Pongratz Beständigkeit von Kunststoffen (Zweibändige Ausgabe)

1. Auflage 2007
ISBN: 978-3-446-41149-4
Verlag: Carl Hanser Fachbuchverlag
Format: PDF
Kopierschutz: Adobe DRM (»Systemvoraussetzungen)

E-Book, Deutsch, 1392 Seiten

Ehrenstein · Pongratz
Beständigkeit von Kunststoffen

Die Beständigkeit von Kunststoffen entscheidet über eine entsprechende Kunststoffanwendung in der Praxis. Zuverlässige und belastbare Aussagen hinsichtlich der Werkstoffauswahl müssen Einflüsse der Kunststofferzeugung, Compoundierung und Stabilisierung, Verarbeitung, Bauteilgestaltung, aber auch der Nutzung und späteren Entsorgung berücksichtigen.

Für dieses Buch wurden nahezu 1200 Literaturstellen ausgewertet. Es beschreibt umfassend das heutige Wissen über die Beständigkeit von Thermoplasten, Duroplasten, Elastomeren sowie der üblichen Verstärkungsfasern und Zusatzstoffe. Ausführliche Beständigkeitstabellen erleichtern für eine vorgegebene Praxisanwendung die Werkstoffauswahl bzw. die anwendungsgerechte Stabilisierung des ausgewählten Kunststoffs.

Inhalt Band 1:

• Alterungsverhalten
• Prüfmethoden
• Beständigkeit gegenüber thermischer und thermisch-oxidativer Belastung
• Witterungseinfluss
• Chemikalien energiereicher Strahlung
• Mikroorganismen mechanischer Belastung
• Einflüsse durch Verarbeitung und Nutzung
• Stabilisierung
• Anwendungsbeispiele


Ehrenstein · Pongratz
Beständigkeit von Kunststoffen

Die Beständigkeit von Kunststoffen entscheidet über eine entsprechende Kunststoffanwendung in der Praxis. Zuverlässige und belastbare Aussagen hinsichtlich der Werkstoffauswahl müssen Einflüsse der Kunststofferzeugung, Compoundierung und Stabilisierung, Verarbeitung, Bauteilgestaltung, aber auch der Nutzung und späteren Entsorgung berücksichtigen. Für dieses Buch wurden nahezu 1200 Literaturstellen ausgewertet. Es beschreibt umfassend das heutige Wissen über die Beständigkeit von Thermoplasten, Duroplasten, Elastomeren sowie der üblichen Verstärkungsfasern und Zusatzstoffe. Ausführliche Beständigkeitstabellen erleichtern für eine vorgegebene Praxisanwendung die Werkstoffauswahl bzw. die anwendungsgerechte Stabilisierung des ausgewählten Kunststoffs.

Inhalt Band 2:

• Tabellen zur Chemikalienbeständigkeit
• Medienlisten des DIBt

Autoren/Hrsg.

Pongratz, Sonja

Inhaltsverzeichnis

1;Band 1;4
1.1;Vorwort;6
1.2;Inhaltsverzeichnis;8
1.3;1 Grundlagen der Alterung;22
1.3.1;1.1 Einführung in die Kunststoffe;25
1.3.1.1;1.1.1 Thermoplaste;25
1.3.1.2;1.1.2 Thermoplastische Elastomere;27
1.3.1.3;1.1.3 Elastomere;27
1.3.1.4;1.1.4 Duroplaste;28
1.3.2;1.2 Allgemeines, Begriffsdefinition;45
1.3.2.1;1.2.1 Begriffsdefinion Alterung;46
1.3.2.2;1.2.2 Weitere Begriffe;48
1.3.3;1.3 Kurzzeit- und Langzeitverhalten;49
1.3.3.1;1.3.1 Erweichungsverhalten;49
1.3.3.2;1.3.2 Alterungsverhalten;50
1.3.3.3;1.3.3 Chemische Alterungsvorgänge (Chemischer Abbau);51
1.3.3.4;1.3.4 Physikalische Alterungsvorgänge und physikalische Alterung;52
1.3.4;1.4 Einflussfaktoren;55
1.3.4.1;1.4.1 Einwirkung von Temperatur;56
1.3.4.2;1.4.2 Einwirkung von Sauerstoff;64
1.3.4.3;1.4.3 Einfluss von Wasser;73
1.3.4.4;1.4.4 Einfluss von mechanischer Belastung;75
1.3.4.5;1.4.5 Einfluss der chemischen und physikalischen Struktur;78
1.3.4.6;1.4.7 Zusatzstoffe;84
1.3.4.7;1.4.8 Einwirkung von Strahlung;89
1.3.4.8;1.4.9 Atmosphärische Einwirkung;92
1.3.4.9;1.4.10 Einfluss von Chemikalien;98
1.3.4.10;1.4.11 Biologische Einflüsse;102
1.3.5;1.5 Vergleich Verarbeitung – Gebrauch;102
1.3.5.1;1.5.1 Alterung während der Verarbeitung;103
1.3.5.2;1.5.2 Alterung im Gebrauch;105
1.3.6;1.6 Lebensdauervorhersage;108
1.3.6.1;1.6.1 Voraussetzung zur Erstellung von Lebensdauervorhersagen;108
1.3.6.2;1.6.2 Modelle zur Lebensdauervorhersage;110
1.3.6.3;1.6.3 Dimensionierung entsprechend der geforderten Lebensdauer;124
1.4;2 Prüfmethoden;160
1.4.1;2.1 Allgemeines;163
1.4.1.1;2.1.1 Möglichkeiten der Lebensdauerprüfung;164
1.4.1.2;2.1.2 Alterungskriterien;167
1.4.1.3;2.1.3 Messmethoden;167
1.4.2;2.2 Bewitterung;182
1.4.2.1;2.2.1 Auswahl eines Prüfverfahrens;183
1.4.2.2;2.2.2 Einflussgrößen;184
1.4.2.3;2.2.3 Natürliche Bewitterung;192
1.4.2.4;2.2.4 Künstliche Bewitterung;195
1.4.2.5;2.2.5 Vergleichbarkeit Freibewitterung – Künstliche Bewitterung;205
1.4.2.6;2.2.6 Simulation saurer Niederschläge: ADF-Test;207
1.4.2.7;2.2.7 Belichtung und Bewitterung von Schaumstoffen;210
1.4.2.8;2.2.8 Bewitterung von Gummi;210
1.4.3;2.3 Beständigkeit gegen energiereiche Strahlung;213
1.4.4;2.4 Thermische und thermisch-oxidative Beständigkeit;214
1.4.4.1;2.4.1 Kurzzeitige Temperatureinwirkung;214
1.4.4.2;2.4.2 Langzeitige Temperatureinwirkung;214
1.4.5;2.5 Chemische Beständigkeit;224
1.4.5.1;2.5.1 Definition der chemischen Beständigkeit;224
1.4.5.2;2.5.2 Praxistests und Erfahrungen;225
1.4.5.3;2.5.3 Immersionsversuch;225
1.4.5.4;2.5.4 Zeitstandprüfung;227
1.4.5.5;2.5.5 Spannungsrissbeständigkeit;229
1.4.6;2.6 Biologische Beständigkeit;240
1.4.6.1;2.6.1 Prüfung der Beständigkeit gegen Mikroorganismen;240
1.4.6.2;2.6.2 Kompostierbarkeit von biologisch abbaubaren Kunststoffen;241
1.4.6.3;2.6.3 Bestimmung der anaeroben Abbaubarkeit von Polymeren;244
1.4.6.4;2.6.4 Biokompatibilitäts-Tests;245
1.4.7;2.7 Normen, UL-Karten;248
1.4.7.1;2.7.1 Normen;248
1.4.7.2;2.7.2 Plastics Recognition Yellow Cards;261
1.4.8;2.8 Anforderungskataloge;263
1.4.8.1;2.8.1 Apparate, Behälter, Rohre, Tanks;263
1.4.8.2;2.8.2 Bauwesen;264
1.4.8.3;2.8.3 Elektrotechnik;266
1.4.8.4;2.8.4 Automobil;267
1.4.8.5;2.8.5 Medizintechnik;276
1.4.8.6;2.8.6 Gummi- und Kunststoffschläuche;277
1.5;3 Stabilisierung;278
1.5.1;3.1 Grundlagen;281
1.5.1.1;3.1.1 Marktentwicklung;281
1.5.1.2;3.1.2 Grundlagen der Stabilisierung;282
1.5.1.3;3.1.3 Einflussgrößen;284
1.5.2;3.2 Antioxidantien;285
1.5.2.1;3.2.1 Primäre Antioxidantien (H-Donatoren und Radikalfänger);285
1.5.2.2;3.2.2 Sekundäre Antioxidantien (Hydroperoxidzersetzer);289
1.5.2.3;3.2.3 Bifunktionale Stabilisatoren;292
1.5.2.4;3.2.4 Stabilisatorblends;292
1.5.3;3.3 Thermostabilisatoren, PVC-Stabilisatoren;292
1.5.4;3.4 Lichtstabilisatoren;293
1.5.4.1;3.4.1 UV-Absorber;293
1.5.4.2;3.4.2 Quencher;295
1.5.4.3;3.4.3 Radikalfänger und Hydroperoxidzersetzer;295
1.5.5;3.5 Biostabilisatoren;298
1.5.6;3.6 Sonstige Stabilisatoren;298
1.5.6.1;3.6.1 Gleitmittel;298
1.5.6.2;3.6.2 Sonstige Zuschlagstoffe;298
1.5.6.3;3.6.3 Metalldeaktivatoren, Komplexbildner;299
1.5.6.4;3.6.4 Hydrolysestabilisatoren;299
1.5.7;3.7 Stabilisierung einzelner Polymere;299
1.5.7.1;3.7.1 Polyolefine;299
1.5.7.2;3.7.2 Styrolpolymerisate;301
1.5.7.3;3.7.3 Polycarbonat und Blends;302
1.5.7.4;3.7.4 Polymethylmethacrylat;304
1.5.7.5;3.7.5 Polyvinylchlorid;304
1.5.7.6;3.7.6 Polyoxymethylen;309
1.5.7.7;3.7.7 Thermoplastische Polyester;311
1.5.7.8;3.7.8 Polyamide;312
1.5.7.9;3.7.9 Cellulose und Derivate;318
1.5.7.10;3.7.10 Polyurethane;318
1.5.7.11;3.7.11 Thermoplastische Polyurethane;319
1.5.7.12;3.7.12 Tetrafluorethylen-Ethylen-Copolymer;319
1.5.7.13;3.7.13 Hochtemperatur-Thermoplaste;320
1.5.7.14;3.7.14 Duroplaste;323
1.5.7.15;3.7.15 Elastomere;330
1.5.8;3.8 Stabilisierung von Rezyklaten;331
1.6;4 Verarbeitung;334
1.6.1;4.1 Auswirkungen der Verarbeitung auf den Gebrauch;336
1.6.1.1;4.1.1 Einflussparameter;338
1.6.1.2;4.1.2 Verarbeitung von Thermoplasten;354
1.6.2;4.2 Recycling;368
1.6.3;4.3 Verhalten einzelner Polymere;369
1.6.3.1;4.3.1 Polyolefine;369
1.6.3.2;4.3.2 Styrolpolymerisate;378
1.6.3.3;4.3.3 Polycarbonat;382
1.6.3.4;4.3.4 Polymethylmethacrylat;383
1.6.3.5;4.3.5 Polyvinylchlorid;383
1.6.3.6;4.3.6 Polyoxymethylen;385
1.6.3.7;4.3.7 Thermoplastische Polyester;387
1.6.3.8;4.3.8 Polyamide;390
1.6.3.9;4.3.9 Fluorpolymere;394
1.6.3.10;4.3.10 Hochtemperatur-Thermoplaste;395
1.6.3.11;4.3.11 Polyurethane;397
1.6.3.12;4.3.12 Duroplaste;398
1.7;5 Anwendung;430
1.7.1;5.1 Werkstoffauswahl im Hinblick auf die Lebensdauer;440
1.7.2;5.2 Beständigkeit gegen atmosphärische Einflüsse;448
1.7.2.1;5.2.1 Einfluss von Licht: lichtinduzierter Abbau;448
1.7.2.2;5.2.2 Bewitterungsbeständigkeit einzelner Polymere;453
1.7.3;5.3 Beständigkeit gegen energiereiche Strahlung;547
1.7.3.1;5.3.1 Grundlagen;547
1.7.3.2;5.3.2 Wirkungsmechanismen;551
1.7.3.3;5.3.3 Einflussfaktoren;555
1.7.3.4;5.3.4 Anwendung der Bestrahlungstechnologie bei Kunststoffen;560
1.7.3.5;5.3.5 Stabilisierung und Sensibilisierung;561
1.7.3.6;5.3.6 Beständigkeit gegen energiereiche Strahlung;563
1.7.3.7;5.3.7 Verhalten einzelner Polymere bei energiereicher Strahlung;566
1.7.3.8;5.3.8 Beständigkeit gegen Laserstrahlung;589
1.7.3.9;5.3.9 Strahlung der unteren Erdumlaufbahn;590
1.7.4;5.4 Thermischer und thermisch-oxidativer Abbau;591
1.7.4.1;5.4.1 Dauergebrauchstemperaturen auf Grundlage von Erfahrungswerten;591
1.7.4.2;5.4.2 Begriffsklärung;593
1.7.4.3;5.4.3 Verhalten einzelner Polymere;595
1.7.4.4;5.4.4 Belastung unter kurzzeitigen Spitzentemperaturen;679
1.7.5;5.5 Beständigkeit gegen Chemikalieneinwirkung;683
1.7.5.1;5.5.1 Diffusionsvorgänge bei der Chemikalieneinwirkung;684
1.7.5.2;5.5.2 Einflussfaktoren;687
1.7.5.3;5.5.3 Physikalisch und chemisch aktive Medien;690
1.7.5.4;5.5.4 Spannungsrissbeständigkeit;696
1.7.5.5;5.5.5 Hydrolyse;697
1.7.5.6;5.5.6 Zeitstandverhalten;697
1.7.5.7;5.5.7 Möglichkeiten zur Verbesserung der Chemikalienbeständigkeit;705
1.7.5.8;5.5.8 Beständigkeit von Verstärkungsfasern;706
1.7.5.9;5.5.9 Verhalten einzelner Polymere;719
1.7.6;5.6 Biologische Beständigkeit und Bioabbaubarkeit;839
1.7.6.1;5.6.1 Grundlagen;839
1.7.6.2;5.6.2 Biologisch abbaubare Kunststoffe;852
1.7.6.3;5.6.3 Biokompatibilität und biomedizinische Anwendungen;855
1.7.6.4;5.6.4 Verhalten einzelner Polymere gegenüber biologischen Medien;864
1.7.7;5.7 Mechanisches Langzeitverhalten von FVK;888
1.7.7.1;5.7.1 Kriechen;888
1.7.7.2;5.7.2 Zeitstandfestigkeit;890
1.7.7.3;5.7.3 Dynamische Belastung;899
2;Band 2;901
2.1;Inhaltsverzeichnis;907
2.2;Kunststoffe, Gummi und deren Abkürzungen;921
2.3;Andere Abkürzungen;926
2.4;A Beständigkeitstabellen;929
2.4.1;A.1 Polyolefine;929
2.4.1.1;A.1.1 Resistenzfaktoren von Polyolefin-Rohren;929
2.4.1.2;A.1.2 Beständigkeitstabelle von Polyolefinen;933
2.4.1.3;A.1.3 Medienlisten des DIBt;990
2.4.2;A.2 Styrolpolymerisate;1001
2.4.2.1;A.2.1 Beständigkeitstabellen;1001
2.4.2.2;A.2.2 Spannungsrissauslösende Medien für Styrolpolymerisate;1021
2.4.3;A.3 Polycarbonat und Polymethylmethacrylat;1022
2.4.3.1;A.3.1 Beständigkeitstabellen;1022
2.4.3.2;A.3.2 Spannungsrissauslösende Medien für Polymethylmethacrylat;1024
2.4.4;A.4 Thermoplastische Polyester;1025
2.4.5;A.5 Polyoxymethylen;1036
2.4.6;A.6 Polyamide;1047
2.4.6.1;A.6.1 Beständigkeitstabelle von PA 6 und PA 66;1047
2.4.6.2;A.6.2 Beständigkeitstabelle von Polyamid 46, 610 und 612;1061
2.4.6.3;A.6.3 Beständigkeitstabelle weiterer Polyamide;1063
2.4.7;A.7 Cellulose und Derivate;1074
2.4.8;A.8 Polyvinylchlorid;1076
2.4.8.1;A.8.1 Resistenzfaktoren von PVC-Rohren;1076
2.4.8.2;A.8.2 Beständigkeitstabelle von PVC;1078
2.4.8.3;A.8.3 Medienliste des DIBt für PVC;1113
2.4.9;A.9 Polyphenylensulfid;1118
2.4.10;A.10 Polyetherimid;1121
2.4.11;A.11 Polyimid, Polyamidimid, Polyphenylenether, Polyetheretherketon;1123
2.4.12;A.12 Polyethersulfon und Polysulfon;1128
2.4.13;A.13 Fluorpolymere;1133
2.4.13.1;A.13.1 Beständigkeitstabelle von Fluorpolymeren;1133
2.4.13.2;A.13.2 Beständigkeit von PTFE (Teflon);1140
2.4.13.3;A.13.3 Beständigkeitstabelle von PVDF;1144
2.4.13.4;A.13.4 Medienliste des DIBt für PVDF;1160
2.4.14;A.14 Flüssigkristalline Polymere LCP;1165
2.4.15;A.15 Polyurethane;1170
2.4.15.1;A.15.1 Polyurethane;1170
2.4.15.2;A.15.2 Thermoplastische Polyurethane;1174
2.4.16;A.16 Elastomere;1178
2.4.16.1;A.16.1 Beständigkeitstabelle von Schlauchwerkstoffen;1178
2.4.16.2;A.16.2 Beständigkeitstabellen von Elastomeren;1186
2.4.17;A.17 Duroplaste;1208
2.4.17.1;A.17.1 Beständigkeitstabellen von Duroplasten;1208
2.4.17.2;A.17.2 Medienlisten des DIBt für Chemieschutzschichten;1217
2.4.18;A.18 Chemikalienbeständigkeit in CAMPUS;1235
3;Literaturverzeichnis;1237
4;Stichwortverzeichnis;1349
5;Die Autoren;1392
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Leseproben

(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.