Na tomto míst bych ráda pod kovala vedoucí diplomové práce Ing. Martin Vikové, Ph.D.
za odborné rady p i vedení práce. Dále bych cht la pod kovat Doc. Ing. Michalu Vikovi, Ph.D. za ochotu a as strávený p i konzultacích.
Dále bych ráda pod kovala panu Lukáši Slana ovi z vývojového centra spole nosti Škoda Auto a.s. za poskytnutí dat pro studii autoskel. D kuji také odd lení kvality firem Johnson Controls International s.r.o. a Faurecia Interior Systems Bohemia s.r.o., zejména pak Ing. Ond ejovi Koterovi, Ph.D. za poskytnutí materiál a za pomoc p i odborných m ení.
V neposlední ad chci pod kovat mé rodin a p átel m za podporu a pomoc b hem doby studia na Technické univerzit v Liberci.
Pavla Mandátová
P edkládaná diplomová práce se zabývá hodnocením barevných zm n resp. sv tlostálostí potahových materiál automobilových sedadel s ohledem na spektrální charakteristiku sv telného zá ení.
Pro hodnocení barevných zm n byly použity r zné vzorky autopotah : polyesterové textilní materiály, syntetická a p írodní k že. Um lé sv telné zá ení p sobilo na vzorky p i p ímé a p i nep ímé expozici. Nep ímá expozice byla zrealizována použitím autoskla, které simulovalo expozici v interiéru automobilu. Zmi ované vzorky materiál byly exponovány ve t ech zkušebních za ízeních simulujících slune ní zá ení. V každá testovací komo e byl použit jiný zdroj zá ení, který emitoval zá ení o r zné intenzit .
Sv tlostálost byla vyhodnocována objektivn m ením celkové barevné diference a m rné sv tlosti na spektrofotometru. Tyto veli iny byly zpracovány v závislostech na dodané energii, matematicky popsány a vyhodnoceny. Degradabilní ú inky jednotlivých expozi ních za ízení na testované vzorky byly vzájemn porovnány a vyhodnocen vliv jednotlivých vlnových délek na sv tlostálost potahových materiál .
Klí ová slova: Polyester, syntetická k že, p írodní k že, UV zá ení, expozice, energie.
Abstract
This thesis is focused on evaluation of colour differences (more precisely lightfastness) of the car seat covers with regard to spectral distribution of light irradiation.
Various samples of the car seat covers were used for the evaluation of colour differences:
polyester textile, synthetic and natural leather. Samples were exposed to an artificial direct and indirect daylight exposition. The indirect exposition was realized by using an automobile glass, which simulated exposition in a car interior. The samples were exposed in three testing chambers with simulated daylight irradiation. In each testing chamber a different radiation source was used with the various intensity of radiation.
The lightfastness was evaluated by objective measuring of colour difference and specific lightness on spectrophotometer. These quantities were composed depending on given energy, they were mathematically described and evaluated. The degradation effects of testing chambers on samples were compared and the influence of individual wavelengths on lightfastness of car seat covers was evaluated.
Keywords: Polyester, synthetic and natural leather, ultraviolet radiation, exposition, energy.
Seznam použitých zkratek a symbol ... 9
1 Úvod... 11
2 Materiály pro výrobu autopotah ... 13
2.1 Materiály používané v minulosti ... 13
2.2 Požadavky kladené na materiály používané v sou asnosti... 13
3 Slune ní energie... 16
3.1 Ultrafialové zá ení ... 18
3.2 Infra ervené zá ení ... 19
3.3 Zá ení absolutn erného t lesa ... 19
4. Degradace textilních materiál ... 22
4.1 Fotodegradace ... 22
4.2 Fotoxidace... 24
4.3 Termoxidace ... 25
4.4 Degradace p írodních usní ... 25
4.5 UV stabilizátory... 26
4.5.1 Reflexe ... 26
4.5.2 Absorpce ... 26
4.5.3 Kombinace stabilizátor ... 26
4.6 Sv tlostálost ...26
4.7 Reálná teplota v interiéru automobilu... 28
5. Standardizované metody hodnocení sv tlostálostí ... 31
5.1 Laboratorní metody... 32
5.1.1 Zdroje zá ení ... 35
5.1.2 P ehled standardizovaných metod ... 37
5.1.3 Testovací komory ... 39
5.2 Testování v reálných podmínkách ... 39
5.2.1 Statické expozi ní testy ... 41
5.2.2 EMMAQUA - vliv pov trnosti a slune ního zá ení v krátkém ase ... 42
5.2.3 Testy celého automobilu... 42
5.3 Korelace mezi reálnými a laboratorními podmínkami ... 43
6 Hodnocení sv tlostálosti ... 44
6.1 Spektrofotometrie ... 44
6.2 Systém m ení barev podle CIE ...44
6.3 Výpo et trichromatických složek X, Y, Z ... 45
6.3.1 Emisní vzorky ... 45
6.3.2 Reflexní vzorky... 46
6.4 Barevný prostor CIE L*a*b* ... 47
6.5 Praktické využití barevné diference... 49
7 Autoskla ... 50
7.1 Základní funkce autoskla ... 51
7.2 Požadavky na autoskla... 51
7.3 Základní druhy autoskel... 52
7.4 Fólie ... 56
8 Cíle diplomové práce ... 57
8.1 Specifikace testovaných materiál ... 58
8.2 Použité p ístroje pro exponování vzork ... 64
8.2.1 Suntest... 64
8.2.2 Experimentální komora... 66
8.2.3 Expozi ní komora HB311 ... 68
8.3 P ístroje k m ení barevnosti ... 69
8.4 Autosklo ... 70
9 Zpracování a vyhodnocení nam ených dat ... 71
9.1 Suntest... 72
9.1.1 Hodnocení výsledk ... 72
9.1.2 Díl í záv r... 91
9.2 Experimentální komora... 92
9.2.1 Hodnocení výsledk ... 92
9.2.2 Díl í záv r... 104
9.3 Expozi ní komora HB311 ... 104
10 Diskuze výsledk – porovnání expozi ních za ízení... 106
11 Hodnocení výsledk ... 118
11.1 Studie autoskel u vybraných typ automobil ... 119
12 Záv r ... 122
Seznam použité literatury ...125
Seznam obrázk ... 129
Seznam tabulek ...131
Seznam p íloh ... 132
Zkratka Jednotka Význam BPT [°C] teplota erného panelového teplom ru
BST [°C] teplota erného t lesa
c [m.s-1] rychlost sv tla ve vakuu
CIE L*a*b* barevný prostor
dE* celková barevná odchylka
dL* rozdíl v m rné sv tlosti
E [J.m-2] energie
H spektrální hustota intenzity zá ení
h [J.s] Planckova konstanta
H0 nulová hypotéza
HA alternativní hypotéza
Ie [W.m-2] intenzita zá ení
IR infra ervené zá ení
k [J.K-1] Boltzmannova konstanta NA [mol-1] Avogadrova konstanta
PA polyamid
PC polyakrylonitril
PET polyetylentereftalát
PL polyester
PP polypropylen
PVC polyvinylchlorid
Q [J] energie zá ivého toku
r korela ní koeficient
R reflexní spektrum vzorku
RGB ervené, zelené, modré sv tlo
RH [%] relativní vlhkost
S [m2] plocha
s výb rová sm rodatná odchylka
Sc spektrální rozložení sv telného zdroje
T [K] termodynamická teplota
t [s] as
UV ultrafialové zá ení
WO vlna
X, Y, Z trichromatické složky
x( ), y( ), z( ) trichomati tí lenitelé [nm] vlnová délka
[s-1] frekvence [W] zá ivý tok
[W.m-1] spektrální zá ivý tok aritmetický pr m r
Automobilové seda ky tvo í jednu z nejd ležit jších sou ástí interiéru automobilu. Mezi hlavní požadavky kladené na automobilové seda ky pat í p edevším ergonomie a bezpe nost, která je dána kovovou konstrukcí pop . kompozitní kostrou seda ky. Dále je zapot ebí, aby seda ka umož ovala vedení, držení a podporu t la. V sou asnosti je také nezbytným kritériem možnost do autoseda ky zakomponovat další nejenom bezpe nostní prvky, jedná se nap . o airbag a vyh ívání. Sou asná automobilová sedadla mají velmi podobnou konstrukci, odlišují se pouze v použití vrchní potahové textilie, v len ní a ozdobném prošití. Design p edstavuje také jeden z mnoha požadavk kladených na autoseda ku.
Vzhled autoseda ky ovliv uje použitý autopotah, zejména druh materiálu, kvalita zpracování a barevné vyhotovení. Ve srovnání se všemi textilními komponentami použitými v interiéru automobilu pat í výroba autopotah mezi nejnákladn jší a asov nejnáro n jší procesy. Z podhledu konstrukce se jedná o kompozitní materiály, kdy pohledovou stranu autopotahu tvo í tkané nebo pletené materiály, pop . p írodní i syntetické usn . Výše zmín né druhy materiál jsou následn laminovány s polyuretanovou p nou a s tkanou i pletenou podšívkou. Pro kompletní zpracování autopotahu je zapot ebí krom textilního materiálu a šicích nití také množství dalších komponent, které jsou nutné pro aloun ní, nap . tkané dutinky, dráty, plastové úchytky apod. Dodavatelé autopotah mají snahu stále zdokonalovat své produkty, zvyšovat jejich kvalitu, která souvisí s odolností p i b žném užívání s cílem uspokojit zákazníka a zajistit jeho bezpe nost.
Mezi nejd ležit jší požadavky kladené na autopotahy pat í vysoká odolnost v od ru a odolnost v i UV zá ení, pevnost a odolnosti v i žmolkování. Textilní materiály by m ly mít takovou životnost jako automobil samotný, v citované literatu e [2] se uvádí p ibližn 10 let.
P edkládaná diplomová práce áste n navazuje na bakalá skou práci s názvem Trendy ve výrob potah automobilových sedadel z hlediska hodnocení trvanlivosti [1]. Cílem bakalá ské práce bylo hodnocení užitných vlastností z hlediska trvanlivosti u vybraných vzork . Konkrétn byl hodnocen od r v ploše na p ístroji typu Schopper Geiger, žmolkovitost a zátrhovost na p ístroji ICI Pilling and Snagging Tester. P i m ení bylo zjišt no, že všechny typy testovaných materiál jsou velmi kvalitní a vynikají výbornými vlastnostmi z hlediska trvanlivosti v ohledu na uvedené parametry. Poté byl testován vliv klimatických podmínek, tedy p sobení UV zá ení, teploty a vlhkosti na laboratorním
za ízení Atlas Uvcon. Hodnocení barevnosti bylo provedeno pouze subjektivním zp sobem pomocí šedé stupnice a všechny testované materiály byly klasifikovány stupn m 5.
Diplomová práce se zabývá studií stejných druh textilních laminovaných autopotah , které byly zkoumány v bakalá ské práci, dále byla analýza rozší ena o další dva druhy materiál – p írodní a syntetickou use .
Cílem diplomové práce je analýza sv tlostálosti autopotah s ohledem na spektrální propustnost autoskla. Materiály byly podrobeny vlivu um lého slune ního zá ení ve dvou r zných expozi ních komorách s rozdílnými zdroji zá ení. V prvním p ípad se jednalo o p ístroj Suntest od fy Atlas ur ený k pr myslovému hodnocení sv tlostálosti pomocí xenonové výbojky. Druhá laboratorní komora emitovala zá ení díky t em výbojkám, které byly navrženy tak, aby co nejlépe aproximovaly funkci slune ního zá ení definovanou dle CIE 85 (tab. 4). V každé komo e byly provedeny dva typy expozice: p ímá expozice vzork a expozice vzork s použitím autoskla. Zm na odstínu byla hodnocena objektivn , m ením celkové barevné diference dE* na spektrofotometru. V prvé ad byl zkoumán vliv autoskla na zm nu barevné odchylky. Degradabilní zm ny ve struktu e materiálu a p í iny vyvolávající zm ny barevného odstínu, ke kterým docházelo p sobením UV zá ení, byly sledovány a rozebrány. Vyhodnocení experimentu bylo sestaveno tak, aby bylo možné porovnat sv tlostálost zkoušených materiál a zjistit, který z materiál lépe odolává simulovanému slune nímu zá ení. Vzájemné závislosti mezi nam enými hodnotami celkové barevné odchylky dE* byly posuzovány na základ hodnoty korela ního koeficientu.
Diplomová práce je rozd lena na teoretickou a praktickou ást.
P ehled potahových materiál s charakteristikou jejich vlastností a literární rešerše jsou zpracovány v teoretické ásti práce. Dále tato kapitola obsahuje poznatky o slune ním zá ení a jeho vlivu na degradaci materiál . V neposlední ad se zabývá popisem standardizovaných metod a za ízení pro hodnocení sv tlostálosti a definicí prostotu L*a*b*, ve kterém byla vyhodnocována celková barevná odchylka dE*. V záv ru teoretické ásti je rozebrána funkce autoskla a popsána spektrální propustnost r zný typ autoskel.
V experimentální ásti práce jsou popsány expozi ní komory a definovány parametry, p i kterých probíhal experiment. Experimentální ást je rozd lena na dv ásti. První se zabývá výsledky získanými z p ístroje Suntest a druhá se v nuje výsledk m z experimentální komory. Diskuze výsledk obsahuje porovnání docílených výsledk a poznatk nam ených v obou expozi ních komorách.
TEORETICKÁ ÁST
Na vlastnosti potahových materiál a konfek ní zpracování je v sou asné dob kladen vysoký d raz. S vytvá ením nových design automobil souvisí i vývoj potahových materiál zam ený zejména na vlastnosti a vzhled autopotah korespondující s interiérem a exteriérem, jejich funk ností a pohodlím.
V dob okolo roku 1940 za alo být mnoho automobilových seda ek pokryto textiliemi vyrobenými ze syntetických vláken. Postupem asu byly použity následující materiály:
Tab. 2.1: Potahové materiály používané p ibližn od roku 1940 – 1970 [2]
Typ materiálu Vlastnosti/výhody
vinylidenchlorid vysoká sv tlostálost, snadná údržba
polyamid trvanlivost, snadná údržba, stálobarevnost, nema kavost polyvinylchlorid vzhled jako pravá k že, p íjemný omak
Sou asný životní styl je zna n rozdílný od dob minulých. idi i tráví ve svých automobilech pom rn velkou ást z celého dne, a tudíž jsou kladeny na sedadla stále v tší požadavky na komfort. Komfort sedadla je dán jeho ergonomickým tvarováním. Jedním faktorem z hlediska ergonomie je tvrdost, resp. m kkost seda ky ur ená chemickým složením polyuretanové p ny. Seda ka by m la poskytovat kvalitní sezení a zárove zajiš ovat držení t la v zatá kách.
Mezi nejd ležit jší požadavky kladené na autopotahy pat í:
• vysoká odolnost v od ru
• stálobarevnost
Auto i Fung a Hardcastle ve své knize uvád jí, že textilní materiály by m ly mít takovou životnost jako automobil samotný, což odpovídá p ibližn dob 10 let. Odolnost v od ru závisí na druhu vlákna a vazby a jemnosti jednotlivých vláken. P ehled vlastností vybraných vláken je uveden v tabulce 2. 2. [2]
V sou asnosti je p es 90 % autoseda ek pokryto potahy vyrobenými z polyesteru. Tento materiál se za al hojn používat v 70. a v 80. letech 20. století.
Polyesterové vlákno vykazuje výbornou odolnost v i UV zá ení v kombinaci s dobrou odolností v od ru a relativn levnou výrobní cenou. Mezi další vlastnosti polyesteru, které jsou ideální pro potahové textilie, pat í pevnost, odolnost v i plísním, snadná údržba, vysoká pružnost a nema kavost. Negativní vlastností je nízký p íjem vlhkosti, který m že p evážn v letních m sících zp sobovat diskomfort p i cestování.
Dalším materiálem, z kterého jsou zhotovovány autopotahy, je polyakrylonitril. Vyzna uje se výbornou odolností v i UV zá ení, je p íjemný na omak, ale jeho odolnost v od ru je ve srovnání s polyesterem nižší.
Vlna je také využívána pro výrobu autopotah , vykazuje p ijatelnou odolnost v od ru a pevnou konstrukci, používá se zejména ve sm sích. Díky schopnosti velmi dob e p ijímat vlhkost poskytuje vlna kvalitn jší tepelný komfort ve srovnání s polyesterem.
Polypropylenová vlákna se snadn ji recyklují a mají významn nižší hmotnost oproti polyesterovým vlákn m. Nejzávažn jším problémem tohoto vlákna je obtížná barvitelnost v lázni a nízká odolnost v od ru a nižší p íjem vlhkosti. Polypropylen se ast ji využívá pro výrobu netkaných textilií následn použitých pro výrobu koberc a hlavových op rek. [2]
P írodní m k ená k že se používá v luxusních automobilech. Její velkou výhodou je snadná údržba a vysoký uživatelský komfort na úkor vysoké po izovací ceny. Podle p vodu se rozlišují k že hov zí, telecí, kozí, prase í atd. Mezi d ležité vlastnosti tohoto materiálu preferované z hlediska spot ebitele pat í pevnost, odolnost v i vod , od ru a trvanlivost.
K že se v use p em uje rozsáhlým fyzikáln -chemicko-biologickým procesem.
Syntetické usn jsou tvo eny z kompaktní vrstvy polymeru nanesené na podkladovém materiálu. Polymery na bázi polyvinylchloridu pat í mezi jedny z nejpoužívan jších polymer pro výrobu koženek (vinyl ) na autopotahy. Základní vrstva pasty z polyvinylchloridu pokrývá podkladový materiál (tkanina, pletenina, netkaná textile) tenkou vrstvou tak, aby byla zajišt na požadovaná hladkost a uzav ení povrchu. Základní vrstva obsahuje v tší množství zm k ovadel. Polymer se nikdy neaplikuje samostatný. Vždy jde o sm s, která obsahuje barvící p ísady, tepelné a sv telné stabilizátory, zm k ovadla, plniva, antistatické, parfémovací, neho lavé, antifungicidní a další p ísady. [3]
Nejznám jší syntetická use se nazývá Alcantara. Jedná se o vlákenný kompozit vytvo ený z ultrajemných polyesterových vláken zpevn ných vpichováním. Alcantara je svým
povrchem podobná semišové k ži, je prodyšná, ohebná, nema kavá, odolná proti opot ebení a snadno se udržuje. [4]
Tab. 2.2: P ehled vlastností vláken používaných pro autopotahy [2]
Vlhkost[%]
získaná p i 65% RH
Odolnost v i kyselinám
Odolnost v i
zásadám Výhody Nevýhody Hlavní použití
PP 0 dobrá dobrá lehkost obtížná
barvitelnost koberce, NT
PC 2 dobrá špatná odolnost v i
UV, p íjemný omak
nižší odolnost v
od ru
stropní aloun ní
WO 12 a více dobrá nízká pružnost,
komfort nízká
odolnost v i UV
textilie v luxusních automobilech
PL 0,4 dobrá špatná levný, odolný
v od ru a UV nízká
navlhavost potahy, interiér, koberce
PA 4 špatná dobrá
pružnost, absorpce tepla
nízká odolnost
v i UV
airbagy, koberce, dve ní
panely
Slune ní zá ení je elektromagnetické vln ní a jeho zdrojem jsou p em ny energie v atomech a molekulách.Získá-li atom v tší energii (nap . p i vyšší teplot ), m že tuto energii vyzá it v podob elektromagnetického vln ní. Elektromagnetické vln ní je charakterizováno vlnovou délkou, která ur uje jeho fyzikální vlastnosti. Podle vlnové délky (resp. frekvence) elektromagnetického vln ní lze rozlišit n kolik druh elektromagnetického zá ení viz obr.
3.1. Hranice mezi jednotlivými druhy elektromagnetického zá ení není ostrá, p echody jsou plynulé nebo se oblasti jednotlivých druh zá ení i p ekrývají. [5]
Obr. 3.1: Elektromagnetické zá ení - viditelné sv tlo (380 - 760 nm) [5]
Slune ní zá ení (elektromagnetické vln ní) o spektru vlnových délek p ed vstupem do zemské atmosféry p ipomíná spektrum absolutn erného t lesa o povrchové teplot cca 5770 K. Elektromagnetické spektrum se obvykle d lí na t i hlavní ásti, podle kterých se rozlišuje:
• ultrafialové slune ní zá ení – vlnové délky menší než 390 nm, které p ed vstupem do zemské atmosféry tvo í asi 7% energie celkového elektromagnetického slune ního zá ení, jsou ze zna né ásti absorbované atmosférickým ozónem ve stratosfé e
• viditelné slune ní zá ení – s vlnovými délkami od 390 nm do 760 nm vytvá í spektrum barev od fialové po ervenou (tvo í asi 48% energie celkového elektromagnetického slune ního zá ení p ed vstupem do atmosféry)
• infra ervené slune ní zá ení – s vlnovými délkami vyššími než 760 nm p ed vstupem do atmosféry tvo í p ibližn 45% z toku energie slune ního zá ení. [6]
Spektrální složení slune ního zá ení závisí na geografické poloze místa m ení, vzdálenosti od povrchu Zem , ro ní a denní dob , vlhkosti vzduchu, zne išt ní a aktuálním složení atmosféry. Slune ní zá ení p edstavuje základní zdroj energie pro veškeré procesy probíhající v atmosfé e a na zemském povrchu. Je ale také zdrojem škodlivého zá ení, mezi které pat í nap . ultrafialové nebo rentgenové zá ení.
Na zemský povrch dopadá zá ení o vlnové délce p ibližn 300 – 2500 nm a jeho spektrální intenzita je zobrazena na viz obr. 3.2. [7]
Obr. 3.2: Spektrální distribuce slune ního zá ení [7]
Na obr 3.2 je viditelné, že 99 % slune ního zá ení je distribuováno v rozsahu vlnových délek od 280 nm do 2500 nm, p i emž více než 80 % slune ního zá ení se nachází v rozsahu od 280 nm do 1100 nm, které je blízké infra ervené oblasti. Asi 43 % slune ního zá ení se nachází ve spektrální oblasti viditelné ásti spektra a dosahuje maxima v 495 nm p i intenzit zá ení 1,6485 W. m-2. nm-1. [7]
Základní radiometrické veli iny:
Aby bylo možné analyzovat charakteristiky slune ního zá ení, které dopadá na zemský povrch nebo analyzovat zá ení emitované z r zných sv telných zdroj , jsou definovány následující veli iny: [8]
1. Spektrální zá ivý tok – je definován jako vyzá ená energie monochromatického zá ení za as
d dt
dE
e = ⋅
Φ [W/m] (1)
2. Zá ivý tok – je dán sou tem všech spektrálních zá ivých tok od 1po 2
∫
Φ ⋅=
Φ 2
1
e d
e [W] (2)
3. Energie zá ení – energie zá ivého toku je dána jeho asovým ú inkem
∫
Φ ⋅= t e dt Q
0
[J] (3)
4. Intenzita zá ení – je definována množstvím zá ivého toku [W] dopadajícího na jednotku plochy
dS
Ie = dΦe [W/m2] (4)
5. Energie zá ení dopadající na plochu
∫
= t Ie dt E
0
. [J/m2] (5)
Tab. 3.1: Intenzita slune ního zá ení s ohledem na vlnovou délku [7]
Vlnová délka zá ení Integrované slune né zá ení – intenzita 280 nm 400 nm (ultrafialové) 46,10 W.m-2(4.61 %)
400 nm 700 nm (viditelné) 431,11 W.m 2(43.09 %) 700 nm 2500 nm (blízké infra ervené) 515,39 W.m 2(51.52 %) 2500 nm 4000 nm (infra ervené) 7,79 W.m2 (0.78 %) 280 nm 4000 nm (celý interval) 1000,4 W.m 2(100 %)
Významná ást slune ního zá ení, která proniká dovnit vozidla se nachází v blízké oblasti infra ervené ásti spektra. Toto zá ení má za následek nadbyte né vytáp ní prostoru pro cestující. [7]
UV zá ení tvo í sou ást slune ního zá ení a v elektromagnetickém spektru se nachází mezi viditelným sv tlem a rentgenovým zá ením. D lí se na t i skupiny:
• UVA s vlnovými délkami 315 – 400 nm
• UVB s rozsahem 280 – 315 nm
• UVC zá ení s rozsahem vlnových délek 100 – 280 nm
UVA zá ení v malém množství není lov ku nebezpe né, naopak podporuje vznik vitamínu D, sterilizuje, zvyšuje odolnost proti nežádoucím vir m a celkov posiluje metabolismus.
Ve v tších dávkách však vlivem UV zá ení dochází k degenerativním proces m v k ži, což se projeví vznikem skvrn, vrásek a k ehnutím pokožky a m že vést až k rakovin k že. Z textilního pohleduzp sobuje blednutí obarvených textilií a p ed asné stárnutí materiál .
UVB zá ení je nejškodliv jší pro lidské zdraví, z p evážné v tšiny (50 – 60 %) je absorbováno ozónem ve stratosfé e.
UVC zá ení s vlnovými délkami pod 200 nm je nejsiln jší a nejvíce nebezpe né zá ení pro všechny organismy. Toto zá ení je tém celé pohlcené zemskou atmosférou.
Na Zemi dopadá UVA zá ení (90 - 99 %) a malá ást UVB zá ení (1 - 10 %). Jako p irozená ochrana pro UV zá ení slouží ozónová vrstva. Ozón vzniká p sobením UV zá ení, jehož paprsky se st etávají s molekulami kyslíku a rozkládají je na dva atomy. Volné atomy kyslíku reagují s O2a vytvá ejí molekuly ozónu. Velké množství kyslíku v atmosfé e tedy p i této reakci pohlcuje škodlivé UV zá ení.
Mezi zdroje UV zá ení lze nap . uvést t lesa zah átá na vysokou teplotu (Slunce, elektrický oblouk) nebo speciální výbojky napln né párami rtuti (horské slunce). Oby ejné tzv.
sodnovápenaté sklo však toto zá ení pohlcuje, proto se výbojky zhotovují ze skla k emenného. [6]
Infra ervené zá ení zaujímá oblast mezi nejkratšími rádiovými vlnami a viditelným sv tlem 800 – 30 000 nm. V elektromagnetickém zá ení se nachází pod erveným sv tlem, které je nejnižší energetickou složkou viditelného zá ení. Zdrojem IR jsou všechna t lesa zah átá na ur itou teplotu. Infra ervené sv tlo je lidským okem neviditelné a je spat itelné nap . pomocí elektronických detektor citlivých v i dlouhým vlnovým délkám (využívaných zejména p i vojenských a záchranných operacích). Detektory m ní infra ervenou informaci ve viditelné sv tlo, n kdy v r zných barvách a intenzit , které odpovídají prom nlivé teplot objektu. [6]
Zah átá t lesa jsou zdrojem elektromagnetického zá ení. Intenzita zá ení a jeho frekvence obecn závisí na teplot zá ivého t lesa a materiálu, ze kterého je t leso vyrobeno. Absolutn
erné t leso je ideální objekt, který absorbuje veškeré elektromagnetické zá ení, které na n j dopadne.
Nedochází k žádnému odrazu zá ení, tak že se za nízké teploty t leso jeví jako dokonale erné (nap . erná dutina, jejíž vnit ní povrch tvo í matná erná plocha). Pronikne-li otvorem elektromagnetické zá ení, p i opakovaných odrazech od st n dutiny se veškerá energie zá ení pohltí. Obecn je možné za erné t leso považovat všechna t lesa, která mají výrazn v tší objem než povrch, kterým zá ení vyza ují do okolí. Proto lze za absolutn
erné t leso považovat nap . i Slunce. [9]
P i ur ité teplot vyza uje erné t leso do okolí elektromagnetické vln ní r zných vlnových délek. Tato vln ní ale nemají stejnou intenzitu.
Obr. 3.3: Planck v zákon pro zá ení erného t lesa [9]
Na obr. 3.3 je znázorn n graf funkce H = ( ,T), který znázor uje r znou intenzitu elektromagnetického zá ení v závislosti na vlnové délce. Veli ina H se nazývá spektrální hustota intenzity vyza ování (nebo také intenzita zá ení) a ur uje, jaká ást celkové energie vyzá ené zdrojem p ísluší zá ení o vlnové délce p i teplot zdroje T. P i dané teplot vyza uje t leso zá ení všech vlnových délek, p itom se ale jedná o zá ení s r znou intenzitou.
Dále je z obr. 3.3 patrné, že p i vyšší teplot je celková vyzá ená energie v tší, (zv tšuje se plocha omezená grafem funkce H = ( ,T)), p i emž nejv tší hodnota funkce H se posouvá ke kratším vlnovým délkám. Vrcholy k ivek leží na ásti rovnoosé hyperboly, což vypovídá o tom, že vlnová délka max odpovídá zá ení s nejv tší intenzitou a je nep ímo úm rná termodynamické teplot erného t lesa. [9]
Tuto závislost objevil na konci 19. století rakouský fyzik W. Wien (Wien v zákon posunu):
T
= b (6)
kde je:
b… konstanta b = 2,9.10-3mK
Základní klasické úvahy vychází z tvrzení, že by se podíl energie p ipadající na kratší vlnovou délku m l stále zv tšovat. To je ovšem v rozporu s experimentálním zjišt ním, že p i << max erné t leso prakticky nevyza uje. K tomuto záv ru dosp li angli tí fyzikové Rayleigh a J. H. Jeans a tento rozpor se skute ným pr b hem funkce se ozna uje jako tzv.
„ultrafialová katastrofa“.
Vlastnosti zá ení erného t lesa se poda ilo objasnit až na za átku 20. století M. Planckovi, který zavedl p edpoklad z hlediska klasické fyziky nepochopitelný. Podle Planckovy teorie vyslovené v roce 1900 nevyza uje erné t leso svoji energii spojit , ale po ur itých kvantech.
Zá ení o frekvenci m že být vyza ováno nebo pohlcováno jen po kvantech energie o velikosti, která odpovídá vztahu (7).
Energie elektromagnetického zá ení je vyza ována nebo pohlcována je po celistvých kvantech energie E. Na základ tohoto p edpokladu Planck odvodil zákon: [9, 10]
1 2
2 2 0
−
⋅
=
kT v h
e h E c
(7) kde je:
k… Boltzmanova konstanta k=1,380662.10-23J.K-1
…frekvence [s-1]
T… termodynamická teplota [K]
Souhrn všech dlouhodobých nevratných zm n vlastností polymer se nazývá stárnutí.
Stárnutí zahrnuje dlouhodobé zm ny vyvolané všemi vlivy p sobícími na polymery p i jejich používání nebo skladování. Nejvýznamn jší jsou vlivy pov trnosti, prost edí, tepla, ioniza ního zá ení, vlivy mechanické a elektrické. Stárnutí je souhrn všech zm n, které v polymeru probíhají, a jde o reakce spojené se zm nami chemické struktury nebo o nevratné fyzikální zm ny. Chemické zm ny mohou vést k odbourávání i ke zv tšování makromolekul ke zm nám doprovodných látek (zm k ovadel, aditiv atd.). Mezi fyzikální a fyzikáln chemické pochody pat í zm ny krystalické struktury, ztráty podíl (zm k ovadel, stabilizátor ) odpa ení i migrací. Všechny tyto zm ny vedou ke zhoršení užitných vlastností polymer .
Stárnutí m že být hodnoceno z hlediska prost edí a z hlediska doby stárnutí podle toho, za jakých podmínek probíhá. Z hlediska prost edí se rozpoznává stárnutí v definovaném prost edí a stárnutí v prom nlivých podmínkách (nej ast ji za p ímého vystavení pov trnosti). Z hlediska doby stárnutí lze rozlišit p irozené stárnutí a stárnutí urychlené, jehož v tší rychlosti se dosahuje intenzívn jším p sobením n kterého z hlavních faktor vyvolávajících stárnutí.
Pov trnost je komplexním ozna ením souhrnu mnoha faktor , nap . slune ního sv tla, kyslíku, ozonu, st ídání teplot, vlhkosti a vodních srážek, v tru a atmosférických ne istot.
[32]
Následkem absorpce sv telné energie zejména jeho ultrafialové složky dochází u polymer k fotodegradaci. Každý foton dopadajícího slune ního zá ení obsahuje energii, která je definována Planckovým vyza ovacím zákonem viz kapitola 3.3.
Obsah energie fotonu je p ímo závislý na odpovídající frekvenci sv telné vlny. Energii vazeb mezi jednotlivými atomy lze definovat jako teplo spojené s tvorbou molekuly. Podle energetického ekvivalentu vyplývá, že krátkovlnné zá ení svou energií p evyšuje v tšinu vazebných energií atomových seskupení, která se vyskytují v hlavním et zci p írodních i syntetických vláken. Absorbuje-li vlákno množství zá ení nap íklad o vlnové délce 300 nm, to se rovná p ibližn energii 370 kJ.mol-1, je toto množství energie dostate né k p etržení vazby −C −C−, jejíž vazebná energie iní p ibližn 347 kJ.mol-1. Další hodnoty energií n kterých vazeb jsou uvedeny v tab. 4.1. [11], [31]
Tab. 4.1: Energie vybraných vazeb [31]
V tšina polymer podléhá vlivem UV zá ení chemickým reakcím, nebo obsahuje chromoformní skupiny (jako pravidelné sou ásti struktury nebo ne istoty), schopné absorbovat toto zá ení. Tak nap . skupina C=O absorbuje zá ení o vlnových délkách 270 až 360 nm, aromatické kruhy až do délek 350 nm, izolované vazby C=C pod 200 až 250 nm.
P i absorbování UV zá ení uvedenými skupinami dochází k pohlcení energie, která se spot ebovává na p echod makromolekuly do nestabilního excitovaného stavu (vyšší energetický stav). ástice v excitovaném stavu se m že zbavit p ebytku energie n kolika zp soby:
1. m že energii p edat jiné molekule p i srážce,
2. m že se postupn vrátit na p vodní energetickou hladinu reemitací p ebytku energie v oblasti delších vlnových délek (viditelné sv tlo nebo teplo). To se projeví fluorescencí, fosforescencí nebo tepelnou zm nou,
3. m že dojít k molekulovému p esmyku a zbytek energie se uvolní jako teplo, 4. m že vyvolat zm ny vibra ních stav elektron , atom a molekul,
5. m že dojít k roztržení vazby. [32]
Energie absorbovaného zá ení závisí na vlnové délce. P i vlnové délce 300 nm iní 400 kJ.mol-1, p i 350 nm 350 kJ.mol-1a p i 400 nm 300 kJ.mol-1, což posta uje ke št pení mnohých vazeb v polymerech na radikály, které iniciují další et zovou reakci. Absorbovaná energie nemusí bezpodmíne n vyvolat reakci v míst , kde byla absorbována, ale m že být vedena podél et zce a tam napadnout slabší místa. Tak dochází nap . ke št pení etherových vazeb, i když ony samy neabsorbují energii UV zá ení.
Sv telné zá ení je složeno z foton – jeden absorbovaný foton vyvolává aktivaci pouze jedné molekuly, tzn., že po et aktivovaných molekul N, které vzniknou absorpcí zá ení o energii E, lze vyjád it vztahem: [33]
= . [-] (8)
kde je:
E … energie [J.mol-1] … frekvence [s-1]
h … Planckova konstanta, h = 6,626176.10-34J.s,
ze kterého vyplývá vztah pro výpo et energie E v závislosti na vlnové délce zá ení
[J/mol] (9)
kde je:
NA … Avogadrova konstanta, NA = 6,022 141 79.1023mol 1 c … rychlost sv tla ve vakuu, c = 2,9979245.108 m.s-1
… vlnová délka [m]; [nm]
Degrada ní teorie má dosud problémy s vysv tlením n kterých jev . Nap . práv ty polymery, které neobsahují struktury absorbující v aktivní oblasti zá ení (PP, PE, PVC), pat í k nejmén stálým na sv tle, zatímco jiné, siln absorbující polymery (PET) jsou pom rn sv tlostálé. Popisovaný rozpor m že být zp sobený p ítomností asto jen velmi nepatrného množství skupin cizích látek absorbujících UV zá ení. [32]
UV zá ení na polymery p sobí v tšinou v atmosfé e, ve které je obsažen kyslík (exteriéru i v interiéru). Sou asné p sobení t chto dvou faktor výrazn urychluje degradaci polymer o proti p sobení samotného UV zá ení nebo samotného kyslíku. Kyslík je polymery absorbován rychleji p i p sobení sv telného zá ení. Sv telné zá ení výrazn urychluje vznik radikál , které pak podléhají oxida ním reakcím.
Atmosférický kyslík a n kdy i vlhkost p ispívají asto k reakci snížením hladiny energie pot ebné pro vznik iniciace. Obvykle p i fotolytických procesech ú inkem dodání energie vznikají z makromolekul radikály, se kterými kyslík snadno reaguje za vzniku peroxyradikál . Vytvá ení degrada ních produkt (jako skupin C=O, C=C, -OH a -OOH)
vzr stá absorpce UV zá ení a tím se urychluje degradace. P i oxidaci polymer dochází ke št pení makromolekul (tedy k poklesu relativní molekulové hmotnosti).
Makromolekuly s nasycenými a nerozv tvenými et zci jsou v i oxidaci odolné, rychlost jejich oxidace je velmi malá. Naopak makromolekuly, které obsahující dvojné vazby, jsou oxidaci málo odolné a jejich odolnost v i oxidaci klesá s rostoucím obsahem dvojných vazeb v makromolekule. [32, 33]
Jsou-li polymery vystaveny p sobení vysokých teplot (nad 100 °C) v atmosfé e obsahující kyslík, podléhají termooxidaci. Vysoké teploty p sobí jako katalyzátor oxida ních reakcí, významn urychlují vznik radikál , které dále reagují s kyslíkem. Krom zm ny relativní molekulové hmotnosti p i termooxidaci se m ní i jejich mechanické a chemické vlastnosti.
P i termooxidaci se vytvá ejí funk ní skupiny obsahující kyslík – karbonylová skupina, která absorbuje UV zá ení a urychluje tak jejich poškození. [33]
Kombinovaným ú inkem kyslíku a UV zá ení, dochází k fotooxidaci kolagenové makromolekuly radikálovým mechanizmem, v d sledku ehož m že dojít nejprve k sí ování a posléze št pení kolagenu. Kolagenové materiály jsou ze své podstaty velmi porézní a absorbující materiály, které snadno pohlcují agresivní chemické látky z ovzduší do své struktury. Samotná teplota nemá na kolagenové materiály významné degrada ní ú inky.
Pokud jsou kolagenové materiály vystaveny pouze suchému teplu, dokáží odolat i extrémn vysokým teplotám. B hem nich dochází nejprve k vypa ování vody z mezivláknitých prostor kolagenové struktury, tedy k její dehydrataci. Vlákna se nejprve zploš ují, dosedají více na sebe, což vede ke snížení pohyblivosti kolagenových vláken. Navenek se tak stávají kolagenové materiály k eh í a náchyln jší k mechanickému poškození.
P i dlouhodobém vystavení extrémn vysokým teplotám, se m že ale ze struktury usn uvolnit také chemicky vázaná voda, která je sou ástí vyšších strukturálních útvar kolagenu (tj. fibril, vláken a svazk vláken) a odpovídá za fyzikální vlastnosti kolagenových materiál . Její ztrátou dochází ke zhroucení stability struktury kolagenu v usni, což má za následek další výrazný pokles všech mechanických vlastností.
Nejvýznamn jším degrada ním faktorem kolagenových materiál je ú inek vysoké teploty v kombinaci s vlhkostí. P i p ekro ení ur ité teploty, tzv. teploty sražení kolagenových materiál , m že dojít sou asným p sobením zvýšené teploty a vlhkosti k nevratnému
hydrotermálnímu sražení kolagenových vláken usní. Navenek se toto poškození projeví rozm rovými zm nami, snížením mechanických vlastností. [34]
N které polymery jsou samy o sob dlouhodob stálé v pov trnosti. V tšina polymer vyžaduje p ídavek stabilizátor . Stabilizace proti UV zá ení probíhá r znými mechanismy.
K polymeru se p idají pigmenty nebo plniva nepropustná pro UV zá ení, které je odrážejí d íve, než hloub ji pronikne do polymeru. Tento zp sob stabilizace je obvyklý u nát rových hmot. Nejobvyklejším prost edkem je rutilová titanová b loba. [32]
N které ástice zna n absorbují slune ní zá ení škodlivých vlnových délek. Nejú inn jší jsou saze, jejichž absorp ní spektrum však zasahuje i viditelné zá ení (saze lze aplikovat pouze u erných produkt ). Stabilita polymer proti UV zá ení stoupá s koncentrací sazí asi až do 2 %, obsah více než 5 % m že zhoršovat mechanické vlastnosti.
Nejlepším bílým anorganickým absorbérem UV zá ení je oxid zine natý, který je vysoce ú inný od 240 nm až od viditelné oblasti spektra.
Jako další UV stabilizátory, které absorbují UV zá ení v oblasti nad 290nm mohou být použity deriváty hydroxybenzofenolu, estery kyseliny salycilové. Stabilizátory, které siln absorbují UV zá ení a p em ují je v neškodné zá ení o nižší hladin energie d íve, než by mohlo atakovat polymer. [32]
Polymery, které mají nízkou odolnost proti pov trnosti, se zpravidla stabilizují kombinací sv telných stabilizátor a antioxidant , n kdy i tepelných stabilizátor . Jestliže tato sm s svojí ú inností p evyšuje p edpokládanou hodnotu aditivní ú innost, nazývá se tento efekt synergický ú inek. Nap . kombinace sazí a n kterého antioxidantu. [32]
Sv tlostálost textilií je definována jako odolnost vybarvení v i sv telnému zá ení.
Sv tlostálost by m la být analyzována prakticky u všech textilních produkt , protože
textilních materiál . Zkoušky sv tlostálosti pat í zejména v oblasti automobilového pr myslu mezi nejd ležit jší, ale zárove mezi nejobtížn ji realizovatelné zejména z hlediska simulace slune ního zá ení, nebo jeho intenzita se m ní v závislosti na zem pisné ší ce a denní dob . Prom nlivost po así a množství obla nosti mají vliv na intenzitu ultrafialové zá ení.
Ultrafialové zá ení je charakteristické kratšími vlnovými délkami (100 – 390 nm), které s sebou p ináší vyšší množství energie a zá ení se tak stává destruktivním nejen pro textilních materiály. Toto tvrzení je možné odvodit z následujících vztah .
Vztah mezi energií a frekvencí foton je dán Planckovým vyza ovacím zákonem: [10]
⋅
= h
E (10)
kde je:
E … energie [J]
… frekvence [s-1]
h … Planckova konstanta, h = 6,626176.10-34J.s
Velikost frekvence fotonu konkrétního elektromagnetického vln ní lze ur it na základ následujícího vztahu:
= c (11)
kde je:
c … rychlost sv tla ve vakuu, c = 2,9979245.108 m.s-1 … vlnová délka [m]; [nm]
Pro vyjád ení vztahu mezi hmotností fotonu a energií lze použít Einstein v vztah:
E = m.c2
(12) kde je:
m … hmotnost fotonu, která p ísluší sv tlu o ur ité frekvenci a po dosazení rovnice (12) do rovnice (10) se získá následující:
c h c
m h
= ⋅
= ⋅2 (13)
Z tohoto vztahu vyplývá, že sv tlo, resp. vyza ované fotony mají tím vyšší energii a hmotnost, ím kratší mají vlnovou délku. [10]
P i hodnocení sv tlostálosti jsou vzorky vystaveny um lému osv tlení, které je emitováno ze zdroj , jejichž spektrální charakteristiky se nejvíce podobají slune nímu zá ení. Zdroje vykazují mnohem vyšší intenzitu zá ení, která je ur ena k urychlení degradace.
Slune né zá ení se podílí na vytvá ení degrada ních podmínek, kterým podléhají veškeré materiály nacházející se uvnit vozu. Odolnost materiálu resp. makromolekulárních látek v i p sobení sv tla je významným faktorem, který ovliv uje jeho použitelnost.
Auto i C. Neacsu, a další [13] se ve svém lánku zabývají vlivem slune ního zá ení na vnit ní teplotu v interiéru automobilu.
Jejich experiment byl zrealizován 24. 7. 2009 v Bukurešti s cílem vyhodnotit teplotu uvnit vozu ve dvou r zných asových intervalech (9:00 - 10:00 a 12:00 - 13:00 ) s použitím a bez použití klimatiza ního systému. Experiment probíhal na dálnici z Pitesti do Bukurešti ve vozidle, jehož rychlost inila 120 km/h. Vnit ní teplota byla m ena v úrovni oblasti hlavy pomocí termo lánku. V obou p ípadech aktivování klimatiza ního systému byly nastaveny shodné parametry (teplota vzduchu a pr tok vzduchu). Venkovní teplota a vlhkost vzduchu (viz tab. 4.2) byla m ena na za átku a na konci každého testu. [13]
Tab. 4.2: Venkovní teplota a vlhkost v dob provedení experimentu [13]
as Teplota [ C] Relativní vlhkost [%]
9:00 30 31
10:00 31 31
12:00 32 28
13:00 33 26
Obr. 4.1: Teplota vzduchu v interiéru automobilu, zm ena v asovém intervalu od 12:00 do 13:00 (Rumunsko – Bukureš ) [13]
Na základ výsledk lze zpozorovat tém 50% pokles vnit ní teploty v p ípadech, kdy byla aktivována klimatizace (viz tab. 4.3).
Tab. 4.3: Hodnoty maximálních a pr m rných teplot m ených na r zných místech v automobilu po uplynutí 1hod [13]
Hodnoty
uvedeny v [ C] 9:00 – 10:00 12:00 – 13:00
bez klimatizace s klimatizací bez klimatizace s klimatizací
Tmax Tpr m. Tmax Tpr m, Tmax Tpr m, Tmax Tpr m,
palubní deska 70 53,6 58 40,4 73 61,1 59,7 46
levá seda ka 71,4 49,2 57 34 68,9 43,3 52 25,8
pravá seda ka 72,9 54,6 58,2 39,2 74,7 57,5 58,1 40,6
zadní seda ka 60,8 41,9 45,8 24,4 75,8 50,5 58,2 25
29 26,3 25,8 24,6 23,7 23,4 23,2 23 22,9 22,8 22,8 22,6 22,6 29
34,1
37,2 39,4 40,8 42 42,9 43,8 44,2 44,7 45 45,7 46
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65
teplota [C]
as [min]
s klimatizací bez klimatizace
Obr. 4.2: Rozložení teploty v interiéru po uplynutí 1hod v dob od 9:00 do 10:00; obr. vlevo s použitím klimatizace, obr. vpravo bez klimatizace [13]
Obr. 4.3: Rozložení teploty v interiéru po uplynutí 1hod v dob od 12:00 do 13:00; obr. vlevo s použitím klimatizace, obr. vpravo bez klimatizace [13]
Vlastnosti všech výše zmín ných druh autopotah se b hem svého používání m ní. Tento fakt je zap í in ný p sobením zejména vn jších klimatických podmínek a dalších vliv . Obecn lze konstatovat, že po uplynutí ur ité doby, které byly specifické pro jistý druh materiálu, degradují. V prvé ad dochází ke zm nám v oblasti sv tlostálosti materiálu, kdy dochází k blednutí i ztrát lesku. Prodlouženou expozicí dochází ke zm nám v molekulární struktu e spojenou nap . se zhoršením mechanických vlastností. Problematika stárnutí a hodnocení sv tlostálostí se netýká pouze textilního odv tví, ale je velmi d ležitá i pro ostatní odv tví nap . plastiká ského, farmaceutického, potraviná ského pr myslu, výroby barev a lak , biologie a medicíny.
Požadavky kladené na vlastnosti, vzhled a trvanlivost materiál i komponent v automobilovém pr myslu v posledních letech významn vzrostly. [14]
Zp soby jakými lze objektivn analyzovat stárnutí materiál jsou ve své podstat dva:
Obr. 5.1: Rozd lení metod hodnocení sv tlostálosti podle prost edí testování
První a z teoretického pohledu jednodušší variantou je vystavení materiál ú ink m reálným klimatickým podmínkám v kombinaci se slune ním zá ením nap . v oblasti USA. Jedná se o velmi asov náro ný proces, kdy nap . odbarvení, praskání nebo delaminaci materiálu lze zpozorovat po 2, 5, 10 nebo až 20 letech.
Druhou možností testování degradace a sv tlostálostí materiálu je za pomoci zrychleného p sobení um le vytvo ených klimatických podmínek. Um lé klimatické podmínky by m ly být ve vzájemné korelaci s podmínkami p irozenými. Toto tvrzení je ale obtížn stanovitelné, protože vyšší požadavky na rychlejší pr b h stárnutí zp sobí oddálení se od p írodních podmínek
klimatickýchvliv podmínek
testy ve venkovním prost edí v reálném ase
materiály komponenty celé vozy
testy v laboratorních podm. , zrychlené
klimatické testy
materiály komponenty
Výb r zkušební metody je velmi d ležitý, nebo ovliv uje korelaci laboratorních výsledk s výsledky z venkovního prost edí a tudíž závisí na mnoha faktorech: druh materiálu, vlastnosti vybrané pro hodnocení a v neposlední ad aktuální podmínky b hem laboratorní nebo reálné expozice. [15]
Zkoušky v pov trnosti lze provád t p i každém kroku v procesu vývoje a výroby. Vývoj nových materiál , nap . vývoj interiérových plast nebo modifikovaných nát rových systém vyžadují adu testování. A také prototypy vozidel nebo jejich sou ásti podstupují testování v i pov trnostním podmínkám s cílem získat poznatky o interakci p sobení slune ního zá ení, teploty a vlhkosti. [14]
P i stárnutí se zkušební vzorek v d sledku absorpce sv tla zah ívá a vzr stající teplota s vlivem vlhkosti za íná zp sobovat postupnou degradaci materiálu. Testované vzorky mohou být také vystaveny cyklickému namáhání - st ídavému p sobení vlhkosti a osvitu.
Ov ování procesu stárnutí je p ínosné z t chto d vod :
• umož uje p edpov d t životnost materiál
• sledování kvality výroby
• to vše bez nutnosti ekaní na d sledky degradace v podmínkách p irozené expozice
Jak již bylo zmín no sv tlostálost a degrada ní procesy materiálu je možné hodnotit dv ma zp soby. Jednou z možností jak tuto problematiku sledovat je simulovat podmínky, které se na degradaci materiálu podílejí. K vytvo ení um lých klimatických podmínek se používají speciální testovací za ízení - komory, které emitují vyšší úrove zá ení než je energie denního sv tla a tím dochází ke zkrácení doby expozice ve srovnání s testy provád nými v reálných podmínkách (více v kapitole 5.2). Testovací komory umož ují simulovat r zné varianty klimatických podmínek, ve své podstat se jedná o dv hlavní skupiny:
• simulace expozice za 3 mm sklem, tzv. vnit ní klimatické podmínky
• simulace denního slune ního zá ení, tzv. vn jší klimatické podmínky
Zm na na zvolené podmínky se provádí použitím sklen ných filtr s r znou spektrální propustností. [17]
Hodnocení sv tlostálosti v um le vytvo ených podmínkách lze provád t podle pom rn velkého množství norem, které závisí jednak na míst vzniku a také na oblasti p sobnosti.
Krom mezinárodních ISO norem existuje také ada norem národních, pr myslových a interních (podnikových). Jen v oblasti automobilového pr myslu jsou nejznám jší
organizace jako FAKRA (SRN) nebo SAE (USA), které se podepsaly za celou škálu odborných standard , které byly následn p evzaty za normy národní nebo i mezinárodní.
Zárove ást podnikových norem erpá t eba jen s drobnými úpravami z norem národních nebo mezinárodních. Jedná se o podnikové normy firem jako je VW, Ford Motor Co., GM, Peugeot, ale i v oblasti textilního pr myslu lze nalézt zástupce nap . Marks and Spencer.
V následujícím p ehledu jsou uvedeny nejvýznamn jší zástupci výše zmi ovaných norem.
[14]
1. Mezinárodní ISO normy [16], [17], [25]
• ISO 105-B02 Textilie - Zkoušky stálobarevnosti - ást B02: Stálobarevnost na um lém sv tle: zkouška s xenonovou výbojkou
• ISO 105-B04 Textilie - Zkoušky stálobarevnosti - ást B04: Stálobarevnost v um lé pov trnosti: zkouška s xenonovou výbojkou
• ISO 105-B06 Textilie - Zkoušky stálobarevnosti - ást B06: Stálobarevnost a stárnutí na um lém sv tle p i vysoké teplot : zkouška s xenonovou výbojkou 2. Národní normy
SN, DIN, ASTM
3. Pr myslové normy pro automobilový pr mysl
a. FAKRA – Facharbeitskreis Automobil a VDA – Verband der
Automobilindustrie, organizace složené z odborných tým automobilového pr myslu v SRN a jejich dodavatel za ízení, kte í stanovily následující standard
• VDA 75202 (postup A a B): Determination of colour fastness of interior materials in motor vehicles, xenon arc lamp test
b. SAE – Society of Automotive Enginners, spole nost, která vydává standardy pro automobilový pr myslu v USA
• SAE J1885: Accelerated Exposure of Automotive Interior Trim Components Using a Controlled Irradiance Water Cooled Xenon-Arc Apparatus
4. Podnikové normy - normy spadající pod koncern VW s ozna ením PV
• PV 1303 Nekovové materiály: Expozi ní testy sv tlostálosti interiérových prostor a komponent
• PV 3929 Nekovové materiály: Zkoušky um lého stárnutí – suché klima
• PV 3930 Nekovové materiály: Zkoušky um lého stárnutí – vlhké klima
V odborném lánku, jehož autorem je A. Riedl ze spole nosti ATLAS uvádí ucelenou strukturu stávajících zkušebních metod hodnocení sv tlostálosti a vlivu klimatických podmínek a upozor uje na rozdíly a podobnosti t chto metod. Jako v tšina automobilových spole ností zakládají své firmy specifikace na n kolika mezinárodních a národních standardech. lánek se zam uje na tyto základní zkušební metody.
V tab. 5.1 jsou vybrány nejd ležit jší testy provád né v laborato i a p i venkovních klimatických podmínkách. Metody jsou rozd leny podle aplikace na sekce: materiály, sou ásti a celé automobily. Dále jsou roz len ny podle jejich použití v interiéru a exteriéru vozidla. V tab. 5.2 jsou uvedeny nejd ležit jší standardy používané v automobilovém pr myslu krom individuálních firemních specifikací. Tab. 5.2 obsahuje stejnou strukturu jako následující tab. 5.1. [14]
Tab. 5.1: Metody hodnocení pov trnosti používané v automobilovém pr myslu [14]
Využití test Laboratorní testy Testy v p írodních podmínkách Materiály Interiéry •horké sv tlo s xenonem
•xenon s normálním E
•xenon s vysokým E
•pod sklem, staticky nebo se sledováním slune ního paprsku
•EMMA, pod sklem
•otev ená nebo uzav ená komora, možnost oh evu
• erná komora pod sklem
Exteriéry •Xenon s normálním E
•Xenon s vysokým E
•Fluorescentní/ UV test
•Otev ený stojan se vzorky, s krytem nebo bez krytu
•EMMA
•EMMAQUA
• erná komora
Komponenty polotovary
Interiéry •Za ízení simulující slune ní svit s halogenidovou výbojkou
•velké sv telné za ízení s xenonovou výbojkou
•Pod sklem, staticky nebo se sledováním slune ního paprsku
•CTH Glas Trac
•otev ená nebo uzav ená komora, možnost oh evu
•IP/DP Box, s nebo bez sledování slune ního paprsku
• erná komora pod sklem
Exteriéry •Za ízení simulující slune ní svit s halogenidovou výbojkou
•velké sv telné za ízení s xenonovou výbojkou
•Otev ený stojan se vzorky, s nebo bez krytu
• erná komora
Automobily •Simulace slune ního zá ení a klima
komora •Florida, Arizona, Jacksonville, atd.
•staticky nebo dynamicky (nap . na spec. oto ném stole)
•dv léta ro n
Tab. 5.2: Mezinárodn a celostátn uznávané standardy používané v automobilovém pr myslu [14]
Využití test Laboratorní testy Testy v p írodních podmínkách Materiály Interiéry •ISO 105-B06
•ISO 4892-2
•VDA 75202
•SAE J1885, SAE J2412
•JASO M346
•ISO 877
•ISO 2810
•SAE J2229
•SAE J2230
•ASTM G24
Exteriéry •ISO 11341
•ISO 4892-2
•ISO 11507
•ISO 4892-3
•VDA 621-430
•SAE J1960, SAE J2527
•SAE J2020
•JASO M351
•ISO 3917
•ISO 877
•ISO 2810
•SAE J951
•SAE J1961
•SAE J1976
•ASTM G7
•ASTM G90
Komponenty,
polotovary Interiéry •DIN 75220
•ISO 4892-2
•SAE J2229
•SAE J2230
•ISO 877
•ASTM G24
Exteriéry •DIN 75220
•ISO 4892-2
•ASTM G7
Automobily •DIN 75220
•Specifikace konkrétní automobilové spole nosti
•SAE J951
•Specifikace konkrétní automobilové spole nosti
D ležitým faktorem, jenž ovliv uje výsledky test simulujícího stárnutí, je zdroj sv telného zá ení. V sou asnosti jsou v automobilovém pr myslu všechny laboratorní testy provád ny s použitím xenonové nebo halogenové výbojky. Tyto zdroje zá ení se ukázaly jako nejvhodn jší pro simulaci denního sv tla, což je dané podobností jejich spektrálních charakteristik s denním sv tlem, viz obr. 5.1. Použitím r zných filtr je možné získat r zné spektrální charakteristiky. Zna né redukce zá ení použitím filtr se nej ast ji provád jí v UV ásti spektra, kdy se snižuje vysoká úrove zá ení. [18]
Obr. 5.2: Spektrální charakteristiky r zných zdroj zá ení [19]
Odlišnosti v konstrukci za ízení ur ených pro laboratorní analýzu:
r zné sv telné zdroje, nap . xenonové, halogenové, fluorescen ní nebo uhlíkové výbojky r zné geometrie, nap . vzorky jsou umíst ny na stojanu rotujícím kolem sv telného zdroje nebo jsou vzorky položeny ve statické rovin zkušební plochy, r zné rozm ry za ízení a velikosti prostoru pro uložení vzork [18]
Obr. 5.3: Komora se statickou zkušební rovinou [19] Obr. 5.4: Stojan se vzorky rotující kolem sv telného zdroje [19]
Hodnocení sv tlostálosti p sobením vysokých teplot je založeno na kombinaci teploty a zá ení emitovaným xenonovou výbojkou. Jak vysokou hodnotu si v bec p edstavit pod pojmem „vysoká teplota“? "Normální" teplota erného t lesa – BST se v následujících standardech pohybuje kolem hodnot:
• ISO 105-B02 je teplota BST maximáln 50 ° C
• ISO 4892-2 je teplota BST maximáln 55 ° C
Nicmén v horkých letních dnech nam ené povrchové teploty v interiéru vozu dosahují výrazn vyšších teplot.
Nejb žn jší hodnotou BST používanou v hodnocení sv tlostálosti za p sobení vysokých teplot je 100 °C. Nap . standardy ur ené pro evropský automobilový pr mysl VDA 75202, ISO 105-B06 s touto teplotou pracují. Nejp ísn jší požadavky má stanoven Opel, kdy hodnota BST dosahuje 115 ° C dle GME 60292 Metoda 1. V Japonsku a v USA teplota erného panelového teplom ru – BPT iní 89 ° C a je obecn uplatn na v JASO M346, SAE J1885, SAE J2412.
Tab. 5.3 obsahuje souhrn metod hodnocení sv tlostálosti se azených podle vzr stající teploty. Jisté pochyby vznikají s uplatn ním temné fáze p i testování materiál , které se nacházejí v interiéru vozu. Podle standardu SAE J1885 americký automobilový pr mysl vyžaduje b hem testování st ídání cykl sv tlo / tma. Naproti tomu v tšina evropských výrobc automobil up ednost uje kontinuální pr b h expozice. [14]
Dále materiálové složení podkladu, který je umíst ný pod testovanými vzorky, je asto zdrojem chyb, které p i hodnocení sv tlostálosti vznikají, jelikož podkladový materiál výrazn ovliv uje kone né výsledky testu. Stávající normy a firemní podklady jednotn neupravují tuto problematiku nebo se jí nezabývají v bec. P i porovnání výsledk by m l být zvolený podklad (kov, karton, netkané textilie) p edem dohodnut a definován. [14]
Tab. 5.3: Základní standardy hodnocení sv tlostálosti [14]
Standard BST [°C]
BPT [ C]
CHT [°C]
Temná fáze
Filtra ní systém
E [W/m2] RH [%]
zem
ISO 11341
nízká T 55 50 38 ne denní sv tlo 60-180 40-60 SRN
VDA 621-429
metoda 8.1 55 36-41 ne denní sv tlo 45 60 SRN
VDA 621-429
metoda 8.2 55 36 ne denní sv tlo 80 60 SRN
ISO 11341
normal 65 63 38 ne denní sv tlo 60-180 40-60 SRN
