Etude de la durabilité aux UV de membranes PVC par une exposition artificielle accélérée
Étude menée par le CNEP à la demande d’un client pour vérifier la photostabilité de 3 nouvelles membranes PVC.
Contexte
Un fabricant de membranes PVC * développant 3 nouvelles formulations de ses produits veux en vérifier la bonne tenue en conditions extérieures pour une durée de 20 ans.
Problématique
Le PVC étant un matériau très sensible aux conditions extérieures s'il n'est pas bien stabilisé le client souhaite s'assurer de la bonne maitrise de ses nouvelles formulations et de la bonne photostabilité à long terme, que ce soit en oxydation mais également en évolution de teintes.
Intervention du CNEP
Des échantillons des 3 membranes sont photovieillis en enceinte SEPAP 12/24 en accord avec la norme EN 16472:2014 dans les conditions suivantes:
- 4 lampes à vapeur de mercure moyenne pression filtrées,
- irradiance UV de 95 +/-10 W/m2 sur le domaine 300-400 nm, équivalente à 1,5 fois l'irradiance UV solaire maximale,
- température d'échantillons de 60 °C,
- atmosphère anhydre, pas d'aspersion d'eau.
Le vieillissement des matériaux est conduit sur une durée totale de 5000 heures, équivalente à 20 années d'exposition naturelle continue (sous un climat de type Floride).
L'influence de l'eau sur le vieillissement est prise en compte par des immersions périodiques de 1 heure dans de l'eau déminéralisée à 40 °C toutes les 250 heures, soit un total de 20 hydrolyses sur la durée de l'essai.
- spectrométrie IRTF en mode photo-acoustique (analyse des 10-15 premiers microns), en accord avec la norme ISO 10640:2011.
La spectrométrie IRTF est une technique permettant de caractériser les modifications chimiques résultant du vieillissement, et en particulier les phénomènes d'oxydation. Ces mesures sont à la base des projections de durabilité en usage.
- spectrométrie UV-Visible en mode rétrodiffusion (avec détermination des paramètres colorimétriques selon le référentiel CIE L*a*b),
Ces analyses permettent d'étudier les évolutions de couleur et éventuellement la consommation de certains stabilisants UV.
- microscopie optique avec enregistrement de photomicrographies.
Ces observations permettent de mettre en évidence d'éventuelles dégradations physiques résultant de l'exposition (microfissures, trous, érosion...).
Les mesures sont effectuées après 0, 500, 1250, 1750, 2500, 3000, 3750, 4250 et 5000 heures.
Compte tenu de la durée longue de l'exposition (5000h = 7 mois) un bilan succinct est communiqué par email au client après 2500 heures d'exposition
Ce protocole de photovieillissement a mis en évidence un comportement photochimique globalement satisfaisant des 3 membranes PVC.
Par conséquent, en conditions d’usage sous un climat de type Floride, ces 3 membranes ne devraient pas subir de dégradation physique ou d’aspect majeure, avant au moins 20 ans d’exposition continue. On notera cependant qu’une légère dégradation d’aspect, très peu perceptible visuellement, et à priori sans conséquence physique notable, est susceptible d’affecter la membrane 1, typiquement à partir de 10 ans d’exposition naturelle, du fait d’une microfissuration superficielle plus avancée que pour les autres membranes.
Résultats
En confiant l’évaluation en photovieillissement de trois nouvelles formulations de membranes PVC au CNEP, le client a pu vérifier la stabilité de ses matériaux et anticiper leur tenue en extérieur sur une durée d’usage ciblée de 20 ans.
Les résultats obtenus ont mis en évidence un comportement photochimique globalement satisfaisant, lui permettant de :
- valider la durabilité attendue de ses membranes en conditions climatiques exigeantes de type « Floride »,
- se rassurer quant à l’absence de dégradations physiques ou d’altérations majeures d’aspect avant au moins 20 ans d’exposition continue,
- identifier une légère évolution esthétique possible sur l’une des formulations, sans conséquence notable sur les performances du matériau,
- et disposer d’éléments objectifs pour orienter ses choix de formulation et sécuriser la mise sur le marché de ses produits.
Chiffres clés
- Budget: environ 8000€
- Prise en charge: à réception
- Délais de réalisation: 8 mois (+5000h en exposition)