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Geschrieben von Robin
Leitender Ingenieur, Doaho Test (DHT®)
Herausforderungen bei der Entwicklung neuer Materialien und der Kernwert von Umwelttests
Die Entwicklung neuer Materialien ist ein langer und unsicherer Prozess. Wissenschaftler und Ingenieure konzentrieren sich nicht nur auf die hervorragende Leistung der Materialien unter idealen Bedingungen, sondern müssen auch die Umweltbelastungen antizipieren, denen die Materialien im Laufe ihres Lebenszyklus ausgesetzt sein können. Plötzliche Temperaturänderungen, Feuchtigkeitskorrosion, UV-Alterung, Salznebel-Erosion - diese Faktoren können zu Materialalterung, Leistungsverlusten oder sogar kritischen Fehlfunktionen führen. Vor diesem Hintergrund wird der Wert des environmental chamber deutlich.
Praktische Anwendungen von Umweltprüfkammern bei der Entwicklung neuer Materialien
In der F&E neuer Materialien ist die Rolle einer Umweltprüfkammer nicht nur auf die Simulation von Umweltbedingungen beschränkt, sondern auch ein entscheidendes Werkzeug zur Identifizierung von Problemen, Validierung von Leistungen und Optimierung von Lösungen.
Bewertung der Umweltanpassungsfähigkeit von Materialien
Umweltprüfkammern steuern Temperatur, Feuchtigkeit und andere Parameter präzise, um die Leistung von Materialien unter verschiedenen Bedingungen systematisch zu bewerten. Zum Beispiel:
- Extremtemperaturtests: Luft- und Raumfahrtmaterialien müssen mechanische Stabilität von -55°C bis +85°C aufrechterhalten.
- Dampfhitze-Alterungstest: Elektronische Verpackungsmaterialien werden bei 85°C/85%RH getestet, um Feuchtigkeitsaufnahme und Dimensionsänderungen zu bewerten.
- Temperatur-Wechselrate-Test: Verbundwerkstoffe werden schnellen Temperaturänderungen ausgesetzt (z.B. 15°C/Min), um Widerstand gegen thermische Belastungen zu evaluieren.
Studien zum Alterungsverhalten von Materialien
Beschleunigte Alterungstests werden verwendet, um die Lebensdauer von Materialien vorherzusagen:
- Arrhenius-Modell: Durch Erhöhung der Umgebungstemperatur (60°C-150°C) wird die Materialalterung beschleunigt und mechanische/chemische Eigenschaften werden regelmäßig gemessen.
- UV-Test Alterungstests: Photovoltaikmaterialien werden in QUV-Kammern UV-Strahlung ausgesetzt, um den Bruch von Molekülketten zu simulieren.
- Zyklische Korrosionsprüfungen: Automobilmetalle werden unter Salznebel-Trocknungs-Dampfwärmezyklen getestet, um die Haltbarkeit der Beschichtung zu bewerten.
Verifizierung der Stabilität von Materialien
Umweltbelastungstests decken potenzielle Defekte auf:
- Thermozyklustests: Elektronische Keramiken durchlaufen -40°C bis +125°C Zyklen zur Überprüfung der Mikrorisswahrscheinlichkeit.
- Hoch-/Niedertemperaturlagertests: Anodenmaterialien von Lithiumbatterien werden unter extremen Lagerbedingungen getestet, um die Stabilität der Phasenstruktur zu beurteilen.
- Feuchtigkeitsempfindlichkeitstests: Kunststoffenkapsulierte Halbleitergeräte werden gemäß IPC/JEDEC MSL-Standards klassifiziert.
Charakterisierung der Leistungsfähigkeit von funktionalen Materialien
Für spezialisierte funktionale Materialien bieten Umweltkammern detaillierte Einblicke:
- Phasenwechselmaterialien: Paraffinbasierte Materialien werden auf Phasenübergangstemperatur und latente Wärme getestet.
- Formgedächtnispolymermaterialien: Wiederherstellungsgeschwindigkeit und Temperaturkorrelationen werden unter programmierten Temperaturzyklen aufgezeichnet.
- Hydrogels: Absorption und Freisetzungsdynamik werden unter Feuchtigkeitszyklen gemessen.
Multifaktor-Kombinierte Umwelttests
Komplexe reale Bedingungen werden simuliert:
- Temperatur-Vibrations-Kombinationstests: Luft- und Raumfahrt-Verbundmaterialien werden sowohl Temperaturzyklen als auch mechanischen Vibrationen unterzogen.
- Temperatur-Feuchtigkeit-Salznebel-Tests: Materialien für die Meeresbauingenieurwesen werden unter dreifacher Spannungsumgebung hinsichtlich Korrosionsraten bewertet.
- Niederdruck-UV-Test Kombinationstests: Materialien für Hochlandregionen werden gleichzeitig ultravioletter Strahlung und Niederdruckbedingungen ausgesetzt.
Standardisierte Konformitätsprüfungen
Kammern sind auch für Zertifizierungsprüfungen nach internationalen Standards von entscheidender Bedeutung:
- ISO 4892: Xenonlichtbogen-Alterungstests für Kunststoffe.
- IEC 60068-2: Umweltprüfnormen für elektronische Produkte.
- ASTM G154: UV-Alterungstests für nichtmetallische Materialien.
DHT® Umweltprüfkammern
Als Benchmark-Marke für hochwertige Umwelttestausrüstung in China sind DHT® Temperatur- und Feuchtigkeitskammern in der Entwicklung neuer Materialien, Elektronik und neuen Energieindustrien weit verbreitet anzutreffen. Sie sind bekannt für präzise Kontrolle, herausragende Stabilität und intelligentes Design.
Präzise und Umfassend Umwelt Simulation
DHT®-Kammern verfügen über ein unabhängig entwickeltes intelligentes Kontrollsystem und ein fortschrittliches Luftzirkulationsdesign, das Temperaturen von -70°C bis +180°C und Feuchtigkeitsbereiche von 10% bis 98% RH abdeckt. Mit einer Temperaturgleichmäßigkeit von nur ±0,5°C gewährleisten sie hochgradig zuverlässige und wiederholbare Testdaten für die Materialentwicklung.
Außergewöhnliche Stabilität und Haltbarkeit
Kernkomponenten wie Kompressoren und Sensoren stammen von internationalen Marken und gewährleisten langfristige Stabilität. Mit verlängerter Lebensdauer können diese Kammern den Anforderungen intensiver F&E-Tests standhalten.
Intelligente Kontrolle und effizientes Management
Ausgestattet mit einem Farb-Touchscreen und einem PLC-Kontrollsystem unterstützen DHT®-Kammern Programmbearbeitung, Fernüberwachung und Datenexport. Standardmäßiger USB-Speicher ermöglicht Echtzeit-Datenaufzeichnung und PC-basierter Kurvendruck. Optionales Ethernet-/Netzwerküberwachung ermöglicht Fernverwaltung und erfüllt die Anforderungen moderner Labors.
Umfassender Sicherheitsschutz
Mehrfache Sicherheitsmechanismen - einschließlich Leckageschutz, Kompressor-Überdruckschutz, Übertemperaturalarmen und Phasenfolgeschutz - gewährleisten einen zuverlässigen und sicheren Langzeitbetrieb.
Fallstudie: Wasserbeständigkeitsprüfung von Separatoren neuer Energiebatterien
Ein Forschungsinstitut, das Materialien für Elektrofahrzeug-Power-Batterien entwickelt, musste die Leistung von gängigen PP/PE-Separatoren unter verschiedenen Feuchtigkeitsbedingungen bewerten, da hohe Feuchtigkeit die Separatorleistung verschlechtern kann und zu Batterieausfällen führen kann.
Das Institut verwendete eine DHT® Temperatur- und Feuchtigkeitskammer (Modell ZHS-100HC) um systematische Bewertungen durchzuführen:
- Genaues Umweltsimulation: Experimente wurden bei 25°C mit drei Feuchtigkeitsstufen durchgeführt: 40% RH (Trocken), 70% RH (Feucht) und 95% RH (Extrem feucht).
- Langzeitstabilitätstests: Proben wurden jeweils 72 kontinuierliche Stunden unter jeder Bedingung platziert.
- Umfassende Leistungsauswertung: Nach der Behandlung umfasste die Prüfung Dickenschwankung, Porosität, Elektrolyt-Durchlässigkeit und mechanische Festigkeit.
Die Ergebnisse zeigten, dass bei 95% RH die Separatoren erheblichen Leistungsabfall erlebten: Ausdehnung, verringerte Porosität, langsamere Elektrolytdurchdringung und schwächere mechanische Festigkeit. Diese Erkenntnisse lieferten entscheidende Einblicke in die Materialauswahl der Separatoren, das wasserdichte Design von Batteriepacks und die Festlegung von Industrienormen.
Schlussfolgerung
Die Entwicklung neuer Materialien kann ohne strenge experimentelle Validierung nicht erfolgreich sein, und die Umweltprüfkammer dient als wichtige Schnittstelle zwischen Forschung und realer Anwendung. Durch präzise Umweltsimulationen hilft sie Forschern, potenzielle Probleme aufzudecken, Zuverlässigkeit zu validieren und Materialkommerzialisierung zu beschleunigen. Die Wahl einer stabilen, zuverlässigen und gut unterstützten Umweltprüfkammer erhöht nicht nur die F&E-Effizienz, sondern verschafft Unternehmen auch einen Wettbewerbsvorteil in schnelllebigen Märkten.