Az alábecsült veszélyforrás

Az EN 13859-1-es szabvány nemcsak az alátéthéjazatok funkciója szempontjából fontos tulajdonságokat rögzíti, hanem az e tulajdonságok méréséhez alkalmas vizsgálati módszereket is. Ezzel biztosítható, hogy a különböző termékek teljesítménynyilatkozataiban megjelenő tulajdonságok összehasonlíthatóak legyenek. A legnagyobb kihívás a szabvány készítésénél a hosszú élettartamra tervezett termékek „mesterséges öregítés” utáni öregedésállóságának vizsgálata volt. Ugyan ezt is szabványos vizsgálattal tesztelik, de ez mégiscsak termékspecifikus vizsgálat, amely a felhasználás során fontosnak ítélt öregítő körülményeket, paramétereket és vizsgálati időt foglalja magában. Az elvárás szerint a természetes öregedési folyamatot kell a lehető legrövidebb idő alatt szimulálni.

Pozitív példa: a 84 hetes terhelést követően sem változott a dinamikus vízoszlopnyomásnak való ellenállás

 

A mesterséges öregítési eljárás nem elegendő

Az alátétfóliák termékszabványának kidolgozásakor viszonylag kevés ismeret állt rendelkezésre e fóliák hosszú távú öregedési viselkedéséről. A mai napig érvényes, 2011-ben kiadott szabvány két különböző vizsgálatot ír elő: egyrészt mesterséges UV-sugárzással (336 óra) a lefedésig tartó viszonylag rövid időintervallumot, másrészt melegben történő tárolással (90 nap, 70 °C) a teljes lefedett életciklust vizsgáltatja. Ezen öregedésszimuláció a mai napig nem változott.

Évek során derült csak ki, hogy nem mindegyik, a szabványos vizsgálaton jól szerepelt termék rendelkezik a gyakorlatban elegendően hosszú idejű öregedésállósággal. Ezek közül számos esetben – mivel a fólia rögtön fedés alá került – semmiképp sem érhette a fóliát UV-sugárzás. Ezzel az UV-sugárzás mint fő ok kiesett. Ezért a fólia tönkremenetelének oka úgymond „a fedés alatt” kell legyen. Úgy tűnik, hogy a szabvány szerinti mesterséges öregítés nem kielégítően képezi le a valóságos öregedési folyamatot.

24 hetes terhelésnek kitett próbadarab, a takart szegélyek sérülésmentesek

 

Hatások az ellenléc által létrehozott térben

A Dörken – az alátétfóliák fejlesztésében szerzett több mint 60 éves tapasztalatával – néhány éve megkezdte a különböző tetőkonstrukciók ellenléceinek környezetében uralkodó klimatikus viszonyok elemzését, és a klimatikus viszonyok fóliákra való hatásának tüzetesebb vizsgálatát.

Az ellenléc síkjában mértük a hőmérsékletet, a páratartalmat és a légmozgást is. Rendszeresen megfigyelhető volt, hogy a tetőfelületre jutó napsugárzás erősödésével a fedés alatti légsebesség növekszik. Az 1 m/s-os légsebesség egyáltalán nem volt ritka. Az ellenléc mentén létrejövő viszonylag magas légsebesség okozójaként a napsugárzás volt azonosítható, az általa létrehozott felhajtó erő (termik) miatt. Azonban azt is kimutattuk, hogy borús napokon is hasonló mértékű légmozgás alakul ki a fólia fölött. Ebben az esetben a szél a mozgató erő, amely egyrészt az ereszvonali beszellőzőnyílásba áramolva, másrészt a gerinc fölött tovaáramló levegő szívóhatása (Bernoulli-törvény) miatt kényszeríti a levegőt mozgásra, vagyis „kéményhatás” jön létre a héjalás és a fólia között.

Az ellenlécek mentén létrejövő légmozgással kapcsolatos ismeret egyáltalán nem új: többek között Liersch is írt már erről, 1986-ban, valamint a Holzforschung Austria (Osztrák Faipari Kutató) is foglalkozott röviden a témával, és közelebbről megvizsgálta a magastetőkben kialakuló termikus felhajtóerőket befolyásoló tényezőket.

Tipikus sérülés, az oxidált membrán a W1-es követelményt már nem tudja kielégíteni

 

Hogyan befolyásolja a légmozgás az öregedési folyamatot?

A tetőkön történt vizsgálatok során a legkülönbözőbb fóliákat 70 °C-os hőmérséklettel és különböző légmozgással terheltük. A közel kétéves időszak alatt rendszeres időközönként kivett mintákon vizsgáltuk a terhelhetőséget, folyamatosan növekvő vízoszlopnyomással (dinamikus vízoszlop). A dinamikus vízoszlop bevált eszköznek bizonyult az öregedés megjelenítésére: a műanyagok progresszív öregedési folyamatai együtt járnak a rugalmasság és a szakítószilárdság csökkenésével, amit ridegedésnek is szoktak nevezni. Ez a csökkenő nyomásállóság a vékony fóliáknál vagy membránoknál az egyre kisebb vízoszloppal szembeni ellenállásból könnyen felismerhető, holott tudjuk, hogy a vízzáróság a legfontosabb terméktulajdonság egy alátétfóliánál, amelynek a tető teljes élettartama alatt kellő mértékben biztosítottnak kell lennie.

Az ábra az idő függvényében mutatja a vízoszlopmagasság csökkenését 3 különböző légsebesség mellett. Példaként vettek egy általános, kereskedelemi forgalomban kapható fóliát, amely a gyakorlatban, szakszerűen beépített tetőben 3 év után elvesztette vízzáróságát (szabvány szerinti követelmény: W1, 200 mm vízoszlop terhelés 2 órán át). A piros görbe a levegőmozgás nélküli – pontosabban 0,05 m/s-nál kisebb, vagyis elhanyagolható légmozgás melletti – magas hőmérsékleten tartás (öregítés) során bekövetkező állapotváltozást mutatja. Gyakorlatilag ez az EN 13859-1 (2010) szerinti vizsgálatnak felel meg. 70 hét után gyorsuló ütemben érhető tetten az öregedés. Azaz a termék nem képes oly mértékben ellenállni a vízoszlopnak, mint új korában, és a megindult öregedési folyamat miatt egyre kisebb vízoszlopnyomást sem képes megtartani. Körülbelül 2 éves – az aktuális szabványnak megfelelő – mesterséges öregítés után teljesen tönkremegy a termék, a valóságban ennél a fóliánál ez mindössze 3 év alatt bekövetkezett. Amennyiben megemeljük a légsebességet a teljes mesterséges öregítési folyamat alatt 0,3 m/s-ra (ez a hagyományos öregítő kemencék maximális légsebessége), a légmozgás jelentős hatása azonnal láthatóvá válik (zöld görbe). Ebben az esetben mindössze hat hónapos mesterséges öregítés után a termék minősége romlani kezd, ami körülbelül egy év múlva a vízzáróság elvesztéséhez vezet. Itt bele is ütközünk a szabványos mesterséges öregítés korlátjába: egy év mesterséges öregítés szükséges ahhoz, hogy hároméves valós élettartamot tudjunk valószínűsíteni – ez azt jelenti, hogy 25 éves tetőélettartam esetén extrapolálva legalább nyolcéves vizsgálatot kellene elvégezni; ez kevéssé életszerű, és nem is elfogadható.

 

Orkán a kemencében

E probléma megoldásához az egyik vezető iparikemence-gyártóval kifejlesztettünk egy új öregítő kemencét, amely az átlagos 5 m/s légsebességével lényegesen erősebb légmozgást tesz lehetővé, mint a hagyományos standard kemencék. A kiválasztott fóliát (mint fentebb) ilyen körülmények között tesztelve (kék görbe) már egy mérsékeltebb, hat-nyolc hetes időintervallumban lejátszódik az öregedési folyamat.

Öregítő kemence, 5 m/s légsebességgel (orkánkemence)

Egy termék öregedése – ami a gyakorlatban három év után ment tönkre – már ezen rövid idő alatt is kimutatható, míg a szabványos mesterséges öregítéssel ez csak két év alatt lehetséges. Jó, de mi van azokkal a fóliákkal, amelyek 10 vagy 15 év után vesztik el funkcióképességüket? Mennyi ideig kellene általában tartania a vizsgálatnak ahhoz, hogy megfelelő öregedésállóságot lehessen bizonyítani? Itt is extrapolálhatunk, azaz, ha hároméves élettartamot 6-8 hét teszttel sikerült bizonyítani, akkor a 25 éves élettartamhoz – a biztonság kedvéért – 64 hetes mesterséges öregítési vizsgálat szükséges. Ez még mindig sok idő – de megvalósítható.

A Dörken egy ilyen vizsgálati módszert „szabványosított”, azaz rögzített egy EAD-ban (Europian Assesment Document – Európai Értékelési Dokumentum) az alátéthéjazatok légmozgással szembeni hosszútávú ellenállásának értékelésére, a meglévő szabványos „mesterséges öregítési vizsgálat” kiegészítéseként. A teszt már elérhető egy független vizsgálóintézetnél, mely lehetőséget nyújt minden gyártónak, hogy termékei öregedésállóságát igazolja vásárlói számára.

Remélhetőleg az EN 13859 szabvány jövőbeni felülvizsgálata során az eddig teljesen alábecsült légmozgást mint az alátéthéjazatok öregedését jelentősen befolyásoló tényezőt figyelembe veszik, és a „mesterséges öregítés utáni tartósság” bizonyítékaként a szabvány szerves részévé válik.

 

Dr. Ronald Flaig
innovációs projektvezető, Dörken GmbH & Co. KG, Herdecke