Odpowiadając, warto przytoczyć pewną historię z przeszłości. Miami było w początkach bumu motoryzacyjnego miejscem przeładunku i dystrybucji samochodów na całe USA. Często auta stały całymi miesiącami na parkingu w oczekiwaniu na załadunek na statki. Zauważono wtedy, że na części z nich w krótkim czasie pojawiały się zaczątki korozji. Badając te przypadki zauważono, że specyficzne warunki klimatyczne jakie panują w tym rejonie świata w znacznym stopniu przyśpieszają starzenie powłok lakierniczych. W taki sposób narodził się plan na rozpoczęcie testów powłok samochodów właśnie w tym rejonie.
Upłynęło już dużo czasu od tamtych czasów, zaostrzono normy jakościowe dotyczące odporności lakierów na warunki zewnętrzne oraz opracowano wiele nowych testów pomagających ocenić wpływ czynników zewnętrznych oddziałowujących na lakier w perspektywie czasu. Najlepsi jednakże, wciąż testują lakiery w warunkach najbardziej zbliżonych do naturalnych – wybierając Florydę.
Głównymi siłami atmosferycznymi mogącymi spowodować degradację materiału są: słońce, wysoka temperatura oraz wilgoć. Najważniejszym regionem, w którym przeprowadza się naturalne testy klimatyczne subtropikalne jest południowa Floryda. Cechuje się bardzo wyraźnym, surowym klimatem oraz bliskością oceanu, co w najlepszy sposób pozwala ocenić wytrzymałość testowanego materiału. Wysoka temperatura i duża wilgotność średnia w ciągu roku to wymagające warunki dla każdej powierzchni lakierowanej.
Dla porównania w Polsce średnie opady deszczu są trzykrotnie mniejsze niż na Florydzie, a jeden rok działania słońca na Zachodnim Wybrzeżu Ameryki można przyrównać do kilku lat starzenia u nas w kraju.
„Jeden rok działania słońca na Florydzie można przyrównać do kilku lat starzenia w warunkach atmosferycznych w części umiarkowanej.”
Ekspozycje w subtropikalnym klimacie południowej Florydy po raz pierwszy zostały przeprowadzone w 1920 roku. Zapoczątkowały je rosnące obawy przedstawicieli przemysłu motoryzacyjnego, którzy chcieli uzyskać gwarancję jakości i trwałości swoich produktów.
Co szkodzi bardziej – wilgoć czy temperatura?
Trzy główne czynniki atmosferyczne, wpływające na lakier, to promieniowanie słoneczne, zmiany temperatury i wilgotność. To one odpowiadają za niepożądaną reakcję materiału, powodując często niepotrzebne i przedwczesne uszkodzenie produktu.
Nie można stwierdzić, które czynniki wpłyną na korozję materiału w największym stopniu, ponieważ różne rodzaje promieniowania słonecznego, rożne fazy wilgotności i temperatury oddziałują na eksponowany materiał. Czynniki te w połączeniu z efektami wtórnymi, takimi jak zanieczyszczenie powietrza, zjawiska biologiczne czy obecność soli, mogą spowodować trwałe uszkodzenie lakieru.
Promieniowanie słoneczne docierające do ziemi można podzielić na trzy główne grupy: UV, promieniowanie widzialne oraz promieniowanie podczerwone. Projektując lakier należy zapewnić odporność na każdy ze składowych promieniowania słonecznego. Długotrwałe narażenie na promieniowanie słoneczne może wpływać na jakość powłoki, a w tym także na kolor lakieru.
Temperatura, tak samo wysoka jak i niska, ma wpływ na naprężenia materiału, a w konsekwencji zmieniając kształt może powodować pęknięcia powłoki.
Deszcz, który okresowo zmywa brud i zanieczyszczenia z powierzchni lakieru, jest zarazem czynnikiem który po dłuższym czasie przyśpiesza korozję. Krople deszczu padające na odsłonięte i nagrzane w promieniach słońca powierzchnie szybko schładzają element, a nagłe zmiany temperatury powodują niebezpieczne w skutkach naprężenia materiałów.
Ten synergiczny wpływ promieniowania UV, temperatury i wilgoci powoduje, że Miami jest idealnym miejscem do badania trwałości materiałów w warunkach naturalnych. Ekstremalne nasłonecznienie, ciepły i wilgotny klimat jest szczególnie przydatny do badania zmiany koloru, utraty barwy i połysku, pękania, złuszczania, powstawania pęcherzy czy przyspieszonej korozji.
Jak przeprowadzany jest Floryda test?
Metody ekspozycji są scharakteryzowane normami motoryzacyjnymi jak np.: ASTM G7, ASTM G24, ASTM D143 – określają one ekspozycję bezpośrednią, oraz ASTM G50, która określa badania korozyjne w naturalnych warunkach atmosferycznych.
Najważniejsza w teście jest technika montażu i ekspozycji oraz kąt ustawienia badanego produktu.
Ma to znaczący wpływ na każdy krytyczny parametr testu, taki jak dawkowanie energii słonecznej, temperatury próbek czy wilgotności i czas zwilżania. Odpowiednio dobrany kąt ekspozycji wpływa na zwiększenie lub zmniejszenie dawki promieniowania. Każdy przedmiot wystawiony na zewnątrz otrzyma więcej promieni gdy słońce uderza bezpośrednio, niż gdy światło pada pod kątem. Na Florydzie słońce osiąga wysoki zenit, dlatego próbka eksponowana przy kącie 5o otrzyma więcej energii niż 45o. Zimą kiedy słońce nie jest wysoko w zenicie jest na odwrót – większa energie otrzyma przedmiot ustawiony pod kątem 45o.
W motoryzacji wykorzystuje się najczęściej kąt 5o, ponieważ niewielki kąt pozwala spłynąć wodzie oraz otrzymać większe promieniowanie w ciągu roku, zwłaszcza latem, kiedy efekty są wzmacniane przez temperaturę. Kąt ma również wpływ na szybkość nagrzewania oraz chłodzenia badanej próbki. Wpływa zarazem na czas przez jaki próbka jest mokra od rosy, deszczu. Ekspozycja pod odpowiednim kątem bezpośrednio wpływa na wiarygodność wyników testów.
Od kwietnia do sierpnia stosuje się kąt 5o, we wrześniu 25o, od października do lutego 45o, a w marcu 25o. Zmiana kąta jest tak zaprojektowana, aby zoptymalizować padanie promieniowania słonecznego w każdej porze roku.
Techniczne aspekty testów
Próbki, podczas testów, trzymane są w ramkach lub stojakach, zaprojektowanych tak aby nie zakłócały przebiegu testów oraz nie powodowały szkód na badanym materiale. Zazwyczaj aluminiowe formy, skonstruowano w sposób umożliwiający łatwe zmiany kątów ekspozycji próbek. Sposób montażu ma również wpływ na temperaturę, która może powodować degradację materiału.
Dla większości materiałów stosuje się ekspozycje bezpośrednią, co oznacza, iż powierzchnia próbki wystawiona jest na działanie promieni słonecznych i nie ma pokrywy.
Dlaczego Floryda?
Często proponowane są testy w kabinach klimatycznych, UV oraz solnych. Trwają one znacznie krócej i według prowadzących badania dają wiarygodne wyniki.
Przeprowadzono wiele badań porównujących wynik testów przeprowadzonych w warunkach naturalnych oraz w laboratoriach. Z porównania jasno wynika, że o ile uzyskiwanie promieniowania UV o określonym widmie było podobne, tak inne parametry znacząco różniły się.
Przemysł oczekuje przyspieszenia badań atmosferycznych, przy zachowaniu dużej poprawności danych.
Pogodzenie szybkości testowania próbek przy zachowaniu wiarygodności warunków naturalnych jest jeszcze bardzo trudne do osiągnięcia. Dlatego tylko wąska grupa firm łączy te dwa rodzaje testów. To skomplikowane i kosztowe – wiem o tym, bo na co dzień korzystam z tych dwóch sposobów testowania i jestem przekonany, że na chwilę obecną tylko połączenie różnych metod pozwala na uzyskanie pewności w kwestii jakości badanych lakierów. Mamy to szczęście, że posiadamy możliwość testowania naszych lakierów (jak CP 2015 X-Speed) w naszym laboratorium w Miami.