Die zeitraffende Alterung einer Folie durch UV- Licht, z.B. unter Verwendung gefilterter Xenonbogenstrahlung, stellt somit lediglich einen Teilaspekt der Best\u00e4ndigkeit gegen Freibewitterungseinfl\u00fcsse dar. Die \u00dcberpr\u00fcfung der UV- Best\u00e4ndigkeit auf Basis von zeitraffenden Bestrahlungsversuchen mit Xenonbogenstrahlung kann daher schon aus diesem Grunde lediglich eine grobe Absch\u00e4tzung des m\u00f6glichen Verhaltens unter realen Freibewitterungsbedingungen erlauben.<\/p>\n
Der Vollst\u00e4ndigkeit halber sei erw\u00e4hnt, dass man von Ger\u00e4tebewitterung<\/em> statt Ger\u00e4tebestrahlung<\/em> spricht, wenn die Proben w\u00e4hrend der Bestrahlung zus\u00e4tzlich in festgelegten Zyklen mit Wasser bespr\u00fcht werden.<\/p>\n Die UV- Best\u00e4ndigkeit spielt bei vielen Anwendungen von Folien im Au\u00dfenbereich eine entscheidende Rolle. Gesicherte Aussagen zur Best\u00e4ndigkeit von Kunststofffolien unter Praxisbedingungen lassen sich, o.g. Aussagen folgend, nur aus Freibewitterungsversuchen unter Realbedingungen ermitteln. Freibewitterungsversuche sind langwierig und werden daher in der Praxis nur selten, z.B. in Form von Fallstudien zur Validierung und Verifizierung von Ger\u00e4tebestrahlungsversuchen, durchgef\u00fchrt.<\/p>\n In der t\u00e4glichen Praxis der Folienhersteller und Anwender stellt sich h\u00e4ufig die Frage nach einer M\u00f6glichkeit zur schnelleren und reproduzierbaren Beurteilung der UV- Best\u00e4ndigkeit von Kunststofffolien zum Zwecke einer orientierenden Absch\u00e4tzung der m\u00f6glichen Best\u00e4ndigkeit gegen Freibewitterungseinfl\u00fcsse. Typischerweise finden die Ergebnisse Verwendung zur Bewertung von Produktionsversuchen und Neubemusterungen, Materialvergleichen oder zur Bearbeitung von Schadensf\u00e4llen.<\/p>\n In der t\u00e4glichen Praxis bei Innoform GmbH Testservice handelt es sich dabei \u00fcberwiegend um Materialien, die f\u00fcr Freibewitterungszeitr\u00e4ume von einem halben Jahr, einem Jahr oder zwei Jahren vorgesehen sind. Die Beurteilung von Folien mit l\u00e4ngerer Best\u00e4ndigkeit wird seltener nachgefragt.<\/p>\n Eine bew\u00e4hrte Methode ist die bereits genannte k\u00fcnstliche Bestrahlung nach DIN EN ISO 4892-2[2]<\/a> in Laborger\u00e4ten mit Xenonbogenstrahlung. Die Beurteilung der Alterung der Proben nach Bestrahlung erfolgt z.B. anhand physikalisch technologischer Kennwerte, die vergleichend an unbestrahlten und bestrahlten Proben durchgef\u00fchrt werden, z.B. in Form von Zugversuchen nach DIN EN ISO 527-3[3]<\/a>. Als Sch\u00e4digungskriterium wird h\u00e4ufig eine Ver\u00e4nderung des jeweiligen Kennwertes um mehr als 50 % bezogen auf den Ausgangswert herangezogen, wobei dieses als Faustformel gilt und auch andere Festlegungen angewendet werden.<\/p>\n Neben der Festlegung einer geeigneten Pr\u00fcfmethode sowie des Sch\u00e4diguzngskriteriums stellt dabei die Festlegung der zur Simulation der unter Freilandbedingungen einwirkenden UV-Belastung heranzuziehenden Laborbestrahlungsparameter eine schwierige Problematik dar. Es gilt einen praktikablen Kompromiss aus der Beschleunigung der Alterung, resp. Laufzeit des Laborversuches und \u00dcbertragbarkeit der Ergebnisse auf die Praxis zu finden.<\/p>\n Ich werde im Folgenden zun\u00e4chst auf die Absch\u00e4tzung der unter Freilagerung zu erwartenden Globalstrahlung (\u201eBestrahlungsdosis\u201c) sowie im Weiteren dann auf die daraus ableitbaren Versuchsbedingungen f\u00fcr die k\u00fcnstliche Bestrahlung eingehen.<\/p>\n Unter Globalstrahlung versteht man vereinfacht, die gesamte senkrecht auf die Erdoberfl\u00e4che einfallende Solarstrahlung mit einem Spektralbereich von ca. 300- 3000 nm. Die Jahressumme der Globalstrahlung schwankt international gesehen sehr stark. In Deutschland liegen diese Werte in der Gr\u00f6\u00dfenordnung von ca. 900 – 1.200 kWh<\/a>\/m\u00b2, in Spanien<\/a> bei ca. 2.000 kWh\/m\u00b2, in der Sahara<\/a> bei ca. 2.500 kWh\/m\u00b2.<\/p>\n (Anmerkung:1000 kWh\/m\u00b2 entsprechen ca. 86 Kilolangley, bzw. 3600 MJ\/m\u00b2)<\/p><\/div>\n Zur Auslegung von Ger\u00e4tebestrahlungen empfiehlt sich zun\u00e4chst eine grobe Ermittlung der zu erwartenden Jahresbestrahlung im geplanten Einsatzgebiet.<\/p>\n Genauere Globalstrahlungsdaten sind z.B. \u00fcber den Deutschen Wetterdienst (DWD) unter http:\/\/www.dwd.de\/DE\/leistungen\/solarenergie\/solarenergie.html<\/a> erh\u00e4ltlich.<\/p>\n Wie untenstehende beispielhafte Auflistung der Jahresmittelwerte der Station W\u00fcrzburg des DWD f\u00fcr die Jahre 1981\u2013 2010 zeigen, treten erwartungsgem\u00e4\u00df Schwankungen der Jahresmittelwerte auf. Diese liegen beim vorliegenden Beispiel im Bereich von ca. 10 %. Diese Schwankungen sind hinsichtlich der Auslegung der Ger\u00e4tebestrahlung unserer Ansicht nach nicht relevant.<\/p>\n Betrachtet man den Jahreslauf der Monatsmittelwerte f\u00fcr obiges Beispiel, so zeigen sich wesentlich gr\u00f6\u00dfere Abweichungen durch die jahreszeitlichen bedingten Schwankungen. Diese sind bei der Auslegung von Ger\u00e4tebestrahlungsversuchen zur Simulation k\u00fcrzerer Freibewitterungszeitr\u00e4ume (< 2 Jahre) unbedingt relevant.<\/p>\n Der Auslagerungszeitpunkt kann eine wesentliche Rolle bei der Auslegung von Ger\u00e4tebestrahlungen von Folien f\u00fcr einj\u00e4hrige Freilagerung (Jahresfolien) spielen. Wie die folgende Grafik der monatlich kumulierten Werte unseres Beispiels zeigt, hat eine Folie bei Auslagerung Anfang Januar bereits im Oktober praktisch die gesamte Jahresdosis \u201egesehen\u201c.<\/p>\n Dieses kann zur Folge haben, dass ein UV-initiierter Alterungsprozess zu diesem Zeitpunkt im Herbst durch widrige Wettereinfl\u00fcsse, wie starke Temperaturschwankungen, Wind oder Schlagregen zu einer vorzeitigen Sch\u00e4digung einer Jahresfolie f\u00fchren kann.<\/p>\n Bei der Auslegung von unterj\u00e4hrigen UV-Best\u00e4ndigkeiten stellt sich die Frage des Auslagerungszeitpunktes in besonderem Ma\u00dfe. Wie die kumulierten Ergebnisse f\u00fcr halbj\u00e4hrlich zu erwartende Bestrahlungsdosen zeigen, wirkt sich der Zeitpunkt der Auslagerung ma\u00dfgeblich auf die Globalstrahlungsdosis aus, die ein Produkt w\u00e4hrend der Freibewitterung sieht. So kann ein Produkt bei Auslagerung im Fr\u00fchjahr bereits nach einem halben Jahr ca. 80-90 % der Jahresdosis gesehen haben.<\/p>\n Zur Auslegung und Bewertung k\u00fcnstlicher Bestrahlungen bzw. Bewitterungen (Bestrahlung mit zus\u00e4tzlichem Feuchteeinfluss, z.B. Bespr\u00fchen mit Wasser) orientiert man sich an Globalbestrahlungsdaten f\u00fcr den relevanten Ort der Freibewitterung. Unter Ber\u00fccksichtigung des vorgesehen Auslagerungszeitraums und des Auslagerungspunktes kann die Summe der zu erwartenden Globalstrahlung, also die Globalstrahlungsdosis, f\u00fcr den gesamten Freibewitterungszeitraum errechnet werden.<\/p>\n Diese Globalstrahlungsdosis dient als Grundlage zur Auslegung der Ger\u00e4tebestrahlung, also in der Praxis zur Festlegung der Ger\u00e4telaufzeit bei einer definierten Strahlerleistung.<\/p>\n Die zur Auslegung von Ger\u00e4tebewitterungen ermittelte Globalstrahlungsdosis bezieht sich, wie oben gesagt, in der Regel auf einen Spektralbereich von ca. 300- 3000 nm.<\/p>\n Das in unserem Hause eingesetzte Ger\u00e4t Q-SUN der Fa. Q-LAB arbeitet mit Xenonbogenstrahlern, die den Spektralbereich von ca. 270 -800 nm emittieren. Durch Filterung wird der im nat\u00fcrlichen Sonnenlicht nicht enthaltene Anteil der kurzwelligen UV-Anteile unterhalb von 270 nm eliminiert. Zus\u00e4tzliche Filter erlauben die Simulation von Globalstrahlung hinter Fensterglas Die Bestrahlungsst\u00e4rke E [W\/m\u00b2] im Ger\u00e4t wird gem\u00e4\u00df DIN EN ISO 4892-22 mit einem UV- Sensor im Wellenl\u00e4ngenintervall 300 – 400 nm geregelt. Aus E [W\/m\u00b2] und der Bestrahlungszeit in Stunden [h] ergibt sich die Bestrahlung (-sdosis) [kWh\/m\u00b2] f\u00fcr den genannten Spektralbereich.<\/p>\n Aufgrund der unterschiedlichen Spektralbereiche unterscheiden sich naturgem\u00e4\u00df auch die Zahlenwerte f\u00fcr den jeweiligen Energieeintrag. Zum Vergleich der Energieeintr\u00e4ge der Globalstrahlung mit denen der Ger\u00e4tebestrahlungen m\u00fcssen also die jeweiligen Energieanteile der Spektralbereiche errechnet werden.<\/p>\n In Ermangelung von Produktnomen f\u00fcr Folien mit eindeutigen Vorgaben f\u00fcr Ger\u00e4tebestrahlungen zur Simulation definierter Freibewitterungszeitr\u00e4ume greift man zum Zwecke eines ersten absch\u00e4tzenden Vergleiches auf die in E DIN EN ISO 4892, Anhang C1 genannte CIE- Publikation Nr. 85:1989 zur\u00fcck.<\/p>\n Im dort definierten Sonnenspektrum (300- 2450 nm) betr\u00e4gt der f\u00fcr die Kunststoffalterung ma\u00dfgebliche Anteil der UV- Strahlung (ca. 300- 400 nm) 6,8 %. Auf Basis der in DIN EN ISO 4892-22 Anhang B empfohlenen Strahlerleistung von 60 W\/m\u00b2 f\u00fcr den Spektralbereich von 300- 400 nm ergeben sich z.B. Ger\u00e4telaufzeiten von rund 1000 h zur Simulation der Globalstrahlungsdosis eines Jahres in Deutschland bzw. Mitteleuropa.<\/p>\n Bei der \u00dcbertragung der Ergebnisse auf die Freilandbewitterung ist allerdings zu bedenken, dass der UV- Anteil der Globalstrahlung zwar einen wesentlichen Einfluss auf die Freibewitterungsbest\u00e4ndigkeit von Folien haben kann, es sich aber, wie bereits erw\u00e4hnt, nur um einen Teilaspekt der Materialbeanspruchungen unter Freibewitterungsbedingungen handelt. Dieser alleine kann zu erheblichen Materialsch\u00e4digungen und sogar zum Totalausfall f\u00fchren. Andere Einflussgr\u00f6\u00dfen wie Niederschlag, Tauwasser, Wind, Temperatur, Abgasemissionen etc. spielen aber eine nicht zu untersch\u00e4tzende Nebenrolle und sind der \u00dcberpr\u00fcfung mittels Ger\u00e4tebewitterung nicht ohne weiteres zug\u00e4nglich.<\/p>\n Zudem ist zu ber\u00fccksichtigen, dass die Ger\u00e4tebewitterung z.B. nach DIN EN ISO 4892-22 mit gefilterter Xenonbogenstrahlung das Sonnenlichtspektrum im Bereich von 300- 800 nm im Vergleich zu anderen Methoden, z.B. DIN EN ISO 4892-3[4]<\/a> (UV- Leuchtstofflampen) und ISO 4892-4[5]<\/a> (offene Kohlebogenlampen) zwar vergleichsweise gut nachahmt, die Spektren aber bei genauerem Hinsehen Abweichungen aufweisen, wie untenstehendes Abbildung zeigt.<\/p>\n (Quelle: Schulungsunterlagen, Q-LAB Deutschland GmbH, www.Q-Lab.com)<\/p><\/div>\n Aufgrund der Komplexit\u00e4t ist es nachvollziehbar, dass z.B. gem\u00e4\u00df DIN EN ISO 4892-11 sogenannte \u201eZeitraffungsfaktoren\u201c, also direkte Korrelationsfaktoren zwischen Ger\u00e4tebestrahlungen und Freibewitterung, als wenig empfehlenswert angesehen werden. Die Alterungsgeschwindigkeit beim praktischen Einsatz in der Freibewitterung kann erheblich von derartigen Zeitraffungsfaktoren, berechnet auf der Basis des Vergleiches von Globalstrahlungsdaten und Ger\u00e4tebestrahlungsdaten, abweichen.<\/p>\n Eine einfache, allgemeing\u00fcltige Arithmetik zum Errechnen von maximalen Freibewitterungszeitr\u00e4umen aus Ger\u00e4tebewitterungsdaten ist wohl kurzfristig nicht in Sicht.<\/p>\n Dieses zeigt sich auch im Fehlen entsprechender Vorgaben in den einschl\u00e4gigen Normen. Hier sei zu erw\u00e4hnen, dass derzeit In einigen Normungsvorhaben betreffend Folien f\u00fcr den Agrarbereich Anstrengungen bestehen, entsprechende Vorgaben festzulegen.<\/p>\n Zur Beurteilung und Spezifizierung der Freibewitterungsstabilit\u00e4t von Kunststofffolien stellt die Ger\u00e4tebestrahlung mit Xenonbogenstrahlung nach DIN EN ISO 4892-11 trotzdem ein pragmatisches Mittel dar. Es lassen sich reproduzierbare und objektiv \u00fcberpr\u00fcfbare Vergleichswerte anhand genormter Laborkennwerte (z.B. Zugversuch, Glanz, etc.) ermitteln, die z.B. zur Qualit\u00e4ts\u00fcberwachung oder \u00dcberpr\u00fcfung vereinbarter Qualit\u00e4ten geeignet sind.<\/p>\n Klaus Behringer, Innoform GmbH, Januar 2016<\/p>\n [1]<\/a> E DIN EN 4892-1:2014-03 Kunststoffe\u2013K\u00fcnstliches Bestrahlen oder Bewittern in Ger\u00e4ten\u2013Teil 1: Allgemeine Anleitung (ISO\/DIS 4892-1:2014);Beuth- Verlag, Berlin<\/p>\n [2]<\/a> DIN EN ISO 4892-2:2013-06 Kunststoffe\u2013K\u00fcnstliches Bestrahlen oder Bewittern in Ger\u00e4ten\u2013Teil 2: Xenonbogenlampen, Beuth- Verlag, Berlin<\/p>\n [3]<\/a> DIN EN ISO 527-1:2012-06 Kunststoffe\u2013Bestimmung der Zugeigenschaften\u2013Teil 1: Allgemeine Grunds\u00e4tze, Beuth- Verlag, Berlin<\/p>\n2\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0 Situation in der Praxis<\/h3>\n
3\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0 \u00a0 \u00a0 \u00a0\u00a0 Auslegung von Ger\u00e4tebewitterungsversuchen<\/h3>\n
3.1\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0Absch\u00e4tzung der UV- Belastung (Dosis) bei der
\nvorgesehenen Freilandlagerung anhand
\nvon Globalstrahlungsdaten<\/h3>\n![\"Landkarte\"](\"https:\/\/www.innoform-coaching.de\/blog\/wp-content\/uploads\/2016\/01\/Landkarte.jpg\")
<\/a>![\"Globalstrahlung_Wuerzburg\"](\"https:\/\/www.innoform-coaching.de\/blog\/wp-content\/uploads\/2016\/01\/Globalstrahlung_Wuerzburg.jpg\")
<\/a><\/p>\n![\"Globalstrahlung_Wuerzburg_2\"](\"https:\/\/www.innoform-coaching.de\/blog\/wp-content\/uploads\/2016\/01\/Globalstrahlung_Wuerzburg_2.jpg\")
<\/a><\/p>\n![\"Globalstrahlung_Wuerzburg_3\"](\"https:\/\/www.innoform-coaching.de\/blog\/wp-content\/uploads\/2016\/01\/Globalstrahlung_Wuerzburg_3.jpg\")
<\/a><\/p>\n![\"Globalstrahlung_Wuerzburg_4\"](\"https:\/\/www.innoform-coaching.de\/blog\/wp-content\/uploads\/2016\/01\/Globalstrahlung_Wuerzburg_4.jpg\")
<\/a><\/p>\n3.2 \u00a0 \u00a0 \u00a0 \u00a0 \u00a0 Festlegung der Ger\u00e4telaufzeit f\u00fcr eine festgelegte
\nStrahlerleistung zur Simulation einer
\nFreibewitterungsalterung durch
\nSonnenlicht \/ UV- Strahlung<\/h4>\n
\n(ab 320 nm).<\/p>\n![\"(Quelle:](\"https:\/\/www.innoform-coaching.de\/blog\/wp-content\/uploads\/2016\/01\/Spektrale_Verteilung.jpg\")
<\/a>4\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0 Fazit<\/h3>\n