Beständigkeit von Kunststoffen (Zweibändige Ausgabe) (eBook)

Band 1 4
Vorwort 6
Inhaltsverzeichnis 8
1 Grundlagen der Alterung 22
1.1 Einführung in die Kunststoffe 25
1.1.1 Thermoplaste 25
1.1.2 Thermoplastische Elastomere 27
1.1.3 Elastomere 27
1.1.4 Duroplaste 28
1.2 Allgemeines, Begriffsdefinition 45
1.2.1 Begriffsdefinion Alterung 46
1.2.2 Weitere Begriffe 48
1.3 Kurzzeit- und Langzeitverhalten 49
1.3.1 Erweichungsverhalten 49
1.3.2 Alterungsverhalten 50
1.3.3 Chemische Alterungsvorgänge (Chemischer Abbau) 51
1.3.4 Physikalische Alterungsvorgänge und physikalische Alterung 52
1.4 Einflussfaktoren 55
1.4.1 Einwirkung von Temperatur 56
1.4.2 Einwirkung von Sauerstoff 64
1.4.3 Einfluss von Wasser 73
1.4.4 Einfluss von mechanischer Belastung 75
1.4.5 Einfluss der chemischen und physikalischen Struktur 78
1.4.7 Zusatzstoffe 84
1.4.8 Einwirkung von Strahlung 89
1.4.9 Atmosphärische Einwirkung 92
1.4.10 Einfluss von Chemikalien 98
1.4.11 Biologische Einflüsse 102
1.5 Vergleich Verarbeitung – Gebrauch 102
1.5.1 Alterung während der Verarbeitung 103
1.5.2 Alterung im Gebrauch 105
1.6 Lebensdauervorhersage 108
1.6.1 Voraussetzung zur Erstellung von Lebensdauervorhersagen 108
1.6.2 Modelle zur Lebensdauervorhersage 110
1.6.3 Dimensionierung entsprechend der geforderten Lebensdauer 124
2 Prüfmethoden 160
2.1 Allgemeines 163
2.1.1 Möglichkeiten der Lebensdauerprüfung 164
2.1.2 Alterungskriterien 167
2.1.3 Messmethoden 167
2.2 Bewitterung 182
2.2.1 Auswahl eines Prüfverfahrens 183
2.2.2 Einflussgrößen 184
2.2.3 Natürliche Bewitterung 192
2.2.4 Künstliche Bewitterung 195
2.2.5 Vergleichbarkeit Freibewitterung – Künstliche Bewitterung 205
2.2.6 Simulation saurer Niederschläge: ADF-Test 207
2.2.7 Belichtung und Bewitterung von Schaumstoffen 210
2.2.8 Bewitterung von Gummi 210
2.3 Beständigkeit gegen energiereiche Strahlung 213
2.4 Thermische und thermisch-oxidative Beständigkeit 214
2.4.1 Kurzzeitige Temperatureinwirkung 214
2.4.2 Langzeitige Temperatureinwirkung 214
2.5 Chemische Beständigkeit 224
2.5.1 Definition der chemischen Beständigkeit 224
2.5.2 Praxistests und Erfahrungen 225
2.5.3 Immersionsversuch 225
2.5.4 Zeitstandprüfung 227
2.5.5 Spannungsrissbeständigkeit 229
2.6 Biologische Beständigkeit 240
2.6.1 Prüfung der Beständigkeit gegen Mikroorganismen 240
2.6.2 Kompostierbarkeit von biologisch abbaubaren Kunststoffen 241
2.6.3 Bestimmung der anaeroben Abbaubarkeit von Polymeren 244
2.6.4 Biokompatibilitäts-Tests 245
2.7 Normen, UL-Karten 248
2.7.1 Normen 248
2.7.2 Plastics Recognition Yellow Cards 261
2.8 Anforderungskataloge 263
2.8.1 Apparate, Behälter, Rohre, Tanks 263
2.8.2 Bauwesen 264
2.8.3 Elektrotechnik 266
2.8.4 Automobil 267
2.8.5 Medizintechnik 276
2.8.6 Gummi- und Kunststoffschläuche 277
3 Stabilisierung 278
3.1 Grundlagen 281
3.1.1 Marktentwicklung 281
3.1.2 Grundlagen der Stabilisierung 282
3.1.3 Einflussgrößen 284
3.2 Antioxidantien 285
3.2.1 Primäre Antioxidantien (H-Donatoren und Radikalfänger) 285
3.2.2 Sekundäre Antioxidantien (Hydroperoxidzersetzer) 289
3.2.3 Bifunktionale Stabilisatoren 292
3.2.4 Stabilisatorblends 292
3.3 Thermostabilisatoren, PVC-Stabilisatoren 292
3.4 Lichtstabilisatoren 293
3.4.1 UV-Absorber 293
3.4.2 Quencher 295
3.4.3 Radikalfänger und Hydroperoxidzersetzer 295
3.5 Biostabilisatoren 298
3.6 Sonstige Stabilisatoren 298
3.6.1 Gleitmittel 298
3.6.2 Sonstige Zuschlagstoffe 298
3.6.3 Metalldeaktivatoren, Komplexbildner 299
3.6.4 Hydrolysestabilisatoren 299
3.7 Stabilisierung einzelner Polymere 299
3.7.1 Polyolefine 299
3.7.2 Styrolpolymerisate 301
3.7.3 Polycarbonat und Blends 302
3.7.4 Polymethylmethacrylat 304
3.7.5 Polyvinylchlorid 304
3.7.6 Polyoxymethylen 309
3.7.7 Thermoplastische Polyester 311
3.7.8 Polyamide 312
3.7.9 Cellulose und Derivate 318
3.7.10 Polyurethane 318
3.7.11 Thermoplastische Polyurethane 319
3.7.12 Tetrafluorethylen-Ethylen-Copolymer 319
3.7.13 Hochtemperatur-Thermoplaste 320
3.7.14 Duroplaste 323
3.7.15 Elastomere 330
3.8 Stabilisierung von Rezyklaten 331
4 Verarbeitung 334
4.1 Auswirkungen der Verarbeitung auf den Gebrauch 336
4.1.1 Einflussparameter 338
4.1.2 Verarbeitung von Thermoplasten 354
4.2 Recycling 368
4.3 Verhalten einzelner Polymere 369
4.3.1 Polyolefine 369
4.3.2 Styrolpolymerisate 378
4.3.3 Polycarbonat 382
4.3.4 Polymethylmethacrylat 383
4.3.5 Polyvinylchlorid 383
4.3.6 Polyoxymethylen 385
4.3.7 Thermoplastische Polyester 387
4.3.8 Polyamide 390
4.3.9 Fluorpolymere 394
4.3.10 Hochtemperatur-Thermoplaste 395
4.3.11 Polyurethane 397
4.3.12 Duroplaste 398
5 Anwendung 430
5.1 Werkstoffauswahl im Hinblick auf die Lebensdauer 440
5.2 Beständigkeit gegen atmosphärische Einflüsse 448
5.2.1 Einfluss von Licht: lichtinduzierter Abbau 448
5.2.2 Bewitterungsbeständigkeit einzelner Polymere 453
5.3 Beständigkeit gegen energiereiche Strahlung 547
5.3.1 Grundlagen 547
5.3.2 Wirkungsmechanismen 551
5.3.3 Einflussfaktoren 555
5.3.4 Anwendung der Bestrahlungstechnologie bei Kunststoffen 560
5.3.5 Stabilisierung und Sensibilisierung 561
5.3.6 Beständigkeit gegen energiereiche Strahlung 563
5.3.7 Verhalten einzelner Polymere bei energiereicher Strahlung 566
5.3.8 Beständigkeit gegen Laserstrahlung 589
5.3.9 Strahlung der unteren Erdumlaufbahn 590
5.4 Thermischer und thermisch-oxidativer Abbau 591
5.4.1 Dauergebrauchstemperaturen auf Grundlage von Erfahrungswerten 591
5.4.2 Begriffsklärung 593
5.4.3 Verhalten einzelner Polymere 595
5.4.4 Belastung unter kurzzeitigen Spitzentemperaturen 679
5.5 Beständigkeit gegen Chemikalieneinwirkung 683
5.5.1 Diffusionsvorgänge bei der Chemikalieneinwirkung 684
5.5.2 Einflussfaktoren 687
5.5.3 Physikalisch und chemisch aktive Medien 690
5.5.4 Spannungsrissbeständigkeit 696
5.5.5 Hydrolyse 697
5.5.6 Zeitstandverhalten 697
5.5.7 Möglichkeiten zur Verbesserung der Chemikalienbeständigkeit 705
5.5.8 Beständigkeit von Verstärkungsfasern 706
5.5.9 Verhalten einzelner Polymere 719
5.6 Biologische Beständigkeit und Bioabbaubarkeit 839
5.6.1 Grundlagen 839
5.6.2 Biologisch abbaubare Kunststoffe 852
5.6.3 Biokompatibilität und biomedizinische Anwendungen 855
5.6.4 Verhalten einzelner Polymere gegenüber biologischen Medien 864
5.7 Mechanisches Langzeitverhalten von FVK 888
5.7.1 Kriechen 888
5.7.2 Zeitstandfestigkeit 890
5.7.3 Dynamische Belastung 899
Band 2 901
Inhaltsverzeichnis 907
Kunststoffe, Gummi und deren Abkürzungen 921
Andere Abkürzungen 926
A Beständigkeitstabellen 929
A.1 Polyolefine 929
A.1.1 Resistenzfaktoren von Polyolefin-Rohren 929
A.1.2 Beständigkeitstabelle von Polyolefinen 933
A.1.3 Medienlisten des DIBt 990
A.2 Styrolpolymerisate 1001
A.2.1 Beständigkeitstabellen 1001
A.2.2 Spannungsrissauslösende Medien für Styrolpolymerisate 1021
A.3 Polycarbonat und Polymethylmethacrylat 1022
A.3.1 Beständigkeitstabellen 1022
A.3.2 Spannungsrissauslösende Medien für Polymethylmethacrylat 1024
A.4 Thermoplastische Polyester 1025
A.5 Polyoxymethylen 1036
A.6 Polyamide 1047
A.6.1 Beständigkeitstabelle von PA 6 und PA 66 1047
A.6.2 Beständigkeitstabelle von Polyamid 46, 610 und 612 1061
A.6.3 Beständigkeitstabelle weiterer Polyamide 1063
A.7 Cellulose und Derivate 1074
A.8 Polyvinylchlorid 1076
A.8.1 Resistenzfaktoren von PVC-Rohren 1076
A.8.2 Beständigkeitstabelle von PVC 1078
A.8.3 Medienliste des DIBt für PVC 1113
A.9 Polyphenylensulfid 1118
A.10 Polyetherimid 1121
A.11 Polyimid, Polyamidimid, Polyphenylenether, Polyetheretherketon 1123
A.12 Polyethersulfon und Polysulfon 1128
A.13 Fluorpolymere 1133
A.13.1 Beständigkeitstabelle von Fluorpolymeren 1133
A.13.2 Beständigkeit von PTFE (Teflon) 1140
A.13.3 Beständigkeitstabelle von PVDF 1144
A.13.4 Medienliste des DIBt für PVDF 1160
A.14 Flüssigkristalline Polymere LCP 1165
A.15 Polyurethane 1170
A.15.1 Polyurethane 1170
A.15.2 Thermoplastische Polyurethane 1174
A.16 Elastomere 1178
A.16.1 Beständigkeitstabelle von Schlauchwerkstoffen 1178
A.16.2 Beständigkeitstabellen von Elastomeren 1186
A.17 Duroplaste 1208
A.17.1 Beständigkeitstabellen von Duroplasten 1208
A.17.2 Medienlisten des DIBt für Chemieschutzschichten 1217
A.18 Chemikalienbeständigkeit in CAMPUS 1235
Literaturverzeichnis 1237
Stichwortverzeichnis 1349
Die Autoren 1392
Mehr eBooks bei www.ciando.com 0

2 Prüfmethoden (S. 142-143)

2.1 Allgemeines

In der Praxis beeinflussen Strahlung, Wärme und Luft sowie mechanische Belastungen und/oder Umgebungsmedien (Luft, Wasser, Öl etc.) die Alterung. Prüftechnisch werden deren Einflüsse auf die Alterung getrennt ermittelt, um eindeutige Aussagen über die einzelnen Einflussgrößen zu ermöglichen. Hierbei werden synergetische oder antagonistische Effekte bei gleichzeitiger Einwirkung der einzelnen Faktoren vernachlässigt. Bei den Prüfungen unterscheidet man zwischen praxisnahen und zeitraffenden Versuchen. In praxisnahen Versuchen werden die Prüfkörper den auch im Anwendungsfall vorliegenden Einflüssen ausgesetzt. Die Prüfdauer entspricht hierbei der Einsatzdauer bis zum Erreichen der kritischen Eigenschaftsänderung, kann also gegebenenfalls sehr lange sein. Zudem ist die genaue Duplizierung der Praxisbedingungen häufig problematisch, wie besonders das Beispiel der Freibewitterung zeigt. Die zeitraffenden Versuche (beschleunigte Alterung) haben daher eine weitaus größere Bedeutung. Es ist jedoch stets zu berücksichtigen, dass Versuche mit simulierten Alterungseinflüssen nur dann sinnvoll sind, wenn sich eine Korrelation zum praktischen Alterungsverhalten nachweisen lässt.

2.1.1 Möglichkeiten der Lebensdauerprüfung

Die Forderung nach immer kürzeren Prüfzeiten ist wirtschaftlich verständlich. Sie stößt aber an materialspezifische Grenzen. Für die Zeitraffung bleibt oftmals nur die Intensivierung eines oder mehrerer Einflussparameter. Das hat aber zur Folge, dass die Abbauprozesse, z. B. bei der zeitraffenden Bewitterung, nicht zwangsläufig in gleicher Weise ablaufen wie beim praktischen Gebrauch.

Die „Lebensdauer" für einen bestimmten Kunststoff kann je nach Einsatzgebiet und der besonderen Eigenschaft, welche für die Gebrauchstauglichkeit ausschlaggebend ist, sowie den zusätzlichen Anforderungen (z. B. mechanische Dauerbelastung, Wechselbiegebeanspruchung) verschieden definiert sein. Entscheidend ist, dass die im Alterungsversuch geprüfte Eigenschaft entweder unmittelbar der in der Anwendung geforderten Eigenschaft entspricht, oder zu dieser in einem eindeutigen Zusammenhang steht. Ferner muss jener Eigenschaftswert definiert sein, dessen Erreichen das Ende der Gebrauchstauglichkeit anzeigt, anstelle eines numerischen Messwertes kann dies auch ein evtl. durch ein Vergleichsmuster vorgegebener äußerer Zustand sein. Um aus den Prüfergebnissen auf die Lebensdauer bei Anwendungen zu schließen, gibt es mehrere Möglichkeiten:

. Alterung unter Simulation der Praxisbedingungen,
. zeitraffende Prüfung mit rechnerischer Extrapolation von Kurzversuchen auf Langzeiteinwirkungen oder von beschleunigenden Bedingungen auf normale Einsatzbedingungen, s. Kapitel 1.6,
. Zugrundelegung der Energie-Äquivalenzregel,
. Parallelalterung mit Vergleichssubstanzen oder Standard-Referenzmaterialien.

2.1.1.1 Simulation der Praxisbedingungen
Die Simulation der Praxisbedingungen erlaubt im Allgemeinen keine zeitraffende Ermittlung von Kennwerten, dafür liefert die Prüfzeit unmittelbar die tatsächliche Lebensdauer. Hiervon wird meist bei der Prüfung von Fertigartikeln oder sonstigen großdimensionierten Proben Gebrauch gemacht. Besondere Bedeutung besitzt sie, wenn bei der Alterung Einflüsse mit physikalischer Langzeitwirkung, wie mechanische Relaxationsprozesse, entscheidend sind, weil nur sichere Ergebnisse aus Versuchen mit Praxisbedingungen erwartet werden können.

Die Freibewitterung ist nur dann als eine Simulation der Praxisbedingungen anzusehen, wenn die Exposition im Einsatzklima erfolgt. Meist werden Freibewitterungsversuche jedoch im warm-trockenen oder feucht-warmen Klima ausgeführt, um einen Beschleunigungseffekt zu erzielen, so dass die Lebensdauer im gemäßigten Klima hiermit nicht direkt ermittelt werden kann und auf indirekte Korrelationsmethoden zurückgegriffen werden muss. Ferner ist bei der Bewertung von Freibewitterungsdaten zu berücksichtigen, dass sie auch bei gleichem Klima wegen der intensiveren Expositionsbedingungen (meist unter 45o nach Süden geneigt und ohne Schatteneinflüsse) eine stärkere Schädigung repräsentieren als diese bei gewöhnlichem Außeneinsatz auftritt.