屋外暴露試験とは？

屋外で使われるどのような製品も自然界の太陽光、気温の変化、雨や風などが劣化させます。劣化の種類としては、外観の劣化（変色、光沢、剥離、ひび割れなど）、形態の劣化（密度・結晶化度の増減）、物性（熱的性質、力学特性など）、化学変化（結合の切断、架橋・側鎖の反応、官能基の変化など）などが挙げられます。
このように材料が実際に屋外環境でどのように劣化していくのか、製品の研究開発段階にてその情報を知ることは非常に重要です。なぜなら、製品が市場に出る前の品質リスクを知ることができ、その製品の耐用年数や寿命を精確に把握することができるからです。このような試験方法は屋外暴露試験と呼ばれており、国内でももちろん、海外でも様々な業界の企業が実施しています。

屋外暴露試験にあたって、どこで試験を実施するか考慮する必要があります。地域によって紫外線量や気温、降水量は大きく異なり、それによって劣化モードや促進性にも差が生まれます。
また、その試験場にて常に気候の様々な情報を観測されていると好ましいです。それらのデータはどのような環境で暴露試験しているのかを明確にし、耐候性試験機による試験結果との比較や劣化要因の推定に用いることができます。

Q-Lab社では米国フロリダ州・アリゾナ州の2サイトに屋外暴露試験場を所有しており、ISO17025認定を受けているラボになります。屋外暴露試験のご依頼はもちろん、測色・光沢測定、各種物性値の特性評価、写真撮影など評価サービスもしております。

なぜフロリダ屋外暴露試験場が選ばれるのか？

米国フロリダ州の気候は亜熱帯地域特有の高温度かつ高湿度、降雨量が非常に多いことで知られています。それに加えて強い日光もあるため劣化を促進させるにあたって重要な「光・熱・水」の3要素がバランスよく存在する気候です。バランスがとれているため精確な試験結果が得やすく、フロリダでの1 年間の屋外暴露試験は他の地域における試験の数年分の劣化に相当することもあるといわれています。そのような気候条件のため80年以上前から屋外暴露のベンチマーク試験場として知られています。屋外暴露試験方法はJIS, ISO, ASTMなどの国際的試験規格や自動車OEM試験規格、SAE, AAMAなど様々な試験規格に策定されていますが、フロリダサイトでの試験が最も多く推奨されています。

フロリダ試験場では以下のような劣化モードを再現するにあたって有効といわれています。

• 変色、色あせ、光沢値低下
• ひび割れ、剥離、チョーキング（白亜化）、ブリスター（ふくれや気泡）
• 機能的強度の低下と物理的劣化
• コーティング、建築資材、プラスティックのような湿気に弱い製品
• カビ、白カビ、菌類、藻を含む生物分解
• 促進腐食試験

Q-Lab社のフロリダ屋外暴露試験場は世界最大の敷地面積を誇ることで有名です

Q-Lab社フロリダ屋外暴露試験場が全米放送のニュースで取り上げられたときの様子。

なぜアリゾナ屋外暴露試験場が選ばれるのか？

米国アリゾナ州の気候は砂漠地域特有の高温度かつ低湿度、降雨量が非常に少ないことで知られています。それに加えてじりじりと照りつける非常に強い太陽光で紫外線量が非常に強いことが特徴的です。フロリダサイトと比較すると太陽光の照射量は20%以上強く、年間平均温度は10℃以上高いため、太陽光と熱の劣化促進が期待されます。このような気候のためアリゾナでは促進性を狙うことができ、長寿命の耐久消費財が試験されることが多いです。その関係で自動車や建材などの試験規格でよく規格化されています。

アリゾナ試験場では以下のような劣化モードを再現するにあたって有効といわれています。

• プラスチックの機能的強度の低下や物理的劣化
• 熱膨張効果やCTE（熱膨張率）のずれ
• 最大耐熱度調査
• 変色、色あせ、光沢値低下
• 自動車部品や標識の亀裂、ゆがみ、熱老化

アリゾナ試験場の様子

また、アリゾナでは一日中照らされ続ける強い照度の太陽光を用いて特殊な促進試験にも対応しています。

Q-Trac^®(キュートラック)太陽追跡集光型屋外促進暴露試験

建材や車関係のパーツでの屋外暴露試験は求められる耐久年数が非常に長いため、屋外暴露試験では数十年にわたる非常に長い期間を要します。Q-Trac太陽追跡集光型屋外促進暴露試験は、10枚のフレネル反射鏡を搭載しており、その反射光を集光させることで、サンプルに屋外環境における8倍もの照射量を与えることができる装置です。また、その光は自然環境の太陽光を用いるため、ある程度の屋外との相関性を担保しつつ促進試験に似た試験結果を迅速に提供します。

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Q-Trac^®動作時の様子