Na wstępie warto przytoczyć pewną historię z przeszłości. Miami było w początkach bumu motoryzacyjnego miejscem przeładunku i dystrybucji samochodów na całe USA. Często auta całymi miesiącami stały 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. Głównymi siłami atmosferycznymi mogącymi spowodować degradację materiału są: słońce, wysoka temperatura oraz wilgoć. Najważniejszym regionem, w którym przeprowadza się naturalne subtropikalne testy klimatyczne, 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 średnia wilgotność powietrza w ciągu roku – to wymagające warunki dla każdej lakierowanej powierzchni. 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 w warunkach atmosferycznych panujących w naszej szerokości geograficznej. Ekspozycje w subtropikalnym klimacie południowej Florydy po raz pierwszy zostały przeprowadzone w 1920 roku. Zapoczątkowały je rosnące obawy przedstawicieli przemysłu motoryzacyjnego o jakość i trwałość swoich produktów.

Co szkodzi bardziej – wilgoć czy temperatura?

Nie można stwierdzić, które czynniki wpłyną na korozję materiału w największym stopniu, ponieważ różne rodzaje promieniowania słonecznego, różne 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: promieniowanie 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, w tym także na kolor lakieru. Temperatura, zarówno wysoka jak i niska, ma wpływ na naprężenia materiału, a w konsekwencji – zmieniając kształt powłoki, może powodować jej pęknięcia. Deszcz zmywający okresowo brud i zanieczyszczenia z powierzchni lakieru, jest zarazem czynnikiem, który po dłuższym czasie przyśpiesza korozję. Krople 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 test Floryda?

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. Najważniejsze w teście są technika montażu i ekspozycji oraz kąt ustawienia badanego produktu. Ma to znaczący wpływ na każdy krytyczny parametr testu, taki jak dawkowanie energii słonecznej, temperatura próbek czy wilgotność 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 5° otrzyma więcej energii niż ta skierowana pod kątem 45°. Zimą, kiedy słońce nie jest wysoko w zenicie, jest na odwrót – większą energię otrzyma przedmiot ustawiony pod kątem 45°. W motoryzacji wykorzystuje się najczęściej kąt 5°, ponieważ takie nachylenie pozwala spłynąć wodzie oraz otrzymać większe promieniowanie w ciągu roku, zwłaszcza latem, kiedy efekty są wzmacniane przez temperaturę. Wielkość kąta ma również wpływ na szybkość nagrzewania oraz chłodzenia badanej próbki. Wpływa również na czas, przez jaki próbka jest mokra od rosy czy deszczu. Ekspozycja pod odpowiednim kątem wpływa bezpośrednio na wiarygodność wyników testów. Od kwietnia do sierpnia stosuje się kąt 5°, we wrześniu – 25°, od października do lutego – 45°, a w marcu – 25°. 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 ekspozycję bezpośrednią, co oznacza, że powierzchnia próbki wystawiona jest na działanie promieni słonecznych – bez żadnej osłony czy 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 odbytych w warunkach naturalnych oraz w laboratoriach. Z porównania jasno wynika, że o ile uzyskiwanie promieniowania UV o określonym widmie było podobne, o tyle inne parametry znacząco się różniły. 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, ponieważ 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 próbek w naszym laboratorium w Miami.