Reduzierung der Witterungsbeständigkeitstests von Jahren auf Tage
Ein Probenvorbehandlungssystem für eine effizientere Materialdegradationsanalyse
Alltagsmaterialien wie Farben, Harze und Gummi zersetzen sich mit der Zeit durch Licht, Wärme, Feuchtigkeit und andere Umwelteinflüsse. Dies kann zu Verfärbungen und Rissen führen. Materialhersteller führen Tests durch, um die Haltbarkeit zu beurteilen und die Lebensdauer vorherzusagen, doch diese Tests können sehr zeitaufwendig sein.
Die im Jahr 2025 eingeführte kombinierte Degradationsbeschleunigungseinheit CDAS-1000 ist das weltweit erste Probenvorbehandlungssystem, das entwickelt wurde, um die Materialdegradation in nur wenigen Tagen zu beschleunigen und so die Bewitterungsprüfung effizienter zu gestalten.
Das CDAS-1000 kombinierte Beschleunigungsgerät für Materialdegradation. Dieses Probenvorbereitungssystem dient der Analyse von Gasen, die bei der Materialdegradation freigesetzt werden, und untersucht Degradationsmechanismen an Materialoberflächen. Es ermöglicht Forschern, die Degradationsgeschwindigkeit eines Materials innerhalb von nur ein bis zwei Tagen zu bestimmen.
Witterungsbeständigkeitstests, die Jahre dauern
Bei Materialien, die häufig im Außenbereich eingesetzt werden, ist die Witterungsbeständigkeit – die Fähigkeit, Umwelteinflüssen wie Sonnenlicht, Wind, Regen und schwankender Luftfeuchtigkeit standzuhalten – ein wichtiger Faktor. Gängige Prüfmethoden sind Freilandversuche, bei denen die Materialien unter natürlichen Umweltbedingungen der Witterung ausgesetzt werden, und beschleunigte Bewitterungstests, bei denen der Alterungsprozess mithilfe von Geräten beschleunigt wird. Erstere dauern jedoch mehrere Jahre bis Jahrzehnte, und selbst letztere benötigen mehrere tausend Stunden.
Materialien, die im Freien verwendet werden, verschlechtern sich unter dem Einfluss von Sonnenlicht, Regen und anderen Umweltfaktoren (Foto dient nur zur Veranschaulichung).
Um dieser Herausforderung zu begegnen, wurde die kombinierte Beschleunigungseinheit für Materialdegradation CDAS-1000 entwickelt. Yuki Kato aus der Forschungs- und Entwicklungsabteilung, Bereich Analytik- und Messgeräte, die an der Entwicklung beteiligt war, erklärt:
Die Zeit, die Materialien zum Zerfall benötigen, war nicht die einzige Herausforderung bei den Witterungsbeständigkeitstests. Forscher in der Forschung und Entwicklung von Materialherstellern und anderen Organisationen beurteilten den Grad der Zersetzung durch visuelle Überprüfung von Farb- und Glanzveränderungen. Obwohl diese Veränderungen sichtbar waren, war es schwierig, die Ursachen der Zersetzung zu ermitteln. Wir wollten eine Lösung für dieses Problem finden.
Die kombinierte Degradationsbeschleunigungseinheit CDAS-1000 mit Mitgliedern des Entwicklungsteams der Forschungs- und Entwicklungsabteilung, Bereich Analytik und Messtechnik. (Von rechts) Manager Ryutaro Oda, Assistant Manager Yukinori Hasegawa und Assistant Manager Yuki Kato
Unterstützung der Analyse von Abbaumechanismen
Das CDAS-1000 ist ein Probenvorbereitungssystem, das den Materialabbau innerhalb kurzer Zeit beschleunigt. Die dabei freigesetzten Gase können analysiert und der Zustand der Materialoberflächen mit Shimadzu-Geräten wie Gaschromatographen-Massenspektrometern (GC-MS), Fourier-Transform-Infrarotspektrometern (FTIR) und Rasterelektronenmikroskopen (REM) untersucht werden. Das System liefert wertvolle Informationen zur Identifizierung von Abbaumechanismen und unterstützt Forscher bei der Optimierung ihrer Materialforschung und -entwicklung.
Ein Fläschchen (verschlossener Behälter) mit einer Probe wird in das Gerät eingesetzt. Durch Zugabe von Wasser zum Fläschchen kann auch die Hydrolyse untersucht werden.
Das Entwicklungsteam ließ Materialhersteller einen Prototyp testen und nutzte deren Feedback zur Optimierung des CDAS-1000. Anwender können zwischen zwei Lichtquellen wählen: einer UV-Lampe, die intensive ultraviolette Strahlung abgibt, oder einer Xenonlampe, die das gesamte Sonnenspektrum wiedergibt. Das System ermöglicht zudem die Anwendung kontrollierter Temperatur- und Feuchtigkeitsbedingungen, sodass Forscher Tests durchführen können, die die natürliche Umgebung genauer simulieren.
Kommentar eines Mitglieds des Entwicklungsteams
Kato sagt, er habe eine ganz bestimmte Vision davon, was er mit dem CDAS-1000 erreichen wolle.
Seit seiner Einführung hat das System das Interesse von Forschern geweckt, die sich mit Baumaterialien, Fensterglas und Urushi-Lack für Kulturgüter befassen. Als wir unsere Arbeit auf einer internationalen Konferenz zum Thema Materialdegradation in Frankreich vorstellten, teilten uns die teilnehmenden Forscher mit, dass es sich um ein attraktives Produkt handle.
Ich glaube, wir haben neue Möglichkeiten im Bereich der Witterungsbeständigkeitsprüfung eröffnet. Wir wollen die in der Branche übliche Annahme ändern, dass Materialprüfungen Monate oder sogar Jahre dauern.
Indem wir über sichtbare Veränderungen hinausgehen und die Mechanismen des Abbaus wissenschaftlich erforschen, wollen wir die Forschung und Entwicklung unserer Kunden beschleunigen. Das ist unser Ziel mit dem CDAS-1000. Wir werden unsere Kunden auch weiterhin mit wissenschaftlicher Expertise und modernster Technologie unterstützen.
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