Como escolher o ensaio de envelhecimento UV correto para minha aplicação?

A luz solar é um importante componente na deterioração de produtos plásticos, tintas, tecidos e outros produtos orgânicos expostos ao ambiente externo.
Juntamente com a temperatura e a umidade, a luz exerce um importante papel nas degradações causadas pela exposição natural. Algumas das principais degradações observadas na exposição ao meio ambiente são:

• Descoloração
• Formação de trincas
• Descamação
• Desgaste
• Perda de propriedades mecânicas

Como dito antes, a temperatura e umidade também apresentam papel importante neste processo e por isso normalmente são utilizadas juntamente com a luz no processo de entender o envelhecimento durante a exposição ao meio ambiente.

A luz solar
A luz solar possui componentes de radiação visível, UV e infravermelha.

Figura 1 – Radiação visível e UV proveniente do sol.

Fonte: Sunlight, Weathering& Light

StabilityTesting.

Q-Lab, TechnicalBulletin LU-0822

 

 

Observando a região UV apresentada acima, o espectro UV pode ser dividido em três regiões distintas, com diferentes efeitos sobre polímeros:

UV-A

(400 a 315 nm)

Causa danos em polímeros

UV-B

(315 a 280 nm)

Incluí os menores comprimentos de onda encontrados na superfície da terra, responsável por danos severos a polímeros. É absorvido por vidros de janela.

UV-C

(280 a 100 nm)

Filtrado pela atmosfera terrestre. Possui ação germicida.

A ideia dos ensaios de envelhecimento UV é predizer o comportamento dos materiais poliméricos quando exposto aos diferentes tipos de radiação UV (A e B) para predizer a variação de suas propriedades.

Ensaios de envelhecimento UV

São três os principais ensaios utilizados para avaliar o efeito da radiação UV, que é a parte do espectro luminoso do sol com maior efeito sobre os materiais orgânicos:

  • Envelhecimento por arco carbono: é o ensaio com a tecnologia mais antiga (desenvolvido na década de 1930) para a aceleração do envelhecimento, mas hoje é reconhecido como ultrapassado e impreciso. Apesar disso algumas normas ainda em uso utilizam esse método;
  • Arco xenônio: é o melhor método disponível hoje em dia, por conseguir simular mais precisamente a emissão de radiação solar e, através do uso de filtros, permite representar diversas condições de uso, tanto em ambientes externos como internos. Essas capacidades além de possuir controle de temperatura e umidade permite simular condições extremamente realistas. É a melhor técnica para analisar
    • Mudança de cor
    • Materiais que reagem com a mudança de umidade
    • Exposição em ambientes internos (efeito da luz através da janela)
    • Exposição em ambientes externos
  • Envelhecimento fluorescente (UV): é o melhor teste disponível para avaliar o efeito da radiação UV sobre os polímeros. Polímeros e outras substâncias orgânicas reagem com a radiação UV emitida pelo sol na forma de reações fotoquímicas que podem ser aceleradas pelo calor e umidade presentes nos ensaios de envelhecimento fluorescente, levando a degradação. Como a maior parte da radiação UV abaixo de 310 nm é filtrada ao atravessar o vidro das janelas, o envelhecimento fluorescente é mais indicado para simular o ambiente externo quando a maior preocupação reside em alterações estruturais. Para ensaios de mudança de aparência ou a simulação de ambientes internos, o ensaio de arco xenônio é mais indicado.

Fator de aceleração

Uma das perguntas mais comuns quando se trata de ensaios de envelhecimento em geral é o fator de aceleração, ou seja, quantas horas de exposição em condições reais equivalem a uma hora de exposição artificial. Por décadas essa questão vem rondando este tipo de ensaio. Porém a resposta é: “depende”.

A principal razão para não haver um fator de aceleração específico para cada ensaio é que a natureza não atua de forma constante e previsível. Por exemplo, ao tomarmos a irradiação solar no mundo (Figura 2), é possível observar que esta não é uniforme no globo e ainda é variável ao longo do tempo. Isso impede a definição do fator, já que cada região a cada ano terá seu próprio fator. Além disso, outros fatores atmosféricos também se comportam da mesma forma, como a precipitação, adicionando mais fontes de incerteza.

Figura 2 – Distribuição da irradiação solar no globo. Fonte: The World Bank – httpsglobalsolaratlas.info, CC BY 4.0, https://commons.wikimedia.orgwindex.php/curid=73047799

             Algumas normas de ensaio em arco xenônio (como a ASTM D6578) colocam um fator de aceleração de 8,8 vezes quando comparado ao envelhecimento na Flórida. Porém a mesma condição pode produzir um fator de aceleração de 20 para a cidade de clima mais ameno. Já para o envelhecimento UV, ainda para Flórida, é comum considerar o mesmo fator de 8,8 para o ensaio em UV-A, enquanto o UV-B apresenta o dobro desta aceleração. Novamente cabe ressaltar que esses números somente servem para dar ideia da ordem de grandeza do fator de aceleração.

O CCDM conta com infraestrutura completa para a realização de ensaio de envelhecimento em equipamentos de arco xenônio (weather ometer) e Ultra Violeta, podendo avaliar para o arco xenônio as normas ASTM G155 (diversos ciclos), TSM0501G, ASTM D2565, ASTM G151, ISO 11341, ISO 4892-2 e para UV as normas ASTM G154, ISO 4892-3, NBR 9512. Também podemos atender procedimentos de Clientes e outras normas sob consulta.

Entre em contato conosco para saber mais sobre os ensaios de envelhecimento acelerado que são realizados em nossos laboratórios.

 

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