Was ist UV-Strahlung?
UV-Strahlung ist eine Art von elektromagnetischer Energie, die wir nicht sehen können. Ihr Frequenzbereich liegt zwischen sichtbarem Licht und Röntgenstrahlen. Auf der Grundlage der Frequenz wird sie in drei Gruppen unterteilt: UVA, UVB und UVC. UVB und UVC sind für Kunststoffe und die Haut am schädlichsten.
UV-Energie stammt meist von der Sonne, aber auch Solarien, Schweißgeräte und einige Arten von Lampen können UV-Licht abgeben. UV-Licht ist zu bestimmten Tageszeiten, zu bestimmten Jahreszeiten und an bestimmten Orten stärker.
Wie wirkt sich UV auf Kunststoffe aus?
UV-Licht zerstört Kunststoffe, indem es die Polymerketten aufbricht, was zu einer Photodegradation führt. Dies führt zu offensichtlichen Veränderungen wie Kreidung (eine pulverige Oberfläche), Rissbildung und Versprödung, bei der das Material an Elastizität verliert und bruchgefährdet ist.
UV-Verschlechterung beeinträchtigt nicht nur das Aussehen von Kunststoffen, sondern auch ihre mechanischen Eigenschaften. Sie verlieren mit der Zeit an Zugfestigkeit, Schlagzähigkeit und Flexibilität, so dass sie für den vorgesehenen Zweck nicht mehr geeignet sind und vorzeitig versagen.
Das Ausmaß der UV-Verschlechterung hängt von mehreren Variablen ab, unter anderem von der Expositionsdauer, der Intensität der UV-Strahlung und der Wellenlänge. Längere Expositionszeiten und höhere Strahlungsintensität führen zu einer stärkeren Verschlechterung. UVB und andere kürzere UV-Wellenlängen sind extrem schädlich.
Was sind UV-beständige Kunststoffe?
UV-beständige Polymere sind so konzipiert, dass sie eine kontinuierliche UV-Bestrahlung überstehen, ohne sich zu zersetzen. Spezielle Formulierungen und Additive schützen Polymerketten vor UV-Strahlen und machen einige Polymere UV-beständig.
UV-Licht bricht die chemischen Verbindungen von Kunststoffen auf, was zu ästhetischen und strukturellen Problemen führt. UV-beständige Materialien sind für Gegenstände, die im Freien und der UV-Strahlung ausgesetzt sind, erforderlich.
UV-Licht führt zu Vergilbung oder Kreidung der Oberfläche, Zugschwäche und Versprödung der Polymere. Diese Mängel beeinträchtigen die Haltbarkeit und Leistung des Materials. UV-beständige Polymere verringern diese Gefahren und verlängern die Lebensdauer der Produkte.
Warum UV-beständige Kunststoffe wählen?
Vorbeugung gegen Verfärbung und Degradation
Einer der Hauptgründe für die Wahl UV-beständiger Kunststoffe ist, dass sie nicht ausbleichen oder kaputt gehen. Gängige Kunststoffe können ausbleichen, vergilben und verkalken, wenn sie dem Sonnenlicht ausgesetzt sind, was das Produkt schlecht aussehen lässt und seinen Wert mindert. UV-beständige Kunststoffe behalten ihre Farbe und ihr Finish länger bei.
Verlängerung der Lebensdauer von Kunststoffprodukten
UV-Strahlen sehen nicht nur unschön aus, sondern können auch die Lebensdauer von Kunststoffartikeln erheblich verkürzen. UV-beständige Materialien halten länger und sind zuverlässiger, weil sie längere Zeit der Witterung ausgesetzt werden können, ohne kaputt zu gehen. Durch die geringere Anzahl von Ersatzbeschaffungen lässt sich im Laufe der Zeit eine Menge Geld sparen.
Erhaltung der strukturellen Integrität und Leistungsfähigkeit
Die Fähigkeit von Kunststoffen, natürlichen Belastungen wie UV-Strahlen zu widerstehen, steht in direktem Zusammenhang mit der Widerstandsfähigkeit ihrer Strukturen. Durch die Verwendung von UV-beständigen Kunststoffen können die Hersteller sicherstellen, dass ihre Produkte die erforderlichen mechanischen Eigenschaften über lange Zeit beibehalten.
Typen von UV-beständigen Kunststoffen
Universell einsetzbare UV-beständige Kunststoffe
Hochdichtes Polyethylen (HDPE): Eigenschaften und Anwendungen
HDPE ist ein flexibler Kunststoff, der sich großer Beliebtheit erfreut, weil er im Vergleich zu seinem Gewicht sehr stabil ist und nicht mit Chemikalien reagiert. Obwohl es nicht generell gegen UV-Licht beständig ist, kann es mit UV-Schutzmitteln versehen werden, damit es im Außenbereich länger hält. Es wird häufig für Rohre, Außenmöbel und Fässer verwendet.
Acrylnitril-Styrol-Acrylat (ASA): Eigenschaften und Anwendungen
ASA ist ein thermoplastischer Kunststoff, der besser gegen Witterungseinflüsse und UV-Licht beständig ist als ABS. Da es sehr druckbeständig ist und sich nicht so leicht verformt, kann es für die Außenseite von Autos, Gebäudeteilen und Elektrogehäusen im Freien verwendet werden.
Hochleistungsfähige UV-beständige Kunststoffe
Acryl (PMMA): Eigenschaften und Anwendungen
Acrylglas, auch PMMA genannt, ist dafür bekannt, dass es sehr klar und UV-beständig ist. Es wird häufig dort eingesetzt, wo eine klare Sicht und eine hohe Beständigkeit gegen Vergilbung erforderlich sind, wie bei Brillen, Vitrinen und Autolampen. Andere Allzweckkunststoffe sind nicht so beständig gegen UV-Licht wie PMMA.
Polycarbonat (PC): Eigenschaften und Anwendungen
Polycarbonat ist ein robuster, transparenter Thermoplast, der eine hohe Schlagfestigkeit und gute UV-Stabilität aufweist. Es wird für Schutzbrillen, Kfz-Scheinwerfergläser und Außenbeschilderungen verwendet, bei denen sowohl Haltbarkeit als auch Transparenz erforderlich sind.
Polyetherimid (PEI): Eigenschaften und Anwendungen
PEI ist ein Hochleistungspolymer, das für seine hohe Festigkeit, Wärmebeständigkeit und gute UV-Stabilität bekannt ist. Es wird in anspruchsvollen Anwendungen wie Luft- und Raumfahrtkomponenten, medizinischen Geräten und elektrischen Steckverbindern eingesetzt.
Polyphenylensulfid (PPS): Eigenschaften und Anwendungen
PPS ist ein einzigartiger technischer Kunststoff, der auch bei hohen Temperaturen gut funktioniert und eine hervorragende chemische Beständigkeit aufweist. Er wird für Industrie- und Automobilkomponenten verwendet und ist zwar nicht von Haus aus UV-beständig, kann aber durch Zugabe von Chemikalien stabiler gemacht werden.
Polyamid-Imid (PAI): Eigenschaften und Anwendungen
PAI kann zwar teurer sein als andere Kunststoffe, aber seine bemerkenswerte Festigkeit, Hitzebeständigkeit und Dimensionsstabilität machen es zu einem Hochleistungspolymer, das aufgrund seiner Fähigkeit, bei hohen Temperaturen zu funktionieren, unter harten UV-Bedingungen in Automobil- und Luft- und Raumfahrtkomponenten eingesetzt wird.
Polyvinylfluorid (PVDF): Eigenschaften und Anwendungen
PVDF zeichnet sich durch seine herausragende chemische Inertheit, seine Beständigkeit gegenüber widrigen Bedingungen und seine hohe UV-Beständigkeit aus. Es wird als Folie und Beschichtung für Solarpaneele, Architekturmembranen und chemische Verarbeitungsanlagen verwendet.
Wichtige Eigenschaften, die bei der Auswahl UV-beständiger Kunststoffe zu beachten sind
UV-Beständigkeitsbewertung und Prüfnorms
Verständnis von UV-Bewertungsskalen und ISO-Normen
Die UV-Beständigkeit wird häufig anhand genormter Prüfverfahren gemessen, wie sie beispielsweise von der ISO festgelegt wurden. Diese Normen ermöglichen es den Herstellern, die Fähigkeit von Polymeren, UV-Strahlung zu überstehen, zu bewerten und zu vergleichen, so dass sie das beste Material für ihre speziellen Anwendungen auswählen können. Das Wissen um diese Maßstäbe macht die Materialauswahl genauer.
Mechanische Eigenschaften
Zugfestigkeit und Schlagzähigkeit
Mechanische Eigenschaften wie Zugfestigkeit – die Fähigkeit, Zugkräften standzuhalten – und Schlagfestigkeit – die Fähigkeit, plötzlichen Kräften standzuhalten – sollten bei der Auswahl von UV-beständigem Kunststoff berücksichtigt werden. Die Wahl eines Materials, das von Natur aus robust und langlebig ist, ist für eine langfristige Nutzung von entscheidender Bedeutung, da die UV-Belastung diese Eigenschaften verschlechtern kann.
Verlängerung in der Pause
Ein wichtiges mechanisches Merkmal ist die Bruchdehnung, d. h. die Dehnung, die ein Material aushalten kann, bevor es bricht. Für Gegenstände, die einer Reihe von äußeren Bedingungen ausgesetzt sind, ist es entscheidend, dass Kunststoffe, die nach der UV-Belichtung eine hohe Bruchdehnung aufweisen, widerstandsfähiger sind und weniger leicht zerbrechen.
Chemische Beständigkeit
Beständigkeit gegen Feuchtigkeit, Säuren und andere Chemikalien
Die chemische Beständigkeit eines Kunststoffs bestimmt seine Fähigkeit, verschiedene Chemikalien zu vertragen, was von entscheidender Bedeutung ist. Bei der Auswahl von Materialien, insbesondere für industrielle oder Außenanwendungen, ist es wichtig zu wissen, wie gut sie Feuchtigkeit, Säuren und anderen Chemikalien in ihrer Umgebung widerstehen. Dadurch wird der Kunststoff vor Schäden geschützt.
Thermische Eigenschaften
Wärmeableitungstemperatur
Die Wärmeformbeständigkeit (HDT) ist die Temperatur, bei der sich ein Material unter Belastung zu verbiegen beginnt. Bei Anwendungen, bei denen Kunststoffe sowohl Hitze als auch UV-Strahlung ausgesetzt sind, ist die Wahl von Materialien mit einer akzeptablen HDT entscheidend für die Gewährleistung der mechanischen Integrität und Dimensionsstabilität über einen breiten Temperaturbereich.
Kosten und Verfügbarkeit
Faktoren, die die Materialkosten beeinflussen
Die Kosten für UV-beständige Polymere werden durch verschiedene Variablen bestimmt, darunter die Art des Polymers, die Komplexität der Produktion und die zur Erhöhung der UV-Beständigkeit erforderlichen Zusätze. Hochleistungspolymere mit UV-Schutz kosten manchmal mehr als Allzweckpolymere.
Überlegungen zur Lieferkette
Faktoren im Zusammenhang mit der Lieferkette, wie die Verfügbarkeit von Rohstoffen und Produktionskapazitäten, können die Kosten und die Vorlaufzeit für UV-beständige Polymere beeinflussen. Die Beschaffung von Waren aus zuverlässigen Quellen und eine vorausschauende Strategie zur Verringerung von Verzögerungen sind entscheidend für die Aufrechterhaltung einer regelmäßigen Produktion und Lieferung.
Anwendungen von UV-beständigen Kunststoffen
Anwendungen im Außenbereich
Automobilkomponenten (Außenverkleidung, Karosserieteile)
UV-beständige Polymere werden häufig in Autoteilen wie Außenverkleidungen, Karosserieteilen und Stoßstangen verwendet. Diese Bauteile müssen einer längeren Sonneneinstrahlung standhalten, ohne zu verblassen, zu splittern oder ihre strukturelle Integrität zu verlieren. Deshalb werden speziell entwickelte Polymere verwendet.
Baumaterialien (Fassadenverkleidung, Dacheindeckung, Fenster)
UV-beständige Polymere werden im Bausektor für Fenster-, Dach- und Fassadenkomponenten verwendet. Diese Materialien tragen dazu bei, die Ästhetik von Gebäuden zu bewahren und gleichzeitig die Häufigkeit von Reparaturen oder Auswechslungen zu verringern, da sie einen dauerhaften Schutz vor den schädlichen Sonnenstrahlen bieten.
Agrarprodukte (Gewächshausfolien, Bewässerungsrohre)
UV-beständige Polymere werden in der Landwirtschaft in großem Umfang für Schutzabdeckungen, Bewässerungsrohre und Gewächshausfolien verwendet. Da diese Polymere so beschaffen sind, dass sie längerer intensiver Sonneneinstrahlung standhalten, können die Landwirte ihre Ernteerträge steigern und ihre Ressourcen, z. B. Bewässerungswasser, effizient verwalten.
Außenmöbel
Selbst wenn sie direkter Sonneneinstrahlung ausgesetzt sind, bleiben Außenmöbel aus UV-beständigen Polymeren dank ihrer verbesserten Haltbarkeit und Farbkonservierung länger haltbar und behalten ihre Farbe. Aus diesem Grund sind sie eine sinnvolle Option für Terrassensets, Gartenstühle und andere Außenmöbel.
Industrielle Anwendungen
Elektrische Gehäuse und Komponenten
UV-beständige Polymere sind für elektrische Gehäuse und Komponenten, die im Freien verwendet werden, unerlässlich. Diese Gehäuse schützen die empfindliche Elektronik vor äußeren Einflüssen wie UV-Strahlung, Regen und Staub und gewährleisten so die Zuverlässigkeit und Leistung der elektrischen Geräte.
Marineausrüstung
Unter maritimen Bedingungen ist die Ausrüstung starker UV-Strahlung, Salzwasser und korrosiven Chemikalien ausgesetzt. UV-beständige Polymere werden in Bootsteilen, Bojen und anderen Schiffsausrüstungen verwendet, um ihnen Festigkeit und Haltbarkeit zu verleihen und gleichzeitig UV-Zerstörung und Korrosion zu verhindern.
Komponenten für Solarzellen
UV-beständige Polymere sind bei der Herstellung von Solarmodulen von entscheidender Bedeutung, da sie die Solarzellen vor UV-Schäden schützen, so dass sie ihre Energieumwandlungseffizienz über einen längeren Zeitraum beibehalten und ihre Lebensdauer verlängern.
Anwendungen in der Auftragsfertigung
Verwendung im 3D-Druck
UV-beständige Materialien, darunter speziell aufbereitete Harze und Filamente, sind jetzt für den 3D-Druck verfügbar und ermöglichen Herstellern die Herstellung einzigartiger Komponenten für den Außenbereich. Diese Materialien ermöglichen die Herstellung von Teilen, die nicht nur sonnenbeständig, sondern auch maßgefertigt sind, und werden häufig für die schnelle Herstellung von Prototypen neuartiger Komponenten verwendet.
Verwendung beim Spritzgießen
Beim Spritzgießen wird eine Vielzahl UV-beständiger Polymere verwendet, um komplexe Teile für Branchen herzustellen, die ein hohes Maß an Genauigkeit und Haltbarkeit erfordern, wie z. B. die Automobilindustrie und die Luft- und Raumfahrt, wo UV-Schutz für äußere Komponenten, die dem Sonnenlicht ausgesetzt sind, entscheidend ist.
Verwendung in der CNC-Bearbeitung
UV-beständige Kunststoffplatten und -stangen werden auch bei der CNC-Bearbeitung zur Herstellung kundenspezifischer Produkte verwendet. Dies ermöglicht die Herstellung von Bauteilen mit engen Toleranzen und komplizierten Formen, die für bestimmte Anwendungen haltbar und UV-beständig sein müssen.
Verbesserung der UV-Beständigkeit von Kunststoffen
UV-Stabilisatoren und Zusatzstoffe
Unterschiedliche Arten von UV-Stabilisatoren
UV-Absorber, gehinderte Amin-Lichtstabilisatoren (HALS) und Antioxidantien sind einige der UV-Stabilisatoren, die auf Polymere aufgetragen werden können, um deren Widerstandsfähigkeit gegen UV-Strahlung zu erhöhen. Jede Art von Stabilisator funktioniert anders und kann allein oder in Kombination verwendet werden, um maximalen UV-Schutz zu bieten.
Wie Zusatzstoffe die UV-Beständigkeit verbessern？
Additive verbessern die UV-Beständigkeit, indem sie entweder schädliche UV-Strahlung absorbieren (UV-Absorber) oder freie Radikale abfangen, die beim Abbau von Kunststoffpolymeren durch UV-Licht entstehen (HALS und Antioxidantien). Diese Chemikalien tragen zur strukturellen Integrität bei und verhindern eine Verschlechterung des Kunststoffs.
Oberflächenbehandlungen und Beschichtungen
Schutzbeschichtungen für zusätzlichen UV-Schutz
Beschichtungen und andere Oberflächenbehandlungen können eine zusätzliche Schicht UV-Schutz bieten. Die Langlebigkeit von Kunststoffartikeln, die im Freien verwendet werden, kann durch das Aufbringen dieser Beschichtungen erhöht werden, die UV-Absorber und -Blocker enthalten können, die UV-Licht reflektieren oder absorbieren.
Material Selection and Design Considerations
Best Practices für die Konstruktion von UV-beständigen Teilen
Bei der Entwicklung von UV-beständigen Bauteilen ist die Wahl der richtigen Materialien entscheidend. Die Betriebsumgebung, die voraussichtliche Lebensdauer des Produkts und die besonderen UV-Beständigkeitsanforderungen der Anwendung sollten von den Konstrukteuren berücksichtigt werden. UV-Schäden an Kunststoffteilen können durch angemessene Belüftung, Lichtwinkel und geringe Exposition erheblich verringert werden.
Vorteile der Verwendung UV-beständiger Kunststoffe
Reduzierte Wartungs- und Ersatzteilkosten
Wenn UV-beständige Polymere verwendet werden, halten die Produkte länger und müssen weniger regelmäßig gewartet und ausgetauscht werden. Durch die Einsparung von Arbeit, Material und Ausfallzeiten im Zusammenhang mit der Produktwartung führt dies letztlich zu Kosteneinsparungen.
Konsistente Materialeigenschaften
UV-beständige Polymere verhindern das Ausbleichen, Vergilben und den strukturellen Verfall und bewahren das Aussehen und die Funktionalität eines Produkts. Während ihrer gesamten Lebensdauer sehen die Produkte weiterhin gut aus und funktionieren wie vorgesehen, sofern die Materialeigenschaften konsequent beibehalten werden.
Verbesserte Produktzuverlässigkeit
Durch die Verwendung von UV-beständigen Polymeren garantieren die Hersteller die dauerhafte Funktionsfähigkeit ihrer Produkte. Diese Polymere verringern das Risiko eines Materialversagens und sorgen für eine dauerhafte Zuverlässigkeit auch unter schwierigen Außenbedingungen, indem sie die Artikel vor den schädlichen Auswirkungen der UV-Strahlung schützen.
Schlussfolgerung
Produkte, die dem Sonnenlicht oder der UV-Strahlung ausgesetzt sind, benötigen UV-beständige Polymere. Diese Materialien widerstehen dem Verfall, der Verfärbung und der strukturellen Schwäche und bewahren so die Leistung und das Aussehen des Produkts.
Die Lebensdauer und Zuverlässigkeit eines Produkts hängt von der Wahl des UV-beständigen Materials ab. UV-beständige Polymere minimieren die Abfallmenge und ermöglichen die Herstellung nachhaltigerer Produkte in verschiedenen Sektoren, z. B. in der Automobilindustrie, in der Landwirtschaft und im Baugewerbe.
Die Wahl des richtigen Materials für Ihre Anwendung kann schwierig sein, aber UV-beständige Polymere können für einige Produkte enorme Vorteile bieten. Beachten Sie die Kriterien in diesem Leitfaden, um die beste Wahl für ein länger haltbares Produkt zu treffen.
FAQs
Wie prüft man die UV-Beständigkeit?
Kunststoffproben werden kontrolliertem UV-Licht ausgesetzt und hinsichtlich ihres Aussehens, ihrer mechanischen Festigkeit und anderer Eigenschaften gemessen, um die UV-Beständigkeit zu bestimmen. In den Tests nach ISO 4892 und ASTM G154 werden Polymere verglichen und die UV-Beständigkeit bestimmt.
Wie hoch ist die Lebensdauer von UV-beständigem Kunststoff?
Die Lebensdauer von UV-beständigen Kunststoffen hängt von der Art, der UV-Intensität und den Umweltbedingungen ab. Die richtige Materialauswahl und UV-Stabilisatoren können die Lebensdauer von Kunststoffprodukten um Jahrzehnte verlängern.
Sind UV-beständige Kunststoffe umweltfreundlich?
Weniger Ersatz und weniger Abfall machen UV-beständige Polymere umweltfreundlicher. Um Artikel für den Außenbereich nachhaltiger zu machen, werden verschiedene umweltfreundliche Alternativen entwickelt, die die Umweltverantwortung von Kunststoffen fördern.
