Umgebungsbedingungen messen

Wie veröffentlicht in: Materials Performance (Februar 2004); Abschnitt Beschichtungen und Auskleidungen

Beschichtungsinstrumentenserie

Optimale Umgebungsbedingungen sind für die Oberflächenvorbereitung, das Aufbringen und das Aushärten von Beschichtungen und Auskleidungen unerlässlich, um die erfolgreiche Leistung zu maximieren. In diesem Artikel werden die fünf Umgebungsbedingungen vorgestellt, die beobachtet und gemessen werden sollten, sowie die Auswirkungen, die jede Bedingung auf eine erfolgreiche Arbeit hat. Es werden auch mehrere mechanische und elektronische Messgeräte behandelt und die ordnungsgemäße Verwendung der einzelnen Instrumente erläutert.

Die Oberflächenvorbereitung und das Aufbringen von Beschichtungen und Auskleidungen sollten unter optimalen Umgebungsbedingungen durchgeführt werden, um Ausfälle zu vermeiden. Zur Messung der fünf Bedingungen, die beobachtet und verfolgt werden sollten, stehen verschiedene Instrumente zur Verfügung:

• Lufttemperatur
• Oberflächentemperatur
• Relative Luftfeuchtigkeit (RH)
• Taupunkttemperatur
• Der Unterschied zwischen den Oberflächen- und Taupunkttemperaturen

Es ist allgemein bekannt, dass die meisten Beschichtungen bei niedrigen Temperaturen und hoher relativer Luftfeuchtigkeit nicht richtig trocknen. Weniger bekannt ist der Einfluss der Oberflächenfeuchtigkeit auf die Lebensdauer und Leistung von Materialien.

Feuchtigkeit entsteht auf einer Oberfläche, wenn wärmere, feuchte Luft damit in Kontakt kommt - ein Prozess, der als Kondensation bezeichnet wird. Durch Feuchtigkeit rostet ungeschützter Stahl. Zwischen einer Beschichtung und einem Substrat eingeschlossen, führt Feuchtigkeit wahrscheinlich dazu, dass das aufgebrachte System vorzeitig ausfällt.

Leichte Kondensation auf gestrahlten Oberflächen kann schwierig zu beobachten sein. Anstatt diese Feuchtigkeit zu erfassen, werden Instrumente verwendet, um das Risiko der Feuchtigkeitsbildung zu bewerten. Es sollten Tests durchgeführt werden, um die Taupunkttemperatur vor, während und nach dem Beschichtungsprozess zu berechnen. Die Taupunkttemperatur sollte mit der Oberflächentemperatur verglichen werden, um sicherzustellen, dass beide weit genug voneinander entfernt sind, dass eine Feuchtigkeitsbildung unwahrscheinlich ist.

Eine sorgfältige Beobachtung der atmosphärischen Bedingungen und ein gutes Verständnis ihrer Auswirkungen auf die Qualität und den langfristigen Gesundheitszustand von Beschichtungs- und Auskleidungsanwendungen sind für alle Auftragnehmer und Inspektoren wichtig.

Umweltbedingungen

LUFT- UND OBERFLÄCHENTEMPERATUREN

Die ersten Parameter, die zur Beurteilung des Risikos der Feuchtigkeitsbildung auf einem Substrat erforderlich sind, sind die Temperatur der herzustellenden oder zu beschichtenden Oberfläche und die Temperatur der Luft in der Nähe dieser Oberfläche. Nachts strahlt Stahlarbeiten normalerweise Wärme ab und wird unter Lufttemperatur abgekühlt. Tagsüber nimmt es Wärme auf und ist normalerweise wärmer als die Lufttemperatur.

Da sich die Oberflächentemperatur insbesondere bei Arbeiten im Freien häufig von der Lufttemperatur unterscheidet, sollten beide Temperaturen gemessen werden, um Anwendungsprobleme zu vermeiden, falls die Luft- oder Stahltemperaturen für eine zufriedenstellende Filmbildung zu heiß oder zu kalt werden. Die Anwendung bei falschen Temperaturen kann zu Fehlern wie Blasenbildung, Nadelstichbildung, Kraterbildung, Trockenspray und Schlammrissen führen. Der Beschichtungshersteller sollte die maximalen und minimalen Oberflächentemperaturen für das Aufbringen einer Beschichtung angeben.

ASTM D3276, „Standardhandbuch für Lackierinspektoren (Metallsubstrate)“, 1 besagt, dass die Mindestoberflächentemperatur für das Auftragen von Beschichtungen normalerweise 5 ° C beträgt. Sie kann für „kalthärtende“ Ein- oder Zweikomponentensysteme nur 0 ° F (–18 ° C) oder für herkömmliche Zweikomponentensysteme 10 ° C (50 ° F) betragen. In den Lackspezifikationen kann ferner festgelegt werden, dass der Lack nicht bei sinkender Temperatur und innerhalb von 3 ° C (5ºF) der Untergrenze durchgeführt werden sollte.

Die maximale Oberflächentemperatur für das Auftragen der Beschichtung beträgt normalerweise 50 ° C, sofern nicht eindeutig anders angegeben. Eine zu heiße Oberfläche kann dazu führen, dass die Beschichtungslösungsmittel so schnell verdampfen, dass das Auftragen schwierig ist, Blasenbildung auftritt oder ein poröser Film entsteht.

RELATIVE LUFTFEUCHTIGKEIT

Die Aushärtungsraten werden direkt von der relativen Luftfeuchtigkeit beeinflusst - der Feuchtigkeitsmenge in der Luft, ausgedrückt als Prozentsatz der Gesamtmenge (Sättigung), die bei einer bestimmten Temperatur möglich ist. Mit Feuchtigkeit beladene Luft kann nicht so viel Lösungsmittel enthalten wie trockene Luft. Daher kann eine hohe relative Luftfeuchtigkeit die Geschwindigkeit der Lösungsmittelverdampfung verzögern. Aus diesem Grund wird die maximale relative Luftfeuchtigkeit, bei der Beschichtungen oder Auskleidungen aufgebracht und ausgehärtet werden können, im Allgemeinen auf 85 eingestellt%. Einige Beschichtungen benötigen jedoch Feuchtigkeit, um zu härten. Daher ist es wichtig, die Spezifikationen der Beschichtung zu überprüfen.

DEW-POINT-TEMPERATUR

Die Taupunkttemperatur ist die Temperatur, bei der sich auf einer Stahloberfläche Feuchtigkeit zu bilden beginnt. Dies ist die Temperatur, auf die ein Luftvolumen abgekühlt werden muss, um die Sättigung zu erreichen. Es ist eine Funktion der Lufttemperatur und der relativen Luftfeuchtigkeit.

DELTA (UNTERSCHIED) ZWISCHEN TOTPUNKT- UND OBERFLÄCHENTEMPERATUREN

Der letzte zu beachtende Parameter ist der Abstand zwischen der Oberflächentemperatur und der Taupunkttemperatur. Feuchtigkeit wird sich wahrscheinlich bilden, wenn sie gleich sind. Selbst wenn sie nahe beieinander liegen, kann das Risiko der Feuchtigkeitsbildung unannehmbar hoch sein. Dokumente wie ASTM D3276 und die internationale Norm ISO 8502-42 besagen, dass die Oberflächentemperatur während der kritischen 3 Phasen der Beschichtung: Vorbereitung, Anwendung und Aushärtung mindestens 3 ° C über der Taupunkttemperatur liegen muss. Diese minimale Trennung ermöglicht auch eine Verringerung der Oberflächentemperatur, wenn Lösungsmittel verdampfen oder wenn kalte Beschichtungsmaterialien aufgetragen werden.

Instrumentierung

MECHANISCHE MESSLÖSUNGEN

Die Lufttemperatur, die Taupunkttemperatur und die relative Luftfeuchtigkeit können mit einer Schlinge oder einem batteriebetriebenen Psychrometer bestimmt werden. Diese Instrumente sind mit zwei Thermometern ausgestattet. Das erste Thermometer, das als „Trockenbirne“ bezeichnet wird, misst die Umgebungslufttemperatur. Das zweite Thermometer ist in eine Musselinsocke oder einen Docht eingewickelt, die vor der Verwendung benetzt werden - daher der Name „Feuchtkugel“. Diese „Feuchtkugeltemperatur“ repräsentiert den Wärmeverlust durch Verdunstung von Wasser in der Socke. Eine niedrige relative Luftfeuchtigkeit führt zu einer schnelleren Verdunstungsrate und einer niedrigeren Feuchtkugeltemperatur als eine hohe Luftfeuchtigkeit.

Das Schlingenpsychrometer (Abbildung 1) wird durch die Luft gedreht, um die beiden Temperaturwerte zu erhalten. Das elektrische Psychrometer bleibt stationär, da ein motorbetriebener Lüfter Luft über die Thermometer zieht.

Abbildung 1 - Sling-Psychrometer zur Bestimmung der relativen Luftfeuchtigkeit.

Lesen Sie die Anweisungen sorgfältig durch. Das Instrument sollte vor jedem Test ordnungsgemäß inspiziert und vorbereitet werden. Überprüfen Sie die feuchte Abdeckung regelmäßig und halten Sie sie in gutem Zustand. Die Verdunstung des Wassers aus dem Musselin hinterlässt immer eine geringe Menge an festem Material. Es ist daher wünschenswert, möglichst reines Wasser zu verwenden und den Musselin von Zeit zu Zeit zu erneuern.

Der physikalische Ort des Tests und die Zeit, die damit verbracht wird, Luft über die feuchte Glühbirne zu wirbeln oder zu blasen, sind Faktoren, die die Genauigkeit des Testergebnisses direkt beeinflussen. Die Thermometer sollten 15 oder 20 Sekunden lang schnell gewirbelt werden. gestoppt und schnell abgelesen - die nasse Glühbirne zuerst, da sie sich zu ändern beginnt, wenn die Luftbewegung stoppt. Der Test sollte wiederholt werden, bis zwei oder mehr Feuchtkugelwerte dem niedrigsten erhaltenen Wert entsprechen.

Für beste Genauigkeit sollte das Psychrometer im Schatten gewirbelt werden. Der Beobachter sollte sich dem Wind stellen und einige Schritte hin und her gehen, um zu verhindern, dass sein Körper die Beobachtungen beeinträchtigt. Beachten Sie, dass das Psychrometer kein sehr zuverlässiges Instrument zur Messung der Luftfeuchtigkeit ist3, wenn die Temperatur nahe oder unter dem Gefrierpunkt liegt.

Ein Psychrometer misst die relative Luftfeuchtigkeit und die Taupunkttemperatur nicht direkt. Diese Werte werden unter Verwendung einer Formel berechnet, in die die Trocken- und Glühlampentemperaturen eingegeben werden. Hierfür stehen Grafiken und psychrometrische Rechenschieberrechner zur Verfügung. Diagramme wie die psychrometrischen Tabellen des US Weather Bureau (Abbildung 2) erleichtern diese Bestimmung ein wenig. Wählen Sie die Tabelle aus, die dem lokalen Luftdruck für diesen Tag entspricht: Dieser Wert ist beim nächstgelegenen Wetterbüro des Flughafens erhältlich. Im Allgemeinen werden 76 cm Quecksilber verwendet, was dem Meeresspiegel entspricht. Verwenden Sie in höheren Lagen 74 bis 58 cm.

Abbildung 2 - Psychrometrische Tabellen des US Weather Bureau zur Berechnung der relativen Luftfeuchtigkeit.

Lesen Sie die Thermometer sorgfältig durch, da es viele Möglichkeiten für Interpolationsfehler gibt. Geringe Unterschiede in den Werten aus Temperaturskalen und Feuchtigkeitsnachschlagetabellen können zu erheblich unterschiedlichen Ergebnissen führen.

Hier ein Beispiel: Angenommen, beide Thermometer lesen in Schritten von 1 Grad, aber Sie könnten auf ½ Grad interpolieren. Bei einer typischen Genauigkeit von +1 Grad könnten mögliche aufgezeichnete Werte denen in Tabelle 1 ähneln, wenn die Trockenkugeltemperatur 23,9 ° C (75 ° F) und die Feuchtkugeltemperatur 22,8 ° C (73 ° F) beträgt.

Tabelle 1 - Unterschiede in der berechneten relativen Luftfeuchtigkeit basierend auf der Genauigkeit des Thermometers

Obwohl beide Thermometerwerte innerhalb der Toleranz liegen, unterscheidet sich die resultierende Berechnung der Feuchtigkeitsformel um 8,8 Prozentpunkte! Wenn anstelle einer Formelberechnung eine Nachschlagetabelle verwendet wird, kann der Unterschied sogar noch größer sein. Dieses Fehlerbudget ist bei den Nass- / Trockenzwiebelberechnungen bei sehr niedriger und sehr hoher relativer Luftfeuchtigkeit am größten.

Die relative Luftfeuchtigkeit kann auch direkt von einem Hygrometer abgelesen oder kontinuierlich mit einem Hydrographen aufgezeichnet werden.

Ein Oberflächentemperaturthermometer wie das in Abbildung 3 gezeigte verwendet ein Bimetall-Sensorelement. Es kann magnetisch an einer Stahloberfläche befestigt werden, und Klebeband hält es an anderen Oberflächen.

Abbildung 3 - Ein Oberflächentemperaturthermometer kann an Stahl angebracht oder auf andere Oberflächen geklebt werden.

Die Thermometer sollten so lange an Ort und Stelle bleiben, bis sich die Temperatur stabilisiert hat - normalerweise 2 oder 3 Minuten. Tippen Sie leicht auf das Zifferblatt, bevor Sie eine endgültige Messung durchführen, und achten Sie darauf, dass Sie direkt lesen. Vermeiden Sie direktes Sonnenlicht, Wind, Wärmestrahlung, Heizungs- oder Lüftungskanäle oder andere derartige Bedingungen. Erhalten Sie Daten für heiße und kalte Bereiche sowie für durchschnittliche Bereiche.

Digitale, berührungslose Infrarot-Thermometer können auch zur Messung der Oberflächentemperatur verwendet werden. Lesen Sie die Anweisungen des Instruments sorgfältig durch. Je weiter das Gerät von der Oberfläche entfernt ist, desto größer ist der Messbereich - was zu möglichen Fehlern führt.

LÖSUNGEN FÜR ELEKTRONISCHE MESSUNGEN

Die atmosphärischen Bedingungen ändern sich ständig. Daher sollten Messungen und Berechnungen häufig durchgeführt werden. Vier Stunden sind ein typischer Mindestzeitraum. Es wird empfohlen, vor, während und nach dem Auftrag verschiedene Standorte zu messen und die Bedingungen aufzuzeichnen. Einige Spezifikationen erfordern eine kontinuierliche Messung, während strahlengereinigter Stahl freiliegt oder während Beschichtungen oder Auskleidungen aushärten: Durch kontinuierliche Messung wird sichergestellt, dass das Metall wärmer als der Taupunkt ist.

Einige Messgeräte berechnen nur die Taupunkttemperatur, bei den praktischeren Instrumenten ist jedoch eine Oberflächentemperatursonde angebracht (Abbildung 4). Mit einer Sonde kann ein Messgerät den wichtigen Delta-Wert berechnen und anzeigen - die Differenz zwischen der Oberflächen- und der Taupunkttemperatur.

Abbildung 4 - Ein digitaler Taupunktmesser mit einem Oberflächentemperaturfühler. Dieses Instrument kann das Temperaturdelta berechnen.

Kontinuierliche Messung ist ein Grund, warum digitale All-in-One-Instrumente schnell populär werden. Sie vereinfachen das Messen und Berechnen kritischer Umgebungsparameter erheblich. Präzisionssensoren mit schneller Reaktion liefern genaue, wiederholbare Messwerte mit hoher Zuverlässigkeit und Langzeitstabilität. In der Regel sind Kalibrierungszertifikate erhältlich, die die direkte Rückverfolgbarkeit auf die Standards des National Institute of Standards and Technology belegen.

Einige digitale Instrumente zeigen kontinuierlich und gleichzeitig alle fünf Umgebungsparameter auf der Flüssigkristallanzeige an. Es werden nicht nur die Werte angezeigt, sondern diese Werte können auf Knopfdruck zusammen mit Datum und Uhrzeit im Speicher des Messgeräts gespeichert werden. Besser noch, geben Sie ein Zeitintervall ein und das Messgerät kann unbeaufsichtigt bleiben, um alle fünf Werte in diesem Intervall aufzuzeichnen - beispielsweise alle 15 Minuten oder jede Stunde (Abbildung 5). Dies ist praktisch, um die Umgebungsbedingungen vor, während und nach dem Aufbringen der Beschichtung vollständig aufzuzeichnen.

Abbildung 5 - Digitale Aufzeichnung aller fünf Umgebungsbedingungen in vom Benutzer ausgewählten Zeitintervallen.

Ta-Lufttemperatur, Ts-Oberflächentemperatur, Td-Taupunkt-Temperatur-Delta zwischen Oberflächen- und Taupunkttemperatur, relative Luftfeuchtigkeit.

All-in-One-Instrumente bieten normalerweise eine hohe Genauigkeit, Einfachheit und eine schnellere Reaktion als mechanische Methoden. Ihre einfache Einhandbedienung ist praktisch, wenn Sie eine Leiter oder ein Gerüst besteigen oder entfernte Orte und kleine, schwer zugängliche Bereiche erreichen. Die Ausgabe auf dem Display erfolgt schnell und kontinuierlich.

Ein weiterer Vorteil, den digitale Instrumente bieten, besteht darin, dass sie das Rätselraten erheblich vereinfachen. Viele Modelle verfügen über Alarme, die den Benutzer automatisch benachrichtigen, wenn die Oberflächentemperatur zu nahe an der Taupunkttemperatur liegt. Dieses Merkmal signalisiert das hohe Risiko der Feuchtigkeitsbildung. Die meisten werden in Celsius- oder Fahrenheit-Einheiten angezeigt. Einige zeichnen den Oberflächentemperaturwert erst auf, nachdem sich dieser Wert stabilisiert hat. Mit anderen Worten, berühren Sie eine kalte oder heiße Oberfläche, und das Instrument misst den Temperaturwert, wenn er auf die tatsächliche Oberflächentemperatur abfällt oder steigt. In wenigen Sekunden piept das Messgerät und friert die Anzeige ein, sobald das Messgerät feststellt, dass sich der Messwert stabilisiert hat. Dies ist besonders praktisch, wenn Sie entfernte Bereiche messen, in denen das Display schwer oder gar nicht sichtbar ist.

Verweise

1. ASTM D3276-00, „Standardhandbuch für Lackierinspektoren (Metallsubstrate)“ (West Conshohocken, PA: ASTM 2000)

2. ISO 8502-4: 1993, „Vorbereitung von Stahlsubstraten vor dem Auftragen von Farben und verwandten Produkten - Prüfungen zur Beurteilung der Oberflächenreinheit - Teil 4: Leitlinien zur Abschätzung der Kondensationswahrscheinlichkeit vor dem Auftragen von Farbe“ ( Genf, Schweiz: ISO, 1993)

3. ASTM E337-02, „Standardtestmethode zur Messung der Luftfeuchtigkeit mit einem Psychrometer (Messung der Feucht- und Trockentemperaturen)“ (West Conshohocken, PA: ASTM 2002)