Beständigkeit von Kunststoffen

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1 Gottfried W. Ehrenstein Sonja Pongratz Beständigkeit von Kunststoffen Bandl HANSER

2 Bandl 1 Grundlagen der Alterung Einführung in die Kunststoffe Thermoplaste Thermoplastische Elastomere Elastomere Duroplaste Epoxidharze Phenolharze (PF-Harz) UP-Harze Vinylesterharz (VE-Harz) Allgemeines, Begriffsdefinition Begriffsdefmion Alterung Weitere Begriffe Kurzzeit-und Langzeitverhalten Erweichungsverhalten Alterungsverhalten Chemische Alterungsvorgänge (Chemischer Abbau) Physikalische Alterungsvorgänge und physikalische Alterung Physikalische Alterungsvorgänge Physikalische Alterung Einflussfaktoren Einwirkung von Temperatur Beschleunigende Wirkung der Temperatur Chemischer Abbau Physikalische Alterungsvorgänge Einwirkung von Sauerstoff Chemischer Abbau Physikalische Alterungsvorgänge - Chemo-Kristallisation Einwirkung von Ozon 50

3 1.4.3 Einfluss von Wasser Chemischer Abbau (Hydrolyse) Physikalische Alterungsvorgänge Mechanische Wirkung des Wassers Einfluss von mechanischer Belastung Einfluss der chemischen und physikalischen Struktur Einfluss der chemischen Struktur Einfluss der physikalischen Struktur Einfluss von Herstellungsverfahren, Katalysatorresten sowie metallischen Verunreingungen Zusatzstoffe Glasfasern Füllstoffe Pigmente Einfluss der chemischen Reinheit Brandschutzausrüstung mit Halogenverbindungen Einwirkung von Strahlung UV-Strahlung Energiereiche Strahlung Atmosphärische Einwirkung UV-Licht Temperatur Luftfeuchtigkeit, Wasser Gasförmige Schadstoffe Feste Verunreinigungen Vorgeschichte Einfluss von Chemikalien Chemische Medieneinwirkung, Solvolyse Physikalische Medieneinwirkung Biologische Einflüsse 81 5 Vergleich Verarbeitung - Gebrauch Alterung während der Verarbeitung Alterung im Gebrauch 84 6 Lebensdauervorhersage Voraussetzung zur Erstellung von Lebensdauervorhersagen Erfassen der Einflussgrößen Charakterisierung des Schädigungszustandes Extrapolationsbereich Modelle zur Lebensdauervorhersage Phänomenologische Beschreibung der Alterung Standardisierte Verfahren Modelle für Änderungen von Eigenschaften mit der Zeit Arrhenius-Gleichung Zeit-Temperatur-Verschiebung 95

4 IX Dimensionierung entsprechend der geforderten Lebensdauer Abminderungsfaktoren Lebensdauer für technische Teile bei bevorzugt statischer Beanspruchung Lebensdauer bei dynamischer Beanspruchung Lebensdauer bei Rohren Prüfmethoden Allgemeines Möglichkeiten der Lebensdauerprüfung Simulation der Praxisbedingungen Zeitraffende Prüfung Äquivalenz der Strahlungsenergiewirkung Parallelalterung Alterungskriterien Messmethoden Aussehen und Oberflächeneigenschaften Mechanische Kennwerte Änderung des chemischen (molekularen) Aufbaus Messung der Effektivität von Antioxidantien Bestimmung von Stabilisatoren und deren Konzentration Änderung der physikalischen Struktur Weitere Methoden Bewitterung Auswahl eines Prüfverfahrens Einflussgrößen Farbe der Proben Strahlung Temperatur Feuchtigkeit Klimate Grenzflächenklimate Weitere Einflussgrößen auf die Bewitterung Natürliche Bewitterung Freibewitterung Bestrahlung im Naturversuch unter Fensterglas Sonstiges Künstliche Bewitterung Bestrahlungsquellen Prüfvorschriften Geräte zur Prozessüberwachung Vergleichbarkeit Freibewitterung - Künstliche Bewitterung Simulation saurer Niederschläge: ADF-Test 186

5 2.2.7 Belichtung und Bewitterung von Schaumstoffen Bewitterung von Gummi Statischer Ozonkammertest Dynamischer Ozonkammertest Beständigkeit gegen energiereiche Strahlung Thermische und thermisch-oxidative Beständigkeit Kurzzeitige Temperatureinwirkung Langzeitige Temperatureinwirkung Auswahl eines Prüfverfahrens Ofenalterung Oxidationsinduktionszeit und-temperatur Zeitstandprüfung Thermisch-oxidative Beständigkeit von Elastomeren Chemische Beständigkeit Definition der chemischen Beständigkeit Praxistests und Erfahrungen Immersionsversuch Zeitstandprüfung Spannungsrissbeständigkeit Spannungszustand von Bauteilen Spannungsrissbeständigkeit von Kunststoffen bei Medienkontakt Biologische Beständigkeit Prüfung der Beständigkeit gegen Mikroorganismen Kompostierbarkeit von biologisch abbaubaren Kunststoffen Chemische Prüfung Prüfung auf vollständige biologische Abbaubarkeit Prüfung auf Kompostierbarkeit (Desintegration) Prüfung der Qualität der Komposte Prüfung auf vollständige anaerobe Abbaubarkeit Bestimmung der anaeroben Abbaubarkeit von Polymeren Faulgasproduktion Verfahren mit Faulschlamm als Inokulum Verfahren mit vergorenem Bioabfall als Inokulum Biokompatibilitäts-Tests Normen, UL-Karten Normen Allgemeine Normen Bewitterung Energiereiche Strahlung Thermische und thermisch-oxidative Beständigkeit Chemische Beständigkeit Biologische Beständigkeit 238

6 XI Plastics Recognition Yellow Cards Anforderungskataloge Apparate, Behälter, Rohre, Tanks Bauwesen Elektrotechnik Thermische Alterung von Kabeln Spannungsrissbeständigkeit von Kabeln Automobil Belastungen eines Automobils Prüfung der Witterungsbeständigkeit Airbagmodul PUR-Halbhartschaum Vergrauungsprüfung Umweltsimulationstests an Kraftstoff führenden Kunststoffbauteilen Medizintechnik Gummi- und Kunststoffschläuche Stabilisierung Grundlagen Marktentwicklung Grundlagen der Stabilisierung Einflussgrößen Füllstoffe Schadgase Einwirkung von Säuren Antioxidantien Primäre Antioxidantien (H-Donatoren und Radikalfänger) Phenolische Antioxidantien Lactone Sterisch gehinderte Amine (HAS) Aromatische Amine Hydroxylamine Sekundäre Antioxidantien (Hydroperoxidzersetzer) Phosphite und Phosphonite Thiostabilisatoren Bifunktionale Stabilisatoren Stabilisatorblends Thermostabilisatoren, PVC-Stabilisatoren Lichtstabilisatoren UV-Absorber Quencher 274

7 XII Inhaltsverzeichnis Radikalfänger und Hydroperoxidzersetzer Biostabilisatoren Sonstige Stabilisatoren Gleitmittel Sonstige Zuschlagstoffe Metalldeaktivatoren, Komplexbildner Hydrolysestabilisatoren Stabilisierung einzelner Polymere Polyolefme Thermische Oxidation Lichtschutz Styrolpolymerisate Thermische Oxidation Lichtstabilisierung Polycarbonat und Blends Thermische Oxidation Lichtschutz Hydrolyse-Stabilisatoren Polymethylmethacrylat Thermische Oxidation Lichtschutz Polyvinylchlorid Thermische Beständigkeit Lichtschutz Polyoxymethylen Endgruppenstabilisierung Einbau von Comonomeren Stabilisierung gegen thermisch-oxidativen Abbau Lichtschutz Thermoplastische Polyester Thermischer Abbau während der Verarbeitung Thermische Oxidation Thermische Oxidation von Polyethylenterephthalat Lichtschutz Hydrolyse Polyamide Thermische Oxidation Lichtschutz Teilaromatische und aromatische Polyamide Cellulose und Derivate Thermische Belastung und Oxidation Lichtschutz Polyurethane Thermische Oxidation 297

8 XIII Lichtschutz Hydrolyse Thermoplastische Polyurethane Tetrafluorethylen-Ethylen-Copolymer Hochtemperatur-Thermoplaste Polyarylate Polyphenylenether und Blends Polyphenylensulfid Duroplaste Lagerstabilität vor der Verarbeitung Formstoffe: Härtung Formstoffe: Strukturelle Aspekte Konstruktive Aspekte Elastomere Thermische Oxidation Lichtschutz Stabilisierung von Rezyklaten Verarbeitung Auswirkungen der Verarbeitung auf den Gebrauch Einflussparameter Verarbeitungsparameter Prozessschritte Aufbau der Kunststoffe Einfluss von metallischen Verunreinigungen Einfluss von Katalysatorresten Einfluss der Atmosphäre Verarbeitung von Thermoplasten Herstellung von Formmassen Extrusion Spritzgießen Umformprozesse Gießformen Recycling Verhalten einzelner Polymere Polyolefine Einfluss der Herstellungsverfahren und Katalysatoren Polyethylen Polypropylen Styrolpolymerisate Polystyrol ABS Polycarbonat 361

9 XIV Inhaltsverzeichnis Polymethylmethacrylat Polyvinylchlorid Polyoxymethylen Thermoplastische Polyester Polybutylenterephthalat Polyethylenterephthalat Polyamide Polyamid 6 und Polyamid Polyamid Polyamid 11 und Herstellung von Fasern Fluorpolymere Polytetrafluorethylen Polytrifluorchlorethylen Polyvinylidenfluorid Polyvinylfluorid Hochtemperatur-Thermoplaste Polyphenylensulfid Weitere Hochtemperatur-Thermoplaste Polyurethane Duroplaste Verarbeitung von Duroplasten Härtung von Duroplasten Einfluss der Faserverstärkung Polyesterharze Epoxidharze Kondensationsharze Anwendung Werkstoffauswahl im Hinblick auf die Lebensdauer Beständigkeit gegen atmosphärische Einflüsse Einfluss von Licht: lichtinduzierter Abbau Absorption von Licht Photo-Chemie von Hydroperoxiden Photoinduzierte Reaktionen Bewitterungsbeständigkeit einzelner Polymere Polyolefine Styrolpolymerisate Polycarbonat und Blends Polymethylmethacrylat Polyvinylchlorid Polyoxymethylen Thermoplastische Polyester Polyamide 492

10 XV Cellulose und Derivate Fluorpolymere Hochtemperatur-Thermoplaste Thermoplastische Elastomere Elastomere Polyurethane Duroplaste Beständigkeit gegen energiereiche Strahlung Grundlagen Wirkungsmechanismen Strahlenvernetzung Abbau Einflussfaktoren Einfluss der Bestrahlungsquelle Einfluss der Dosisleistung Einfluss der Atmosphäre Einfluss der Temperatur Einfluss von Füllstoffen Einfluss von Stabilisatoren Anwendung der Bestrahlungstechnologie bei Kunststoffen Gezielte Vernetzung von Kunststoffen Sterilisation von Kunststoffen Stabilisierung und Sensibilisierung Stabilisierung Sensibilisierung Beständigkeit gegen energiereiche Strahlung Verhalten einzelner Polymere bei energiereicher Strahlung Polyolefine Styrolpolymerisate Polycarbonat Polymethylmethacrylat Polyvinylchlorid Polyvinylalkohol Polyoxymethylen Thermoplastische Polyester Polyamide Cellulose und Derivate Hochtemperatur-Thermoplaste Thermoplastisches Polyurethan Elastomere Beständigkeit gegen Laserstrahlung Strahlung der unteren Erdumlaufbahn Thermischer und thermisch-oxidativer Abbau Dauergebrauchstemperaturen auf Grundlage von Erfahrungswerten Begriffsklärung 572

11 XVI Inhaltsverzeichnis Differenzierung thermischer, thermisch-oxidativer Abbau Tempern Verhalten einzelner Polymere Polyolefine Styrolpolymerisate Polycarbonat und Blends Polymethylmethacrylat Polyvinylchlorid Polyoxymethylen Thermoplastische Polyester Polyamide Cellulose und Derivate Fluorpolymere Hochtemperatur-Thermoplaste Thermoplastische Elastomere Elastomere Polyurethane Duroplaste Siloxane Belastung unter kurzzeitigen Spitzentemperaturen Beständigkeit gegen Chemikalieneinwirkung Diffusionsvorgänge bei der Chemikalieneinwirkung Wechselwirkungen und Transportmechanismen Wasseraufnahme Einflussfaktoren Kunststoff Einwirkmedien Temperatur Einwirkzeit Konzentration Werkstoffspezifische Faktoren Physikalisch und chemisch aktive Medien Physikalisch aktives Medium Chemische Reaktionen - Chemisch aktives Medium Spannungsrissbeständigkeit Hydrolyse Zeitstandverhalten Einfluss der Temperatur Einfluss der Umgebungsbedingungen Einfluss des Mediums Einfluss des Werkstoffs Einfluss der Verarbeitung Einfluss von Stabilisatoren Möglichkeiten zur Verbesserung der Chemikalienbeständigkeit Beständigkeit von Verstärkungsfasern 685

12 XVII Glasfasern Kohlenstofffasern Aramidfasern Chemikalienbeständigkeit von GFK Verhalten einzelner Polymere Polyolefme Styrolpolymerisate Polycarbonat und Blends Polymethylmethacrylat Polyvinylchlorid Polyoxymethylen Thermoplastische Polyester Polyamide Cellulose und Derivate Fluorpolymere Hochtemperatur-Thermoplaste Thermoplastische Elastomere Elastomere Polyurethane Duroplaste Biologische Beständigkeit und Bioabbaubarkeit Grundlagen Mikro-und makrobiologische Schädigung, biologischer Abbau Einflussgrößen Schutz von Kunststoffen gegen Befall durch Mikroorganismen Biologisch abbaubare Kunststoffe Biokompatibilität und biomedizinische Anwendungen Einsatz biologisch abbaubarer Kunststoffe in der Medizintechnik Sterilisation Katalysatoren in biologischen Medien Verhalten einzelner Polymere gegenüber biologischen Medien Polyethylen Polypropylen Styrolpolymerisate Polyoxymethylen Polyvinylchlorid Vinylchlorid-Vinylacetat-Copolymere Polymethylmethacrylat Polyvinylalkohol Polycarbonat Cellulose und Derivate Polyamid Polyester Polyurethane und thermoplastische Polyurethane Polyurethan-Harnstoffe Fluorpolymere 864

13 XVIII Inhaltsverzeichnis Polyetheretherketon Polysiloxan Elastomere Duroplaste Mechanisches Langzeitverhalten von FVK Kriechen Zeitstandfestigkeit Beschreibung Unidirektionale Faserverbundprofile Laminate Miner-Regel Dynamische Belastung 878 Band 2 Kunststoffe, Gummi und deren Abkürzungen und andere Abkürzungen 881 A Beständigkeitstabellen 889 A.l Polyolefme 889 A.l.l Resistenzfaktoren von Polyolefin-Rohren 889 A. 1.2 Beständigkeitstabelle von Polyolefinen 893 A.l.3 Medienlisten des DIBt 950 A.l.3.1 Vorbemerkungen zu den Medienlisten des DIBt 950 A.l.3.2 Medienlisten für Polyolefine 951 A.2 Styrolpolymerisate 961 A.2.1 Beständigkeitstabellen 961 A.2.2 Spannungsnssauslösende Medien für Styrolpolymerisate 981 A.3 Polycarbonat und Polymethylmethacrylat 982 A.3.1 Beständigkeitstabellen 982 A.3.2 Spannungsnssauslösende Medien für Polymethylmethacrylat 984 A.4 Thermoplastische Polyester 985 A.5 Polyoxymethylen 996 A.6 Polyamide 1007 A.6.1 Beständigkeitstabelle von PA 6 und PA A.6.2 Beständigkeitstabelle von Polyamid 46, 610 und A.6.3 Beständigkeitstabelle weiterer Polyamide 1023 A.7 Cellulose und Derivate 1034