Normen für die Farbechtheit gegen Licht für Textilien ... · Normen für die Farbechtheit gegen...
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Normen für die Farbechtheit gegen Licht für TextilienHerausforderungen und Chancen
Artur SchönleinATLAS Material Testing Technology GmbH
Vogelsbergstr. 22, 63589 Linsengericht-Altenhasslau
slide 1 …unterstützt durch Normen
zuverlässige Prüfungen…
• zuverlässige Lichtechtheits- und Bewitterungsprüfungen sind das Hauptziel
• die Prüfungen sollten sein – wiederholbar (in einem Gerät)– reproduzierbar (von Gerät zu Gerät)
• normierte Prüfverfahren müssen dieses Ziel unterstützen
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“leistungsbezogene Normen”
– konzentrieren sich auf den Zweck der Norm • enthalten keine detaillierte Geräte- oder
Herstellerbeschreibungen• müssen alle notwendigen technischen Beschreibungen
enthalten, damit die Prüfung durchgeführt werden können– der Anwender kann Prüfungen durchführen, die nicht
von einem speziellen Gerätetyp abhängen• allerdings müssen Messapparate in manchen Fällen sehr
detailliert beschrieben werden (Radiometer, Oberflächentemperatursensoren,…)
– Hersteller können Geräte entwickeln oder verbessern ohne auf eine bestimmte Technologie beschränkt zu sein
leistungsbezogene Normen…
…konzentrieren sich auf den Zweck der Norm
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“gerätespezifische Normen”
– enthalten detaillierte Beschreibungen von den benutzten Geräten in den Normen,
• Herstellerbezeichnung, Zeichnungen, Hersteller-Kontaktinformationen, etc.
– Prüfergebnisse sind gut reproduzierbar (nur ein Gerätetyp)
• Geräteparameter und Einstellungen sind gut beschrieben
– gerätespezifische Normen sind noch in älteren Normen und in speziellen Firmenspezifikationen zu finden
gerätespezifische Normen liefern reproduzierbare Prüfergebnisse …
…und sind oft noch in älteren Normen zu finden
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wichtige Basis-Bewitterungsnormen für Textilien• alle Bewitterungsnormen (Lichtechtheit) für Textilien
verwenden gefilterte Xenonstrahlung um natürliche Sonnenstrahlung zu simulieren
• ein vollständiges Spektrum wird benötigt– ISO 105-B02 (in Überarbeitung)– AATCC TM16– ISO 105-B06 – VDA 75202 (ziemlich ähnlich mit ISO 105-B06)– ASTM G 155 (cycle 3, 5(SAE), 6(SAE))– ISO 105-B04– SAE J1885 (SAE J2412)– ISO 105-B10 (abgeleitet von ISO 4892-2)– …– Firmen-Normen verwenden die
Einstellungen und Anforderungen der Basis-Normen
wichtige Basis-Normen …
…auf jeden Fall wird ein vollständiges Spektrum benötigt (gefilterte Xenonstrahlung)
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mögliche Ursachen für Schwankungen bei Lichtechtheits- und Bewitterungsprüfungen
• spektrale Verteilung (SPD)– UV Grenzwellenlänge– Filter-/Lampenkombination– Lampen und Filteralterung – Filterradiometer
• Temperaturniveau auf den Oberflächen der Proben– Schwarzstandard- und Schwarztafeltemperatur– Umgebungstemperatur (strahlungsabgeschirmt)
• Feuchtigkeit (wird nicht diskutiert)– Ort der Feuchtemessung
• Benässung/Kondensation (wird nicht diskutiert)
• Probenvorbereitung (wird nicht diskutiert)
• Probenhandhabung (wird nicht diskutiert)
mögliche Ursachen für Schwankungen …
…müssen bedacht werden
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spektrale Verteilung für Lichtechtheit
• simuliertes Tageslicht hinter Fensterglas– AATCC TM 16: “…reduce irradiance at wavelengths shorter than
310nm…”, • zusätzlich ist die spektrale Verteilung spezifiziert
– ISO 105-B02: Filtertransmission ”…falling to 0 between 310nm and 320nm.”
• diese Anforderungen führen ziemlich kleinen Toleranzen bei der UV-Grenzwellenlänge
spektrale Verteilung für Lichtechtheit …
…simuliert Tageslicht hinter Fensterglas
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spektrale Verteilung für Lichtechtheitsprüfungen• Tageslicht hinter Fensterglas• ISO 105-B02 und AATCC TM16 (Option 3-5)
die UV Grenzwellenlänge…
… für ISO 105-B02 und AATCC TM16 ist unterschiedlich
0.001
0.01
0.1
1
10
300 320 340 360 380 400 420 440
Wellenlänge (nm)
E (W
/m²/n
m)
AATCC TM16 (option 3-5)
ISO 105B-02
UV cut-on (AATCC TM16, ISO 105B-02)
angepasst auf 42 W/m² bei 300nm to 400nm
AATCCISO
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ISO 105-B02 und AATCC TM16 …
…sind unterschiedliche Prüfmethoden
Zusammenfassung
Lichtechtheitsprüfung
• Lichtechtheitsprüfungen für Innenraummaterialien werden mit simuliertem Tageslicht hinter Fensterglas durchgeführt
• Spektrale Verteilungen von ISO 105‐B02 and AATCC TM16 sind ziemlich eng spezifiziert– Grenzwellenlänge ist unterschiedlich
• Prüfungen sind nicht vergleichbar – zu beachten ist, dass auch die
Temperaturniveaus unterschiedlich sind• ISO B02 (SST) < 50°C (!47°C neue Fassung!)• AATCC (STT) 63‐70°C
• AATCC TM 16 verursacht eine
stärkere Degradation
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spektrale Verteilung für Heißlichtechtheit• Tageslicht hinter Fensterglas und hohe Temperaturen (SST = 100°C)• ISO 105-B06 (exp. cond. 1,2,3,6) und VDA 75202 (exp. cond. A,B)
zulässige Variabilität der UV-Grenzwellenlänge…
… für Heißlichtechtheit ist größer als für die Lichtechtheit
100°C0
5
10
15
20
25
30
35
40
280 380 480 580 680 780Wellenlänge (nm)
Rel
ativ
er S
pekt
rale
r Ant
eil (
%)
untere Grenze Fensterglas
obere Grenze Fensterglas
UV-Grenzwellenlängen (AATCC and ISO)
Bestrahlungsstärke normiert auf 290nm bis 800nm = 100%
AATCC
ISO
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Beispiel für Wirkung der Änderung der UV-Grenzwellenlänge• ISO Blauwollmaßstab Typ 6 nach VDA 75202 (ISO 105-B06)• UV-Grenzwellenverschiebung 16nm von 304nm bis 320nm
zulässige Variabilität der UV-Grenzwellenlänge…
… für Heißlichtechtheit ist größer als für die Lichtechtheit
0
1
2
3
4
5
6
7
8
0 5 10 15 20 25Bestrahlung (MJ/m²)
Farb
diffe
renz
Del
ta E
*
XC300
XC320
VDA 75202 (A)XENOTEST Beta E = 60W/m² PRT = 65°C SST = 100°C r.F. = 20%
Toleranz nach. VDA 75202E*=4.3±0.4
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Prüfergebnisse Heißlichtechtheit…
…können vom verwendeten Filter abhängen
Zusammenfassung Heißlichtechtheit
• Prüfungen der Heißlichtechtheit für Innenraummaterialien werden mit simuliertem Tageslicht hinter Fensterglas durchgeführt (ISO 105-B06 exp. cond. 1, 2, 3, 6 und VDA 75202)– UV-Grenzwellenlänge kann ähnlich wie ISO 105-B02 sein– aber die mögliche Variabilität ist größer als ISO 105-B02 und AATCC TM16– die Filterbeschreibung im Annex A engt die Variabilität wieder etwas ein
(Borosilikat, RF320, Fensterglas, e.t.c.)• Anmerkung: für alle Filter ist die
UV-Grenzwellenlänge etwas anders
100°C
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0
2
4
6
8
10
12
14
16
280 320 360 400Wellenlänge (nm)
E (W
/m²/n
m)
untere Grenze SAE J2412
obere Grenze SAE J2412
UV cut on (AATCC und ISO)
Tageslicht
FG (AATCC)
FG (ISO)
spektrale Verteilung für Heißlichtechtheit mit “extended UV filter”
• SAE J2412 (SPD spezifiziert 280nm to 800nm, hohe Temperatur)• frühere SAE J1885 beschrieben in ISO 105-B06 (exp.cond. 5)• „extended UV filter“ (SPD spezifiziert. 280nm to 800nm)
Heißlichtechtheit mit “extended UV filter”…
… UV-Grenzwellenlänge unter Tageslichtanwendung
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SAE J2412 und…
…SAE J1885 sind nicht vollständig vergleichbar
Zusammenfassung Heißlichtechtheit mit “extended UV filter”
• SPD-Spezifikation der SAE J2412 (frühere SAE J1885)– SAE J1885 wird auch in ISO 105-B06 (exp. cond. 5)
• SAE J2412 (frühere SAE J1885)– UV-Grenzwellenlänge deutlich unter 300nm– Das bedeutet auch unter 310nm und 320nm
• Keine Prüfmethode hinter Fensterglas, SPD etwas unrealistisch – SPD Variabilität der J1885 ist enger als J2412
• weil J1885 einen Gerätetyp mit einem Filter vorschreibt
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spektrale Verteilung ist spezifiziert bis 800nm • AATCC TM 16, ISO 105-B06, SAE J2412 (J1885)• SPD im spektralen Bereich oberhalb 400nm hängt stark von der Reflexion
der Proben ab
spektrale Verteilung ist spezifiziert bis 800nm …
… visueller Bereich hängt von der Reflexion der Proben ab
LampeProben
diffuse Reflexion
0
1
2
3
4
5
6
280 320 360 400 440 480 520 560 600 640 680 720 760 800Wellenlänge (nm)
spek
trale
Bes
trahl
ungs
stär
ke (W
/(m²x
nm))
weiße PVC-Fensterprofile
Edelstahlbleche
schwarz lackierte Blechenormiert 60 W/m² (300-400 nm)
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spektrale Verteilung ist spezifiziert bis 800nm …
…UV-Grenzwellenlänge sollte genau und SPD hauptsächlich im UV spezifiziert werden
Zusammenfassung
spektrale Verteilung ist spezifiziert bis 800nm
• SPD sollte in der Hauptsache im UV‐Bereich spezifiziert werden• Anmerkung: auch im UV‐Bereich kann eine wellenlängenabhängige Reflexion auftreten
• UV‐Grenzwellenlänge sollte so genau wie möglich spezifiziert werden
• aber auch eine möglichst
vollständiges simuliertes
Sonnenspektrum ist
Pflicht (Xenon)• wegen der spektralen
Empfindlichkeit von Textilen
(Pigmente und
reaktive Färbungen)0.0
1.0
2.0
3.0
4.0
300 400 500 600 700 800Wavelength (nm)
E (W
/m²/n
m)
CIE85 (table 4) behind 3mm window glass
filterte xenon radiation behind 3mm windowglass
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300-400nmor 420nm
Bestrahlungsstärke und Bestrahlungsstärkeregelung
• alle Normen verwenden Bestrahlungsstärken zwischen 42 W/m² and 60 W/m² (300nm-400nm), 1.0 W/m²/nm – 1.4 W/m²/nm (at 420nm)– Unterschiedliche Bestrahlungsstärken führen zu unterschiedlichen
Prüfzeiten bei gleicher Bestrahlung– ISO 105-B06 lässt höhere Bestrahlungsstärken zu (Reziprozität
gefordert): 162 W/m² / 3.6 W/m²/nm• falls UV-Radiometer angemessen kalibriert sind (ISO 9370, ASTM
G130), ist die Bestrahlungsstärke kein Problem– trotzdem kann die Kalibrierung eine Ursache von Abweichungen
bei Prüfergebnissen sein– Wartungs- und Kalibrierintervalle müssen beachtete werden
• auch der Sensortyp (breitband, schmalband) kann eine Ursache von unterschiedlichen Prüfergebnissen sein
Bestrahlungsstärke und Bestrahlungsstärkeregelung…
… der Sensortype (broadband, narrowband) muss beachtet werden
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Bestrahlungsstärke und Bestrahlungsstärkeregelung
• breitband und schmalbandUV-Filter-Radiometer (ISO9370)
Sensortypen (breitband, schmalband) …
…messen unterschiedliche Wellenlängenbereiche
0
0.4
0.8
1.2
1.6
280 320 360 400 440Wellenlänge (nm)
rela
tive
Einh
eite
n
CIE85 (Tabelle 4) hinter 3mm FG
gefilterte Xenonstrahlung hinter 3mm Fensterglass
breitband 300nm-400nm
schmalband 420nm
300-400nmor 420nm
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300-400nmor 420nm
Bestrahlungsstärke und Bestrahlungsstärkeregelung
• typische Alterung von Xenonlampen• gealterte SPD (1500 h) dividiert durch ungealterte SPD
schmalbandige Sensoren bei 420nm…
…messen keine Lampen-Alterung im UV
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
1.4
280 360 440 520 600 680 760Wellenlänge (nm)
Quo
tient
(gea
ltert/
un-g
ealte
rt) /
spek
trale
r Ber
eich
Xenon (1500h/0h)
breitband (300nm-400nm)
schmalband (420nm)
normiert auf 340nm
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schmalbandige und breitbandige Bestrahlungsstärkeregelung …
…sind nicht gleichwertig
Zusammenfassung Bestrahlungsstärke undBestrahlungsstärkeregelung
• die Lampenalterung passiert hauptsächlich
im UV (wellenlängenabhängig)
• Schmalbandsensor bei 420nm sieht kein UV
• Breitbandsensor 300nm bis 400nm berücksichtigt das gesamte UV
• schmalbandige und breitbandige Bestrahlungsstärkeregelung sind nicht gleichwertig
• Filter‐Radiometer sollten ISO 9370
(ASTM G130, G138) genügen
– aufgebaut und kalibriert
300-400nmor 420nm
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Temperaturniveau auf der Probenoberfläche• Temperaturniveau bei der Bewitterungsprüfung
(Lichtechtheit) wird durch Referenztemperaturen definiert
– Schwarzstandard- (SST) oder – Schwarztafeltemperatur (STT)
• das garantiert, das jede Prüfung auf dem gleichen Temperaturniveau läuft (reproduzierbar)
• farbige Proben werden unterschiedliche Temperaturen abhängig von deren spezifischen Reflexions- oder Absorptionseigenschaftenannehmen
• allerdings zeigen beide Temperatursensor-Typen unterschiedliche Oberflächentemperaturen bei gleichen Prüfparametern (3°C – 12°C, abhängig von Bestrahlungsstärken, Kammertemperatur und Luftgeschwindigkeit) in der Bewitterungskammer
Temperaturniveau auf der Probenoberfläche…
…wird durch Referenztemperaturen definiert (SST, STT)
SST
STT
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Temperaturniveau auf der Probenoberfläche• SST und STT müssen so genau wie möglich in Normen
beschrieben werden• jede Änderung der bestehenden Spezifikation hat einen
Einfluss auf die angezeigte Temperatur• grundsätzlich ist der STT auf der Rückseite frei und der
SST ist isoliert auf der Rückseite• vor 2 Jahren wurde in der ASTM G151 die STT-
Spezifikation geändert• Änderung ist relevant für SAE J 2412, auch AATCC TM16• nach der Änderung können STT-Sensoren mit und ohne
Isolation verwendet werden• öffnet die Tür für eine größere Variabilität bei den
Prüfergebnissen• die Änderung konnte verhindert werden bei ISO 105-
B02, ISO 105-B10, ISO 4892-1
STT- und SST-Sensoren müssen beschrieben werden…
…so genau wie möglich
SST
STT
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Gleichmäßigkeit der Bestrahlungsstärke und Temperatur
Gleichmäßigkeit der Bestrahlungsstärke und Temperatur…
…hängen vom Gerätetyp ab
Flachbettgeräte 5-10%
rotierendes Probenkarussell 2-4%
322.3
42.262.1
3.3
25.4
-50.0
0.0
50.0
Dev
iatio
n fro
m A
vera
ge %
Location
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Gleichmäßigkeit der Bestrahlungsstärke und Temperatur
Gleichmäßigkeit der Bestrahlungsstärke und Temperatur…
…hängen vom Gerätetyp ab
5 (15)ASTM G155
10VDA 75202
515ASTM G151
Tolleranzen (%)Xenon – Art des Gerätes
2‐42‐4rotierender Probenkorb , Proben vertikal
5‐105‐10Flachbettgeräte,
Proben horizontal
5 (ref. ASTM G151)15 (5)SAE J 2412
10ISO 105‐B02
10ISO 105‐B06
7‐1015AATCC TM16 (ref. ASTM G151/155)
SSTBestrahlungs‐
stärke
Tolleranzen (%)
Normen
322.3
42.262.1
3.3
25.4
-50.0
0.0
50.0
Dev
iatio
n fro
m A
vera
ge %
Location
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Anforderungen für Ringversuche
• nach ISO/IEC 43
• “Inter-laboratory comparisons may be used… to establish the effectiveness and comparability of new test or measurement methods …….”
• Werden die nach ISO/IEC 43 geforderten Maßnahmen nicht beachtet, kann ein Ringversuch zwischen Laboratorien oder Geräten sehr merkwürdige oder unerwartete Prüfergebnisse hervorbringen
Ringversuche müssen nach…
…ISO/IEC 43 durchgeführt werden
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Anforderungen für Ringversuche
Beispiel:• Labor-Ringversuch nach DIS 105-B10 durchgeführt von
ISO TC38/SC1 2009• der Ringversuch sollte zeigen, dass Flachbettgeräte die
gleichen Prüfergebnisse erzeugen wie Geräte mit rotierendem Probenkorb, wenn nach DIS 105-B10 geprüft wird
– 9 Geräte (3 Flachbett, 6 rotierender Probenkorb) und 10 Textilien
• Der Ringversuch zeigte riesige Abweichungen ±100% (bis ± 160%) vom Mittelwert
– trotzdem wurde der Ringversuch von der Mehrheit der TC38/SC1 Mitglieder akzeptiert
– macht das Sinn??? (Nein!!!!!)
werden die geforderten Maßnahmen nach ISO/IEC 43 ignoriert…
…können die Prüfergebnisse sehr unrealistisch ausfallen
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ZusammenfassungAnforderungen an leistungsbezogene Normen fürLichtechheits- und Bewitterungsprüfungen
• Spezifikation der spektralen Verteilung– relative spektrale Anteile (hauptsächlich im UV)– zusammen mit der Filtertransmission (UV-Grenzwellenlänge)
• Breitband-UV-Radiometer berücksichtigt das gesamte UV• Oberflächentemperatursensoren (SST, STT) müssen so genau
wie möglich beschrieben werden• SST and STT müssen klar voneinander getrennt werden
– Anmerkung: die Verwendung eines STT statt eines SST kann unterschiedliche Prüfergebnisse erzeugen
Anforderungen an leistungsbezogene Normen …
…für zuverlässige Lichtechtheits- und Bewitterungsprüfungen
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ZusammenfassungAnforderungen an leistungsbezogene Normen fürLichtechheits- und Bewitterungsprüfungen
• Bestrahlungsstärke- und Temperaturgleichmäßigkeit muss beachtet werden
– muss spezifiziert sein – beeinflusst die Durchführung der Prüfung
• Ringversuche müssen nach ISO/IEC 43 durchgeführt werden– nur das garantiert zuverlässige Prüfergebnisse bei
Ringversuchen
Anforderungen an leistungsbezogene Normen …
…für zuverlässige Lichtechtheits- und Bewitterungsprüfungen