Color Control of Extruded Parts - Profiles

You are looking out of your window directly onto your beautiful terrace. Both, window profiles as well as decking material, have been selected from most modern materials and with great attention to the detail. Now, what does this have to do with color & appearance control? A whole lot!

Plastic is the most versatile and important material in today’s world. In the past plastic products were often considered as cheap and having inferior quality. This image has completely changed over the years and depending on the application it might be preferable compared to a natural product. For example more than 50 % of all installed windows worldwide are made of plastic – a trend consistently growing. Development of new, innovative plastic materials is especially demanded for outdoor applications. Thermoplastic WPC (wood-plastic composites) products have only been in existence for a few years and are gaining rapidly market share. Manufacturers use the feature “consistent color and gloss over 10/15/20 years” as an essential quality criteria to differentiate themselves from competition. Thus, weathering resistance needs to be carefully and objectively tested.

Weathering Ageing Test

Weathering is a routine performance test to determine durability of plastics under extreme weather conditions. The most popular areas for weathering studies are located in Arizona and South Florida. Samples can also be placed into weathering chambers performing accelerated tests to simulate changes in temperature, humidity and UV levels.

When plastics are used outdoors, weathering can damage general polymer properties. Most of the damage in plastics results from UV radiation. The extend of degradation varies depending upon the resin system, additives, colorants, stabilizers and processing conditions.
Typical effects may include:

Surface Chalking
Color & Gloss changes
Embrittlement

Some colorants such as Carbon Black are UV absorbers which act as UV stabilizers. Other colorants which are not UV stable will undergo degradation and pigments and dyes will change color. Inorganic pigments tend to turn dark and dull, while organic pigments and dyes tend to fade in color. Thermoplastic and thermoset resins degrade and typically yellow upon exposure. The color would usually appear lighter in the L* value and yellower in the b* value.

Gelbgrad

Für nahezu weiße oder farblose Produkte – wie Fensterrahmen – kann eine eindimensionale Kennzahl aus den Spektraldaten kalkuliert werden, der sog. Vergilbungsindex oder Gelbgrad (ASTM E313-73). Dieser Index misst den Grad, wie weit sich die Farbe einer Probe vom idealen Weiß entfernt hat. Je größer der Wert, desto Gelber erscheint die Probe.

Typischerweise wird zunächst der Gelbgrad des Standards gemessen und als Referenz gesetzt. Proben (oder Änderungen des Standards) werden zu dieser Referenz verglichen und die Differenzen entsprechend kalkuliert. Positive Werte zeigen an, dass die Probe gelber ist als der Standard, negative Werte verweisen auf einen geringeren Gelbgrad.

Sehr häufig erscheinen solche Proben jedoch nicht nur gelber, sondern zeigen zusätzlich einen maßgeblichen Unterschied im Farbton und Helligkeit. Darum werden zur vollständigen Beschreibung des Farbunterschiedes von nahezu weißen oder farblosen Produkten die drei Maßzahlen ΔL*, Δa*, Δb* immer häufiger herangezogen.

Messung von gekrümmten Produkten

Gekrümmte Kunststoffprodukte wie Rohre reflektieren Farbe anders als flache Proben. Trifft Licht auf eine gekrümmte Oberfläche, wird die Reflexion des Lichts von der Krümmung abgelenkt. Um die Farbe exakt zu bestimmen, muss jedoch das gesamte, von der Probe reflektierte Licht erfasst werden.

Der Krümmungsradius der zu messenden Probe sollte den Durchmesser der Messöffnung mindestens um das Zehnfache übertreffen, um gute Messergebnisse zu erzielen. Falls dieses Verhältnis nicht eingehalten werden kann, wird empfohlen einen Probenhalter zu verwenden, der die Probe möglichst flach gegen die Messöffnung drückt. Zusätzlich sollte der Probenhalter als Sperre gegen einfallendes Fremdlicht fungieren.

Es empfiehlt sich eine Mittelwertbildung über verschiedene Bereiche der Oberfläche, um den Gesamteindruck der Probe zu beschreiben.