MBN 51000-5 Polymerbasierte Werkstoffe, Werkstoffsysteme und Halbzeuge - Teil 5: Witterungsbeständigkeitsprüfungen

Die von der Mercedes-Benz-Gruppe entwickelte Norm „MBN 51000-5 Polymerbasierte Werkstoffe, Werkstoffsysteme und Halbzeuge – Teil 5: Prüfungen der Witterungsbeständigkeit“ befasst sich mit der Belastung von in Fahrzeugen eingesetzten polymerbasierten Werkstoffen, Werkstoffsystemen und Halbzeugen durch verschiedene Witterungsbedingungen. Der Hauptschwerpunkt dieser Norm liegt auf der Prüfung der Alterung durch heißes Licht (HLA). Bei dieser Prüfmethode wird eine langfristige Einwirkung von Hitze und Licht (UV-Licht) simuliert, um zu beurteilen, wie sich Materialien unter diesen Bedingungen mit der Zeit verschlechtern.

Dieses Prüfverfahren ist insbesondere für Materialien wie Instrumententafeln, Polsterungen, Dichtungen und andere polymerbasierte Komponenten im Fahrzeuginnen- und -außenbereich wichtig, die dort Sonnenlicht und extremen Temperaturen ausgesetzt sind. Ziel ist es zu beurteilen, ob die Materialien unter diesen harten Bedingungen ihre Leistung, ihr Aussehen und ihre Haltbarkeit beibehalten.

Der Zweck der Testmethode „Hot Light Ageing“ (HLA) besteht darin, zu bewerten, wie Materialien altern, wenn sie über längere Zeiträume hohen Temperaturen und Licht (UV) ausgesetzt sind. Während der Prüfung werden die Materialien großer Hitze (normalerweise über 70 Grad oder wie angegeben) und UV-Licht ausgesetzt. Die Tests werden normalerweise in einem speziellen Raum durchgeführt, der die Sonneneinstrahlung in der realen Welt simuliert. Die Testdauer kann variieren und beträgt je nach Material und Spezifikation normalerweise zwischen 300 und 1000 Stunden. Die wichtigsten geprüften Eigenschaften sind: Farbveränderungen (Ausbleichen), mechanische Eigenschaften (Flexibilität, Härte), chemische Beständigkeit und physikalische Eigenschaften (wie Aufquellen oder Rissbildung).

Der Zweck der in dieser Norm definierten Prüfmethode für die Auswirkungen auf Aussehen und Funktionalität besteht darin, zu überprüfen, ob Materialien nach längerer Einwirkung von Sonnenlicht und Hitze noch immer eine gute Leistung erbringen und ihre ästhetischen Eigenschaften behalten. Dies ist besonders wichtig für Teile wie Innenverkleidungen und Außenkomponenten, die unter realen Fahrbedingungen häufig einer hohen UV-Strahlung ausgesetzt sind.

Hier ist eine Aufschlüsselung der typischen Ergebnisse, die bei Heißlichtalterungstests (HLA) beobachtet wurden:

• Verfärbung (Verblassen oder Vergilben): Dabei handelt es sich um Farbveränderungen des Materials aufgrund längerer Einwirkung von UV-Licht und Hitze. Materialien wie Kunststoff und synthetische Stoffe können vergilben oder ihre ursprüngliche Farbe verlieren. Innenraummaterialien wie Armaturenbretter, Polster und Verkleidungen neigen besonders zur Verfärbung, wenn sie UV-Strahlung ausgesetzt sind. Leder und Textilien können mit der Zeit dunkler oder heller werden. Verfärbungen sind unerwünscht, da sie die Ästhetik des Fahrzeugs beeinträchtigen. Automobilhersteller legen Wert darauf, dass die Materialien auch nach langjähriger Nutzung ihre optische Attraktivität behalten.
• Rissbildung, Sprödbrüche oder Oberflächenschäden: Dabei handelt es sich um den Verlust von Flexibilität und Integrität aufgrund der Verschlechterung der Polymer- oder Materialstruktur. Insbesondere in Materialien wie Armaturenbrettern oder Türverkleidungen, die großer Hitze und UV-Licht ausgesetzt sind, können in Kunststoffen Risse oder Sprünge auftreten. Gummidichtungen oder -dichtungsringe können spröde werden und aufgrund des Elastizitätsverlusts nicht mehr richtig abdichten. Textil- oder Polstermaterialien, insbesondere wenn sie synthetisch und UV-empfindlich sind, können ihre Festigkeit verlieren und kleine Risse bekommen. Die Flexibilität und strukturelle Integrität der Materialien muss erhalten bleiben, um sicherzustellen, dass Teile nicht beschädigt werden oder ihre Funktionalität verlieren. Risse oder Sprödigkeit können zu Sicherheitsbedenken und einer unschönen Ästhetik führen.
• Verlust des Glanzes oder der Oberflächenbeschaffenheit: Die Oberfläche des Materials verliert ihr glänzendes Aussehen, was zu einer stumpfen oder matten Oberfläche führt. Kunststoffe und Verkleidungen im Fahrzeuginnenraum (z. B. Mittelkonsolen, Instrumententafeln) können durch UV-Strahlung und Hitzeeinwirkung ihren Hochglanz verlieren. Lederoberflächen können stumpf oder abgenutzt erscheinen und ihr poliertes oder glattes Aussehen verlieren. Der Glanzgrad von Innenraummaterialien ist wichtig, um eine hochwertige Optik zu gewährleisten. Durch den Verlust des Glanzes können die Materialien alt oder abgenutzt wirken, was sich negativ auf die Gesamteinschätzung der Fahrzeugqualität auswirkt.
• Aufquellen oder Erweichen: Das Material nimmt Feuchtigkeit oder Wärme auf, wodurch es sich ausdehnt oder erweicht. Gummi und Elastomere (wie Dichtungen und Dichtungsringe) können durch die Kombination von Hitze und UV-Einwirkung aufquellen, wodurch die Teile ihre ursprüngliche Form oder Festigkeit verlieren. Polymermaterialien können weicher und weniger flexibel werden, was ihre mechanische Leistung beeinträchtigen kann. Aufquellende oder weich werdende Materialien können ihre Anpassungsfähigkeit an Komponenten wie Dichtungen verlieren, was zu einer schlechten Dichtleistung oder Fehlausrichtung führen kann.
• Verschlechterung mechanischer Eigenschaften (Zugfestigkeit, Härte, Dehnung): Dies ist der Verlust an Festigkeit und Flexibilität von Materialien aufgrund der Verschlechterung ihrer Molekularstruktur. Die Zugfestigkeit (die Kraft, der das Material standhalten kann, bevor es bricht) kann abnehmen, wodurch das Material spröder wird. Die Bruchdehnung (wie weit sich das Material dehnen lässt, bevor es bricht) kann erheblich reduziert sein, wodurch die Wahrscheinlichkeit steigt, dass Materialien unter Belastung reißen oder brechen. Bei manchen Materialien kann die Härte zunehmen, wodurch sie weniger flexibel und spröde werden. Materialien, die in Komponenten wie Dichtungen oder Zierleisten verwendet werden, müssen ihre mechanischen Eigenschaften beibehalten, um die Funktionalität zu gewährleisten. Eine Verschlechterung der mechanischen Eigenschaften kann in realen Anwendungen zu Ausfällen führen.
• Chemischer Abbau (Oberflächenreaktion mit UV-Licht): Durch UV-Bestrahlung wird die chemische Struktur des Materials zerstört. Bei Polymeren wie PVC und ABS können in den Oberflächenschichten chemische Veränderungen auftreten, die mit der Zeit zu einer Verschlechterung oder einem Festigkeitsverlust führen. Die Oberflächenstruktur kann variieren, was zu Rauheit oder pulverförmigen Rückständen führen kann. Durch den chemischen Abbau können die mechanischen und ästhetischen Eigenschaften des Materials dauerhaft beeinträchtigt werden, sodass es für den langfristigen Einsatz in Automobilanwendungen ungeeignet ist.
• Geruchsentwicklung: Einige Materialien, insbesondere Kunststoffe oder synthetische Stoffe, können nach längerer Einwirkung von Hitze und UV-Licht unangenehme Gerüche abgeben. Materialien wie Kunststoff und Gummi können aufgrund flüchtiger organischer Verbindungen (VOCs), die nach dem Abbau freigesetzt werden, chemische Gerüche abgeben. Geruchsemissionen sind im Fahrzeuginnenraum besonders problematisch, da sie den Komfort und die Luftqualität im Fahrzeug beeinträchtigen können. Ziel der Automobilhersteller ist es, unangenehme Gerüche durch Materialzersetzung zu vermeiden.

Die Ergebnisse der im Standard MBN 51000-5 definierten Heißlichtalterungstests (HLA) konzentrieren sich typischerweise auf das Aussehen, die mechanische Integrität und die chemische Stabilität von Materialien. Materialien, die nach längerer Einwirkung von UV-Strahlung und Hitze verblassen, reißen, ihren Glanz verlieren oder spröde werden, erfüllen den Standard nicht. Materialien hingegen, die ihre Leistung und ästhetischen Eigenschaften behalten, bestehen den Standard.

Unsere Organisation, die seit Jahren versucht, Unternehmen aus allen Branchen mit einer breiten Palette von Test-, Mess-, Analyse- und Bewertungsstudien zu unterstützen, verfügt über einen starken Mitarbeiterstamm, der die Entwicklungen in der Welt der Wissenschaft und Technologie aufmerksam verfolgt und sich ständig verbessert. In diesem Rahmen werden für Unternehmen auch Prüfdienstleistungen nach der Norm „MBN 51000-5 Werkstoffe, Werkstoffsysteme und Halbzeuge auf Polymerbasis – Teil 5: Prüfungen der Witterungsbeständigkeit“ angeboten.