Simulazioni climatiche e ambientali

Metodi di prova eseguiti dal nostro laboratorio

Invecchiamento agli agenti atmosferici – Comportamento alla luce – Resistenza alla radiazione solare – Xenon test – Wheather Ometer (SAE J2412, SAE J2527, FIAT 50451, FIAT 50451/01, ASTM G15)
Invecchiamento agli UV (FIAT 50471/01, UNI EN ISO 4892-3, ASTM G152, ASTM G154)
Resistenza all’umidità e al caldo umido (FIAT 50184, FIAT 9.55253, FIAT 55842/01, FIAT 55842, UNI EN ISO 6270-2, ASTM D1735)
Resistenza ai cicli termici – variazione di temperatura (PV 1200, FIAT 50184, FCA 9.55253, FCA 9.55842, FCA 9.55842/01, MTPR-388, FIAT 9.03182, DIN EN ISO 2409:2013)
Resistenza allo shock termico (PF. 90005, FCA 9.55253, DIN EN ISO 2819, VW 50554-2)
Resistenza al colpo di calore (FIAT 9.03109, FCA 9.55253, MTPR-388, FIAT 7-F1590)
Resistenza all’invecchiamento termico prolungato (FCA 9.55842/01, FCA 9.55253, MTPR-388, I.Q.00149, FCA 9.55738/05)
Stabilità dimensionale (FIAT 9.55253, FIAT 55842/01, FIAT 9.03109, FIAT 9.03147)
Immersione in acqua/olio a T amb o ad alta temperatura e resistenza all’acqua (FCA 9.55842/01, FIAT 50470, MTM0143, ASTM D870CNH MTM0120, ecc…)
Resistenza alle aggressioni chimiche, all’alcool e alla benzina (FIAT 9.03109, FCA 9.55253, FIAT 50473/01, FIAT 50473, MTM0143)
Resistenza all’usura, alla rigabilità e alla spazzolatura (FIAT 9.55253, FIAT 55842/01, ASTM D3363)

È possibile eseguire test anche su prescrizione committente.

Test invecchiamento accelerato

Obiettivo dei test di invecchiamento accelerato è la simulazione del reale ambiente di utilizzo del materiale. I test di invecchiamento accelerato consentono la valutazione dell’eventuale degrado indotto dall’effetto, anche sinergico, di due o più fattori climatici tra temperatura, umidità, irraggiamento e contatto prolungato con olio e agenti chimici.
In fase di sviluppo, progettazione e qualifica di un prodotto risulta fondamentale considerare le diverse condizioni ambientali a cui sarà sottoposto il componente in esame. Temperatura, sbalzi climatici, umidità, radiazione solare, radiazione UV sono infatti fattori di stress significativi per il materiale. Ogni test è corredato da verifiche di adesione, brillantezza, colorimetria, durezza superficiale, spessore e urti.

Il reparto Automotive di Modena Centro Prove dispone di una vasta gamma di strumenti per l’invecchiamento accelerato dei materiali e la simulazione del degrado che permettono l’esecuzione di numerosi test:

• Cicli di invecchiamento accelerato agli agenti atmosferici;
• Test in cella climatica con un range di T da -70°c a +180°C, a secco e in condizione di umidità controllata;
• Immersione in acqua/olio a T amb o ad alta temperatura;
• Xenon test;
• UV test;
• Shock termico;
• Stabilità dimensionale ad alte T;
• Invecchiamento termico accelerato;
• Invecchiamento accelerato agli agenti chimici

Test in camera climatica

La camera climatica permette di creare un ambiente caldo, freddo, umido o secco, secondo cicli predefiniti in grado di soddisfare le specifiche prescritte a disegno o negli standard di riferimento. Inoltre è possibile impostare gradienti termici tali da simulare lo shock termico.
Una camera climatica è costituita da un vano di prova nel quale è posizionato il componente da testare e nel quale sono riprodotte le particolari condizioni ambientali a cui si vuole sottoporre. La camera ha dimensioni tali da garantire il test su componenti finiti e/o in assetto veicolo e con i vincoli previsti in esercizio.

La camera climatica riesce a svolgere le funzioni di riscaldamento e raffreddamento con velocità controllata ed è in grado di garantire la temperatura omogenea in tutto il vano di prova. Particolari accorgimenti tecnici sulla distribuzione dell’aria all’interno della camera permetteranno di avere un alto livello di uniformità nel tempo e di omogeneità nello spazio dei valori di temperatura, garantendo a tutte le parti e superfici del provino di essere sottoposte allo stesso valore di temperatura e allo stesso gradiente di raffreddamento/riscaldamento.
Oltre al controllo della temperatura la camera riesce a controllare l’umidità grazie alle funzioni di umidificazione e deumidificazione e a distribuire omogeneamente l’umidità all’interno del vano di test.

Oltre a motori, carrozzeria, carburante, interni, pneumatici, nel settore automobilistico è possibile svolgere test per i settori aeronautico, difesa, aerospaziale, che solitamente richiedono test “estremi” con temperatura molto al di sopra o al di sotto dello zero e test per il settore biomedicale che richiede controllo di temperatura e umidità particolarmente precisi.

Xenon test (test ad arco xenon, wheatherometer, invecchiamento agli agenti atmosferici)

Lo Xenon Test sottopone componenti e provini all’esposizione accelerata alla luce ricreando gli stessi effetti di invecchiamento prodotti dall’irraggiamento solare, con il controllo di temperatura e umidità della camera. È possibile, inoltre, effettuare la simulazione dell’effetto pioggia in presenza o assenza di irraggiamento, ricreando così le più svariate condizioni ambientali per garantire risultati simili alle reali condizioni di utilizzo di un prodotto.
Emettendo una radiazione dall’UV al primo infrarosso la lampada all’arco di xenon riproduce più fedelmente lo spettro dell’irraggiamento solare, garantendo un invecchiamento più realistico rispetto a quello indotto dal più semplice ai raggi UV (UVA, UVB, IR).

Il test di resistenza all’irraggiamento solare può essere applicato a svariati settori come automotive, tessuti, pellami, accessori alta moda, design, arredamento, infissi, giocattoli etc. e su tutti i materiali, come ad esempio:

• verniciature con substrato metallico, polimerico o composito;
• rivestimenti e decori su materiali ceramici (piastrelle);
• guarnizioni, adesivi, staffe su vetri;
• pellami e tessuti;
• materiali polimerici.

Gli elementi naturali come luce solare, calore e umidità degradano i materiali compromettendone estetica e funzionalità. Screpolature, incrinature, velature, sbiaditure e ingiallimenti possono verificarsi all’aperto, ma anche in ambienti chiusi come l’interno vettura. Con la camera xenon test, è possibile simulare e accelerare il degrado indotto sul materiale dagli agenti atmosferici mediante esposizione allo spettro della luce solare, temperatura, umidità e intemperie. Poiché la camera è dotata di sistema di back/front spray è possibile la spruzzatura simultanea dell’acqua sia sulla parte frontale, sia sulla parte posteriore dei campioni. Un ugello interno alla camera permette di testare la resistenza del campione alla pioggia normale o alle piogge acide comuni nei paesi del nord. Sono inoltre eseguibili test ciclici, formati dall’alternarsi di:

• radiazione luminosa (condizioni di tempo sereno);
• piogge (condizione di maltempo);
• combinazione di entrambi parametri;
• combinazione di irraggiamento giorno e notte.

In ambito automotive, lo xenon test si può applicare a tutte le componenti di una vettura. Infatti, sia le carrozzerie esterno vettura, sia i materiali all’interno dell’abitacolo, sono esposti al sole. Tutti i costruttori di auto sono particolarmente attenti ai risultati di queste prove, i cui effetti coinvolgono prevalentemente l’estetica del componente e forniscono immediate indicazioni sulla durabilità del veicolo nel corso del tempo. Infatti, un’auto che dopo alcuni anni appare sbiadita o con le plastiche interne screpolate e rovinate, nuoce moltissimo alla reputazione del marchio e all’opinione che si crea nei clienti. Proprio per questa ragione, solitamente, i cicli di invecchiamento accelerato allo xenotest durano parecchie ore (alcuni capitolati richiedono addirittura cicli da 2.000 ore: quasi tre mesi di esposizione).

Il parametro fondamentale di una prova di invecchiamento allo xenon test è l’irradianza, definita come il flusso della radiazione elettromagnetica trasmessa per irraggiamento e si misura in W/m2. Questo parametro è misurato in tempo reale all’interno della camera. La durata di una prova di xenotest, solitamente, non si misura in ore ma in energia totale di esposizione, espressa in kJ/m2, un parametro che fornisce una indicazione sull’energia totale che il campione riceve durante il test. Si avrà l’incremento di questo valore solo nella fase di luce, quando le lampade sono accese e non nella fase di buio, quando le lampade sono spente.
Per quanto concerne la simulazione del degrado agli agenti atmosferici dei materiali all’interno della vettura comunemente si eseguono test in accordo alla SAE J2412 “Invecchiamento accelerato di materiali interni di automobili mediante radiazione arco-xenon”. Lo scopo della norma SAE J2412 è quello di simulare le condizioni ambientali estreme che possono verificarsi all’interno dell’autoveicolo a causa della luce solare, del calore e dell’umidità.

Il metodo è applicabile a materiali plastici, metallici, vernici, tessuti e stoffe e prevede l’alternanza di due fasi:

• fase di luce che simula l’esposizione solare diurna con elevate temperature e umidità intermedia;
• fase di buio, caratterizzata da una temperatura più bassa rispetto alla fase di luce ed elevata umidità, simulando pertanto una condizione notturna con condensazione di umidità.

Per i materiali all’esterno della vettura, un metodo di prova molto richiesto è il SAE J2527 “Invecchiamento accelerato di materiali esterni di automobili arco-xenon”. Scopo della norma, anche in questo caso, è simulare condizioni ambientali estreme, che possono verificarsi all’esterno dell’autoveicolo a causa della luce solare, del calore e all’umidità. I materiali che compongono l’esterno di un’autovettura, infatti, sono soggetti a fenomeni di tipo corrosivo dovuti alla presenza di acqua e dall’azione della temperatura e devono essere in grado di resistere anche alla radiazione elettromagnetica generata dalla luce solare.
Uno dei parametri che di solito si valuta al termine della prova di xenontest è la tenuta del colore e della brillantezza. La valutazione del colore si fa attraverso la determinazione delle coordinate colorimetriche L, a e b, mentre la tenuta della brillantezza si valuta attraverso la misurazione del Gloss.

All’interno della camera di prova, i campioni devono essere disposti secondo indicazioni precise fornite da norme, affinché il fascio di luce colpisca in maniera uniforme la superficie in esame.
Nella corrosione ciclica l’invecchiamento all’irraggiamento solare può essere combinato con altre prove per l’invecchiamento accelerato (camera climatica, nebbia salina, shock termici, asciugatura, etc.).

UV test

L’ UV tester simula gli effetti della luce del sole, esponendo i materiali da testare ai raggi ultravioletti mediante lampade fluorescenti UV, alla rugiada e alla pioggia, utilizzando condensa di umidità e acqua nebulizzata (spray). Con il test di invecchiamento accelerato UV è possibile riprodurre i danni causati dalla luce del sole, dalla pioggia e dalla rugiada. In pochi giorni o settimane di esposizione agli UV si possono simulare i danni che avverrebbero in mesi o anni di esposizione all’esterno.

La radiazione UV è responsabile di quasi tutti i processi di fotodegradazione dei materiali durevoli esposti all’ambiente esterno. Le lampade fluorescenti utilizzate nell’UV tester simulano le onde corte UV critiche e riproducono realisticamente i danni causati dalla luce solare. Le tipologie di degrado che si possono simulare sono: cambiamento del colore, perdita di brillantezza, sfarinamento, screpolature, crepe, formazione di vesciche, velature, fragilità, perdita di robustezza e ossidazione. Il risultato di questo test può fornire un’ottima correlazione tra quanto accade all’interno della camera e quanto succede nell’ambiente esterno.

La camera, attraverso l’utilizzo di lampade ultraviolette a fluorescenza (UV) sottopone i campioni a cicli alternati di luce UV, a temperatura variabile nel range 45 ÷ 80°C, in grado di simulare gli effetti provocati dalla luce solare. Gli effetti provocati dalla pioggia e dall’umidità vengono inoltre simulati attraverso la condensa e lo spray d’acqua.
Il sistema di condensazione dell’UV tester simula realisticamente la rugiada e amplifica il suo effetto attraverso l’utilizzo di temperature elevate. La rugiada è, infatti, responsabile dell’umidità dell’esposizione all’aperto, molto più della pioggia. Il processo di condensazione purifica automaticamente l’acqua di rete utilizzata nel sistema. Infatti il processo di evaporazione e condensazione dell’acqua sui campioni è in realtà un processo di distillazione, che permette di rimuovere tutte le impurità. I campioni devono essere posizionati sulla parete della camera. Una parte del campione viene esposta verso l’esterno a temperatura ambiente, mentre l’altra parte viene esposta verso l’interno della camera. In questo modo la superficie del campione è sottoposta a una differenza di temperatura di alcuni gradi in meno rispetto alla temperatura del vapore che proviene dall’interno della camera, permettendo una continua e costante condensazione dell’acqua sulla superficie dei materiali da analizzare.

Le lampade fluorescenti UV sono più stabili rispetto ad altri tipi di lampade, comprese le lampade ad arco xeno. La distribuzione spettrale (SPD) non viene modificata con l’invecchiamento della lampada, neanche dopo migliaia di ore di funzionamento, e questa caratteristica comporta risultati più riproducibili, minor frequenza di sostituzioni lampade e riduzione dei costi operativi.
I materiali che possono essere testati per verificare i danni derivanti dall’azione di agenti atmosferici, sono molteplici:

• plastica, tenopolimeri e gomma;
• verniciature e rivestimenti;
• placchette verniciate;
• metallo verniciato;
• pelletteria, legno, tessuti;
• compositi;
• fibre per finestre, porte, insegne e prodotti per ourtdoor;
• materiale tessile;
• materiale dell’industria edilizia, come mattoni e piastrelle;
• componentistica automotive.

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