Warum wird Klarlack in Florida getestet?

Als Antwort auf diese Frage kann eine gewisse Geschichte aus der Vergangenheit dienen. Miami war zu Beginn des Fahrzeug-Booms Umschlage- und Vertriebsort für Autos in die gesamten USA. Oftmals standen die Autos monatelang auf den Parkplätzen und warteten auf ihre Beladung auf die Schiffe. Es wurde damals festgestellt, dass auf einem Teil von ihnen in kurzer Zeit Rostspuren auftauchten. Bei einer Untersuchung dieser Fälle wurde festgestellt, dass die spezifischen Klimabedingungen, die in diesem Bereich der Welt herrschen, in bedeutendem Maße die Alterung der Lackschichten beschleunigen. Auf diese Weise wurde der Plan geboren, die Tests der Autolackierungen eben in dieser Region zu beginnen.

Seit damals ist viel Zeit vergangen, die Qualitätsnormen in Hinsicht auf die Widerstandsfähigkeit der Lacke gegen äußere Einflüsse wurden verschärft und viele neue Tests ausgearbeitet, die bei der Bewertung des Einflusses äußerer Faktoren auf den Lack bei langfristiger Einwirkung helfen. Die besten jedoch testen ihre Lacke weiterhin unter Bedingungen, die dem natürlichen Klima möglichst nahe kommen – und wählen dazu Florida aus.

Die wichtigsten Witterungseinflüsse, die eine Beschädigung des Materials bewirken könne, sind die Sonne, hohe Temperaturen und Feuchtigkeit. Die wichtigste Region, in welcher natürliche, subtropische Klimatests durchgeführt werden, ist Südflorida. Es zeichnet sich durch ein sehr klares, raues Klima und die Nähe des Ozeans aus, was es auf die beste Weise ermöglicht, die Widerstandsfähigkeit des getesteten Materials zu bewerten. Die hohe Temperatur und die hohe Durchschnittsluftfeuchtigkeit im Jahresverlauf sind anspruchsvolle Bedingungen für jede lackierte Fläche.

Zum Vergleich sei gesagt, dass in Polen die durchschnittliche jährliche Niederschlagsmenge dreimal geringer ist als in Florida und dass ein Jahr der Sonneneinstrahlung an der Westküste Amerikas mit mehreren Jahren der Alterung in unserem Land verglichen werden kann.

Ein Jahr Sonneneinstrahlung in Florida kann mit mehreren Jahren der Alterung unter den Witterungsbedingungen im gemäßigten Klima verglichen werden.

Expositionen im subtropischen Klima des südlichen Floridas wurden erstmals im Jahre 1920 durchgeführt. Sie waren die Reaktion auf die wachsenden Ängste der Vertreter des Fahrzeugbaus, die eine Garantie der Haltbarkeit und Qualität ihrer Produkte erlangen wollten.

Was schadet mehr – Feuchtigkeit oder Temperatur?

Die drei Hauptfaktoren der Witterung, die Einfluss auf den Lack haben, sind die Sonneneinstrahlung, die Temperaturänderungen und die Luftfeuchtigkeit. Sie sind es, die für die unerwünschten Reaktionen des Materials verantwortlich sind, die oftmals eine unnötige und frühzeitige Beschädigung des Produkts bewirken.

Es kann nicht eindeutig gesagt werden, welcher dieser Faktoren den größten Einfluss auf die Korrosion des Materials hat, weil verschiedene Arten der Sonneneinstrahlung, verschieden hohe Werte der Luftfeuchtigkeit und der Temperatur auf das exponierte Material einwirken. Diese Faktoren können in Verbindung mit sekundären Effekten, wie der Luftverschmutzung, biologischen Erscheinungen sowie der Anwesenheit von Salzen dauerhafte Beschädigungen des Lacks verursachen.

Die auf die Erde vordringenden Sonnenstrahlen bestehen hauptsächlich aus drei verschiedenen Gruppen: UV-Strahlung, sichtbares Licht und Infrarotstrahlung. Beim Entwurf eines Lacks muss dessen Beständigkeit gegen jeden dieser Bestandteile der Sonnenstrahlung sichergestellt werden. Bei langfristiger Einwirkung kann das Sonnenlicht Einfluss auf die Qualität der Beschichtung und damit auch die Farbe des Lacks haben.

Temperaturen, und zwar sowohl hohe, wie auch niedrige, haben Einfluss auf die Spannungen im Material und können in der Konsequenz zu Formänderungen und zu Rissen der Beschichtung führen.

Regen, der zyklisch den Schmutz und die Verunreinigungen von der Lackfläche wäscht, ist gleichzeitig ein Faktor, der bei längerem Einwirken die Korrosion beschleunigt. Die auf offenliegende und durch das Sonnenlicht erhitzte Flächen fallenden Regentropfen kühlen das gegebene Element schnell ab – und plötzliche Temperaturänderungen können in ihren Folgen gefährliche Spannungen in den Materialien bewirken.

Dieser synergetische Einfluss von UV-Strahlung, Temperatur und Feuchtigkeit bewirkt, dass Miami der ideale Ort für Haltbarkeitsuntersuchungen unter natürlichen Bedingungen ist. Die extreme Sonneneinstrahlung sowie das warme und feuchte Klima sind Faktoren, die für die Untersuchungen von Farbänderungen, Glanz- und Farbverlusten, Rissen, Abblätterungen, der Entstehung von Blasen oder beschleunigter Korrosion besonders gut geeignet sind.

Wie wird der Florida-Test durchgeführt?

Die Expositionsverfahren werden durch die Normen des Fahrzeugbaus, wie etwa ASTM G7, ASTM G24, ASTM D143 (legen die direkte Exposition fest) sowie ASTM G50 (Festlegung der Bedingungen für Korrosionsuntersuchungen unter natürlichen Witterungsbedingungen) charakterisiert

Das wichtigste Element im Test ist die Montage- und Expositionstechnik sowie der Einstellwinkel des untersuchten Produkts.

Dies hat bedeutenden Einfluss auf jeden kritischen Testparameter, wie etwa die Dosierung der Sonnenenergie, die Temperatur der Proben oder die Feuchtigkeit und die Befeuchtungszeit. Ein entsprechend ausgewählter Expositionswinkel hat Einfluss auf die Erhöhung oder Senkung der Strahlendosis. Jeder dem Außenexpositionstest unterzogene Gegenstand erhält eine höhere Strahlungsdosis, wenn die Sonne direkt unter einem entsprechenden Winkel auf ihn einfällt. In Florida erreicht die Sonne einen sehr hohen Zenit, weshalb eine unter einem Winkel von 5° exponierte Probe mehr Energie ausgesetzt wird, als bei einem Winkel von 45°. Im Winter, wenn die Sonne nicht so hoch über dem Horizont steht, ist es genau umgekehrt – dann erhält ein unter einem Winkel von 45° aufgestellter Gegenstand eine höhere Energiedosis.

Im Fahrzeugbau wird meist ein Winkel von 5° verwendet, da ein geringer Winkel es dem Wasser erlaubt abzufließen und gleichzeitig eine höhere Strahlendosis im Verlaufe eines Jahres sichergestellt wird, insbesondere im Sommer, wenn die Effekte noch durch die hohe Temperatur verstärkt werden. Der Winkel hat ebenfalls Einfluss auf die Geschwindigkeit der Erhitzung und Abkühlung der untersuchten Probe. Gleichzeitig determiniert er die Zeit, über welche die Probe durch Tau und Regen feucht ist. Die Exposition unter dem richtigen Winkel hat großen Einfluss auf die Glaubwürdigkeit der Testergebnisse.

Von April bis August wird ein Winkel von 5° angewendet, im September – 25°. von Oktober bis Februar – 45°, im März wiederum 25°. Die Änderung des Winkels wurde so gewählt, dass der Einfall des Sonnenlichts zu jeder Jahreszeit optimiert wird.

Technische Aspekte der Tests

Die Proben werden während der Tests in Rahmen oder auf Ständern gehalten, die so entworfen wurden, dass sie den Ablauf der Tests nicht stören und keine Beschädigungen am geprüften Material hervorrufen. Die in der Regel aus Aluminium bestehenden Formen wurden so konstruiert, dass eine einfache Änderung des Expositionswinkels der Proben möglich ist. Die Art der Montage hat ebenfalls Einfluss auf die Temperatur, die eine Degradation des Materials bewirken kann.

Für die Mehrzahl der Materialien wird die direkte Exposition verwendet, was bedeutet, dass die Oberfläche der Probe dem Einwirken der Sonnenstrahlen ohne Abdeckung ausgesetzt wird.

Warum Florida?

Oftmals werden Tests in Klima-, UV- oder Salzkabinen vorgeschlagen. Sie dauern bei weitem nicht so lange und ergeben nach den sie durchführenden Firmen glaubwürdige Ergebnisse.

Es wurden unzählige Untersuchungen zum Vergleich der Ergebnisse von Labortests und Tests unter natürlichen Bedingungen durchgeführt. Aus diesen Vergleichen geht klar hervor, dass zwar das Erreichen einer UV-Strahlung mit einem bestimmten Spektrum im Labor sehr gut simuliert werden kann, andere Parameter sich jedoch bedeutend unterscheiden.

Die Industrie erwartet eine Beschleunigung der Witterungstests bei Aufrechterhaltung einer hohen Genauigkeit der Daten.

Eine hohe Testgeschwindigkeit mit der Aufrechterhaltung glaubwürdiger natürlicher Bedingungen in Einklang zu bringen, ist noch schwieriger. Deshalb versucht nur eine sehr kleine Gruppe von Firmen, diese beiden Testarten miteinander zu verbinden. Dies ist überaus kompliziert und teuer – das weiß ich genau, da ich tagtäglich beide Testmethoden verwende und überzeugt bin, dass derzeit nur eine Verbindung verschiedener Verfahren Gewissheit hinsichtlich der Qualität der getesteten Lacke bringen kann. Zum Glück, haben wir die Möglichkeit des Tests von Proben in unserem Labor in Miami.