JP4466466B2 - 耐候性試験方法及び耐候性試験装置 - Google Patents

Description

本発明は、屋根材や外装材等の耐候性を人工的環境下で試験する耐候性試験方法に関し、特に試料の表面に結露を生じさせる過程に特徴を有する耐候性試験方法に関する。

建物の屋根材や外壁材として利用される各種の金属材料、無機質材料、有機質材料等（以下、これらを「外装材料」と総称する。）の耐候性試験方法として、温湿度の制御可能な試験槽内に上記外装材料の試料を定置し、さまざまな温湿度条件下で、メタルハライドランプや紫外線ランプその他の光源による光の照射や、シャワーによる散水等を繰り返し、試料を人工的に劣化させて耐候性を評価する方法がよく知られている。

かかる耐候性試験においては、外装材料の表面塗膜を劣化させたり、金属材料を腐食させたりする因子として、結露の影響も重要視される。かかる観点から、試料の表面に人工的に結露を発生させる方法も提案されているが、試験槽内を高温多湿に保ちつつ、試料台に設けた冷却装置を用いて試料を裏面から冷却することにより、試料の表面に結露を生じさせる方法が一般的である（例えば特許文献１〜４等）。
特開昭６２−２９７７４４号公報 特開平４−１２２４９号公報 特公平２−４３１３３号公報 特公平８−１４５３０号公報

上記のように試料を裏面から冷却する方法を採る場合、金属板のような熱伝導率の高い外装材料であれば、その表面にも容易に結露するが、試料が断熱材を積層した複合材や多孔質材料など熱伝動率の低い外装材料であったり、試料の厚みが大きくなったりすると、上記のような方法では試料の表面温度がなかなか低下しないので、結露が生じにくい。

また、実際の屋根材や外壁材では、それらの裏面が冷却されて結露するのではなく、朝方、気温が上昇して絶対湿度が上がりはじめたときに、夜間に冷やされていた屋根材や外壁材の表面温度の上昇速度が気温の上昇速度よりも遅れ、屋根材や外壁材の表面が露点温度以下になって結露する。したがって、上記のような試験方法において、例えば試験槽内の気温５０度、湿度９８％といった高温多湿の環境下で結露を発生させることは、実際の状況とは結露発生原理が大きく相違することなる。

本発明は、かかる問題点に着目してなされたもので、熱伝導率の低い外装材料であっても、より実際に近い状況で、自然な結露を発生させることのできる耐候性試験方法と、該試験方法に適した耐候性試験装置を提供するものである。

上記した目的を達成するため、本発明の耐候性試験方法は、加湿ヒータの加熱によって水蒸気を発生させる加湿手段と、攪拌ファンの運転によって試験槽内の空気を循環させる空気攪拌手段とが収容された試験槽内に外装材料の試料を定置し、試験槽内を一定時間、低温高湿状態に保持して、試料全体を表裏均一に冷却した後、攪拌ファンを停止した状態で加湿ヒータを加熱して、試験槽内を加湿しつつ、室温を上昇させ、試験槽内の湿度及び温度が上昇しはじめて所定時間経過してから攪拌ファンを運転することにより、試料表面の温度上昇を室温上昇よりも遅らせて試料の表面に結露を発生させることを特徴とする。

この試験方法において、低温高湿状態とは、室温が概ね１５℃以下、湿度が概ね９０％以上の状態とし、この低温高湿状態を保持する時間は、試料の材質にもよるが、概ね１時間以上とする。また、加熱ヒータを加熱しはじめてから攪拌ファンを運転するまでの時間差は、試験槽の容量にもよるが、概ね５分ないし１０分とする。攪拌ファンの運転開始が早すぎると、加湿ヒータが十分に温まって湿度が上昇しはじめるまでに試料の表面温度も上昇することとなり、反対に攪拌ファンの運転開始が遅すぎると、試験槽内が必要以上に高温多湿となるからである。

この試験方法によれば、加湿ヒータの加熱運転によって試験槽内の絶対湿度が上昇する状況で、試験槽内の室温よりも試料表面の温度上昇が遅れるため、試料表面が露点温度以下になって結露する。このようにして生じる結露は、試料の小口や周縁部よりも比較的、温度上昇が遅い中間部に発生しやすく、この点でも実際の自然環境下で生じる結露と酷似したものとなる。

また、本発明の耐候性試験装置は、外装材料の試料を定置させうる試験槽内に、光源と、加湿ヒータの加熱によって水蒸気を発生させる加湿手段と、攪拌ファンの運転によって試験槽内の空気を循環させる空気攪拌手段とが収容された耐候性試験装置において、加湿ヒータの加熱運転開始後、攪拌ファンの運転を所定時間だけ停止させうる制御モードが設けられたことを特徴とする。

この試験装置によって、上記試験方法を好適に実施することができる。なお、ここで、光源とは、メタルハライドランプ、紫外線ランプ、キセノンランプ、カーボンアーク等の、耐候性試験において用いられる一般的な光源を包括するものであり、特にその種類は限定しない。また、試験槽内には、上記以外に散水装置等の付加設備が設けられていてもよい。

上述のように構成される本発明の耐候性試験方法によれば、試料の厚みが大きかったり、熱伝導率が低かったりする場合でも、実際に近い状況で、表面に自然な結露を発生させることのことができる。したがって、自然環境下での実際の劣化に近似した劣化状態を再現することができる。

以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。

図１〜図３は、本発明の耐候性試験に使用する試験装置の構成例を示す。

符号１は試験槽で、前面側が開閉可能になっている。試験槽１内の前方寄りには、試料の載置角度を調整しうる試料台２が設けられている。試料台２の上方には光源３と、散水用のシャワーノズル４が取り付けられている。試験槽１内の奥寄りには、加湿ヒータ５、冷却コイル６、左右２個の攪拌ファン７が設置されている。２個の攪拌ファン７は、図３に示すように、回転方向が互いに逆向きになるように取り付けられている。符号８は攪拌ファン７を駆動させるためのモータであり、符号９は電気部品盤である。

試験装置の前面には、ディスプレイ付き操作パネル１０と記録装置１１が取り付けられている。また、試験装置の下方には、冷凍機１２、光源用電源装置１３が設置され、側方には水タンク１４が設置されている。また、背後には排熱ブロア１５が設けられている。

これらの機器・装置類の種類や配置は一例であって、特にこの形態に限定されるものではないが、本発明に係る耐候性試験装置の要部は、試験槽１内に加湿ヒータ５と攪拌ファン７が設置され、少なくとも攪拌ファン７が、加湿ヒータ５と連動しないで運転しうるように設定されている点にある。

次に、このような耐候性試験装置を使用して試料に結露を生じさせた試験結果について説明する。

実施例１として、表面にアクリルエマルジョン塗装を施したサイディングボード（厚さ１６ｍｍ）に対する耐候性試験を行った。試験装置の光源にはメタルハライドランプを用いた。

まず、照射モードとして、４時間の光源照射を実施した。この照射モードにおける試験槽内の室温は６３℃、相対湿度は５０％に保持した。

続いて、光源照射を切り、冷却モードに移行した。冷却モードでは、室温１５℃。相対湿度９５％の状態を１時間保持した。

続いて、結露モードに移行した。結露モードでは、攪拌ファンを停止したままの状態で加湿ヒータを加熱し、加熱開始から５分後に攪拌ファンを運転して、相対湿度を９５％に保持しままま、室温を３０℃まで上昇させた。

この結果、結露モードに切り替えてから約４分後に、試料の小口近傍を除く表面ほぼ全体にわたって、細かい結露が確認された。さらに、結露モードに切り替えてから１０分後には、試料の表面ほぼ全体にわたって結露の粒径の増大が確認された。
［比較例１］
実施例１との比較のため、実施例１と同じ試料に対し、同じ試験装置を用いて、同じ照射モードを保持した。

続いて、光源照射を切り、冷却モードを経ずに結露モードに移行した。この結露モードでは、加熱ヒータを加熱しはじめると同時に攪拌ファンを運転して、相対湿度を９５％に保持しままま、室温を３０℃まで上昇させた。

この結果、試料台には結露が生じたが、試料の表面には結露が生じなかった。
［比較例２］
実施例１と同じ試料に対し、同じ試験装置を用いて、同じ照射モードを保持した。

続いて、光源照射を切り、冷却モードに移行した。冷却モードでは、室温１５℃。相対湿度９５％の状態を１時間保持した。

続いて、結露モードに移行した。この結露モードでも、加熱ヒータを加熱しはじめると同時に攪拌ファンを運転して、相対湿度を９５％に保持しままま、室温を３０℃まで上昇させた。

この結果、試料台には結露が生じたが、試料の表面には結露が生じなかった。

実施例２として、耐候性試験装置における攪拌ファンの運転をタイマー制御しうるように設定し、実施例１と同じ試料に対して、反復的な耐候性試験を行った。試験装置の光源にはメタルハライドランプを用いた。

反復サイクルは、照射モード４時間、冷却モード１時間、結露モード３時間の順とした。照射モードは室温６３℃、相対湿度５０％とし、冷却モードは、室温１５℃。相対湿度９５％とした。結露モードでは、攪拌ファンを停止したままの状態で加湿ヒータを加熱し、加熱開始から７分後に攪拌ファンを運転して、相対湿度を９５％に保持しままま、室温を３０℃まで上昇させた。

この反復サイクルを通算４００時間継続し、２００時間経過時及び４００時間経過時の試料表面における光沢保持率、色差を調べた。
［比較例３］
実施例２に対する比較例として、同じ試料及び試験装置を使用し、反復サイクルの異なる耐候性試験を行った。反復サイクルは、照射モード４時間、結露モード４時間の順とした。照射モードは室温６３℃、相対湿度５０％とし、結露モードは、加熱ヒータを加熱しはじめると同時に攪拌ファンを運転して、相対湿度を９５％に保持しままま、室温を３０℃まで上昇させた。

この反復サイクルを、実施例２と同様に通算４００時間継続し、２００時間経過時及び４００時間経過時の試料表面における光沢保持率、色差を調べた。

実施例２及び比較例３の結果を表１に示す。

表１に示すように、実施例２と比較例３とでは通算の光源照射時間が等しいにもかかわらず、結露の影響によって、実施例２のほうがチョーキングの程度が大きく、光沢保持率が低下して色差が大きくなった。この結果より、本発明の耐候性試験方法によって結露が生じやすくなり、より実際に近い劣化状態を再現できることが確認された。

本発明の実施形態に係る耐候性試験装置の側面略図である。 同じく、正面図である。 同じく、上面図である。

符号の説明

１ 試験槽
２ 試料台
３ 光源
５ 加湿ヒータ
７ 攪拌ファン

Claims (2)

1. 加湿ヒータの加熱によって水蒸気を発生させる加湿手段と、攪拌ファンの運転によって試験槽内の空気を循環させる空気攪拌手段とが収容された試験槽内に外装材料の試料を定置し、
   試験槽内を一定時間、低温高湿状態に保持して、試料全体を表裏均一に冷却した後、
   攪拌ファンを停止した状態で加湿ヒータを加熱して、試験槽内を加湿しつつ、室温を上昇させ、
   試験槽内の湿度及び温度が上昇しはじめて所定時間経過してから攪拌ファンを運転することにより、試料表面の温度上昇を室温上昇よりも遅らせて試料の表面に結露を発生させることを特徴とする耐候性試験方法。
2. 外装材料の試料を定置させうる試験槽内に、光源と、加湿ヒータの加熱によって水蒸気を発生させる加湿手段と、攪拌ファンの運転によって試験槽内の空気を循環させる空気攪拌手段とが収容された耐候性試験装置において、加湿ヒータの加熱運転開始後、攪拌ファンの運転を所定時間だけ停止させうる制御モードが設けられたことを特徴とする耐候性試験装置。

Images