudo delle apparecchiature.

La manutenzione della camera di prova per l'invecchiamento accelerato UV influisce direttamente sull'affidabilità dei dati dei test di invecchiamento dei rivestimenti. Le lampade fluorescenti UV subiscono un decadimento luminoso con l'aumentare delle ore di funzionamento. L'irradianza deve essere monitorata regolarmente. Quando l'emissione UV non soddisfa i requisiti standard, le lampade devono essere sostituite tempestivamente; lo stato di funzionamento della lampada in condizioni di semplice illuminazione non può essere utilizzato per valutarne l'efficienza. Il serbatoio dell'acqua di condensa necessita di una regolare sostituzione dell'acqua e di una pulizia per prevenire la formazione di calcare e l'accumulo di microrganismi, evitando la contaminazione dei campioni da parte del vapore acqueo. Pulire la camera dei campioni dopo ogni test per rimuovere eventuali residui di rivestimento. Mantenere l'ambiente operativo dell'apparecchiatura ben ventilato con una temperatura ambiente controllata tra 5 e 35 °C per garantire il funzionamento stabile del sistema di controllo della temperatura. I tecnici addetti ai test devono registrare in modo completo i tempi di sostituzione delle lampade, i dati di calibrazione dell'irradianza, i programmi di funzionamento dell'apparecchiatura e i dati di rilevamento dei campioni in tutte le fasi, al fine di creare file di test completi che soddisfino i requisiti di tracciabilità dei rapporti di prova. I parametri del ciclo standard non devono essere modificati arbitrariamente. Variazioni della temperatura della luce, della temperatura di condensazione e della durata di ciascun segmento altereranno direttamente lo stress da invecchiamento e renderanno i risultati dei test non confrontabili.

Conclusione

La durabilità agli agenti atmosferici di rivestimenti e vernici è un indicatore chiave per valutare la qualità dei prodotti di rivestimento per esterni. I tradizionali test di esposizione naturale hanno cicli lunghi e difficilmente possono eguagliare il rapido ritmo di iterazione della ricerca e sviluppo dei moderni prodotti di rivestimento. La camera di prova di invecchiamento accelerato UV utilizza lampade UV per simulare l'irradiazione solare e umidità condensata per simulare rugiada e pioggia, realizzando un invecchiamento accelerato secondo sequenze cicliche programmabili. Può confrontare le differenze di resistenza agli agenti atmosferici di diversi rivestimenti in un breve periodo. LISUN UV-263LS Camera di prova per invecchiamento accelerato ai raggi UV È dotata di irradianza regolabile e controllo stabile di temperatura e umidità. È compatibile con molteplici standard nazionali e internazionali per i test di invecchiamento accelerato dei rivestimenti e può completare valutazioni di invecchiamento accelerato per pitture architettoniche per esterni, rivestimenti per legno, finiture industriali e varie altre vernici e rivestimenti, fornendo supporto per lo sviluppo di formulazioni, il controllo qualità del prodotto e i test di conformità. Nelle attività di test pratiche, i collaudatori devono standardizzare la preparazione dei pannelli, seguire rigorosamente gli standard per impostare i cicli di prova, eseguire regolarmente la calibrazione e la manutenzione delle apparecchiature, comprendere appieno i limiti di capacità della camera di prova per l'invecchiamento accelerato UV e confrontare i dati di invecchiamento accelerato con i risultati dell'esposizione naturale, in modo da valutare scientificamente e oggettivamente la durabilità agli agenti atmosferici di rivestimenti e pitture.