VDI 3822 Blatt 2 1 7-2013 Failure analysis - Defects of thermoplastic products caused by chemical stress.pdf

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1、 ICS 03.100.40, 83.080.20 VDI-RICHTLINIEN Januar 2013 January 2013 VEREIN DEUTSCHER INGENIEURE Schadensanalyse Schden an thermoplastischen Kunststoffprodukten durch mediale Beanspruchung Failure analysis Defects of thermoplastic products caused by chemical stress VDI 3822 Blatt 2.1.7 / Part 2.1.7 Au

2、sg. deutsch/englisch Issue German/English Die deutsche Version dieser Richtlinie ist verbindlich. The German version of this guideline shall be taken as authori-tative. No guarantee can be given with respect to the English translation. VDI-Gesellschaft Materials Engineering (GME) Fachbereich Werksto

3、fftechnik VDI-Handbuch Werkstofftechnik VDI-Handbuch Fabrikplanung und -betrieb, Band 1: Betriebsberwachung/Instandhaltung VDI-Handbuch Kunststofftechnik VDI-Handbuch Produktentwicklung und Konstruktion VDI-Handbuch Verfahrenstechnik und Chemieingenieurwesen, Band 3: Verfgbarkeit/Schadensanalyse Ver

4、vielfltigungauchfrinnerbetriebliche Zwecke nicht gestattet /Reproductionevenforinternalusenot permittedFrhere Ausgabe:07.11 Entwurf,deutschFormeredition:07/11Draft,in German onlyZubeziehendurch /Available atBeuthVerlagGmbH,10772Berlin Alle Rechte vorbehalten/Allrightsreserved(a)VereinDeutscherIngeni

5、euree.V.,Dsseldorf2013Inhalt Seite Contents Page Vorbemerkung . 2 Einleitung . 2 1 Anwendungsbereich . 4 2 Normative Verweise 4 3 Schden durch mediale Beanspruchung 4 3.1 Medieneinwirkung . 4 3.2 Schadensbeeinflussende Faktoren 5 4 Tabellen zu schadensbegnstigenden Kunststoff-Medien-Kombinationen .

6、5 5 Bilder 9 Schrifttum 12 Preliminary note . 2 Introduction 2 1 Scope . 4 2 Normative references . 4 3 Failure resulting from stress due to media 4 3.1 Effects of stress due to media 4 3.2 Factors that influence failure . 5 4 Tables on combinations of plastics and media that promote failure . 5 5 F

7、igures . 9 Bibliography 12 B974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2DEF1929BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2016-11 2 VDI 3822 Blatt 2.1.7 / Part 2.1.7 Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2013 Vorbemerkung Der Inhalt di

8、eser Richtlinie ist entstanden unter Beachtung der Vorgaben und Empfehlungen der Richtlinie VDI 1000. Alle Rechte, insbesondere die des Nachdrucks, der Fotokopie, der elektronischen Verwendung und der bersetzung, jeweils auszugsweise oder vollstn-dig, sind vorbehalten. Die Nutzung dieser VDI-Richtli

9、nie ist unter Wah-rung des Urheberrechts und unter Beachtung der Lizenzbedingungen (www.vdi-richtlinien.de), die in den VDI-Merkblttern geregelt sind, mglich. Allen, die ehrenamtlich an der Erarbeitung dieser VDI-Richtlinie mitgewirkt haben, sei gedankt. Preliminary note The content of this guidelin

10、e has been developed in strict accordance with the requirements and rec-ommendations of the guideline VDI 1000. All rights are reserved, including those of reprint-ing, reproduction (photocopying, micro copying), storage in data processing systems and translation, either of the full text or of extra

11、cts. The use of this guideline without infringement of copyright is permitted subject to the licensing con-ditions specified in the VDI Notices (www.vdi-richtlinien.de). We wish to express our gratitude to all honorary contributors to this guideline. Einleitung Durch Schadensanalysen sollen die Ursa

12、chen fr schadhafte Vernderungen bei Werkstoffen und Produkten bis hin zum Versagen aufgedeckt wer-den. Die sich hieraus ergebenden Erkenntnisse bil-den die Grundlage gezielter Manahmen zur Scha-densabhilfe und -verhtung. Eine der Hauptaufga-ben der Schadensanalyse ist die Auswahl geeigneter Untersuc

13、hungsverfahren und die wissenschaftlich fundierte, zusammenfassende Auswertung der Ein-zelergebnisse. Demnach ist es Zweck der Richtlinie: Begriffe zu definieren Schadensarten einheitlich zu benennen und zu beschreiben zur Systematischen Vorgehensweise bei der Schadensanalyse anleiten Vergleichbarke

14、it der Ergebnisse verschiedener Untersuchungsstellen zu gewhrleisten Voraussetzungen zur nachvollziehbaren Do-kumentation zu schaffen Einteilung Richtlinienreihe VDI 3822 Blatt 2.1 Gem dem Bild, dass Schden an thermoplasti-schen Kunststoffprodukten durch Fehler in der Kon-struktion (inklusive der Um

15、setzung von Anforde-rungen), im Werkstoff, in der Verarbeitung und whrend der Nutzung entstehen knnen, wurde die Richtlinienreihe folgendermaen strukturiert: Die werkstoffbergreifende Richtlinie VDI 3822 behandelt Grundlegendes zur Vorgehensweise. Drei Richtlinien beschreiben mgliche Ursachen, die b

16、ereits vor der Nutzung auftreten knnen (Blatt 2.1.1 bis Blatt 2.1.3). Sechs Richtlinien beziehen sich auf mgliche Ursachen whrend der Nutzung (Blatt 2.1.4 bis Blatt 2.1.9) Introduction The purpose of failure analysis is to discover the causes of defective changes in materials and prod-ucts that ulti

17、mately lead to failure. The findings thereby obtained provide a basis for targeted measures to remedy and prevent failure. One of the main tasks of failure analysis is the selection of appropriate investigation methods and the scien-tifically sound, comprehensive evaluation of the individual finding

18、s. Correspondingly, the objective of this guideline is to: provide definitions of terms to designate and describe types of failure in a uniform manner provide direction for systematically performing failure analyses ensure the comparability of the results obtained by different analytical laboratorie

19、s establish requirements for comprehensible documentation Structure of the series of guidelines VDI 3822 Part 2.1 According to the pattern that defects in thermo-plastic products can result from defects in the de-sign (including the implementation of require-ments), materials, manufacturing process

20、and as a result of wear, this series of guidelines is structured as follows: The guideline VDI 3822, which applies to a number of different materials, deals with funda-mental questions of procedure. Three guidelines describe possible causes that can occur before use (Part 2.1.1 to Part 2.1.3). Six g

21、uidelines are related to possible causes during use (Part 2.1.4 to Part 2.1.9). B974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2DEF1929BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2016-11All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2013 VDI 3822 Blatt

22、 2.1.7 / Part 2.1.7 3 Eine Richtlinie erlutert die bedeutenden in-strumentellen Analysemethoden in der Scha-densanalyse (Blatt 2.1.10) Blatt 2.1.1 Schden an thermoplastischen Kunst-stoffprodukten durch fehlerhafte Kon-struktion Blatt 2.1.2 Schden an thermoplastischen Kunst-stoffprodukten durch fehle

23、rhafte Ver-arbeitung Blatt 2.1.3 Schden an thermoplastischen Kunst-stoffprodukten durch fehlerhafte Werkstoffauswahl und Fehler im Werkstoff Blatt 2.1.4 Schden an thermoplastischen Kunst-stoffprodukten durch mechanische Beanspruchung Blatt 2.1.5 Schden an thermoplastischen Kunst-stoffprodukten durch

24、 thermische Be-anspruchung Blatt 2.1.6 Schden an thermoplastischen Kunst-stoffprodukten durch tribologische Beanspruchung Blatt 2.1.7 Schden an thermoplastischen Kunst-stoffprodukten durch mediale Bean-spruchung Blatt 2.1.8 Schden an thermoplastischen Kunst-stoffprodukten durch Witterungsbean-spruch

25、ung Blatt 2.1.9 Schden an thermoplastischen Kunst-stoffprodukten durch mikrobielle Be-anspruchung Blatt 2.1.10 Bedeutende Analysemethoden fr die Schadensanalyse an thermoplasti-schen Kunststoffprodukten Eine Liste der aktuell verfgbaren Bltter dieser Richtlinienreihe ist im Internet abrufbar unter w

26、ww.vdi.de/3822. Die Richtlinien VDI 3822 Blatt 2.1.1 bis Blatt 2.1.10 gelten jeweils nur in Verbindung mit der Richtlinie VDI 3822. Bei der Ermittlung mglicher Schadensursachen ist zu bercksichtigen, dass sehr hnliche Schadens-bilder durch unterschiedliche Ursachen bzw. Be-anspruchungsarten entstehe

27、n knnen. Insofern kann nicht davon ausgegangen werden, dass eine Schadensursache eindeutig identifiziert ist, sobald in einem der Beibltter ein Schadensphnomen mit dem vorliegenden Schadensbild bereinstimmt. Es liegt aufgrund der fehlenden Ein-Eindeutigkeit in der Verantwortung des Anwenders dieser

28、Richtli-nie, stets alle Beibltter zu bercksichtigen, sofern nicht das Schadensumfeld Ausschlsse zulsst. One guideline explains significant instrumental analysis methods in failure analysis (Part 2.1.10). Part 2.1.1 Defects of thermoplastic products made of plastics caused by faulty de-sign Part 2.1.

29、2 Defects of thermoplastic products made of plastics caused by faulty processing Part 2.1.3 Defects of thermoplastic products made of plastics caused by an unfa-vourable choice of material and by de-fects in the material Part 2.1.4 Defects of thermoplastic products made of plastics caused by mechani

30、-cal stress Part 2.1.5 Defects of thermoplastic products made of plastics caused by thermal stress Part 2.1.6 Defects of thermoplastic products made of plastics caused by tribology-induced stress Part 2.1.7 Defects in thermoplastic products made of plastics caused by chemical stress Part 2.1.8 Defec

31、ts of thermoplastic products made of plastics caused by weather-induced stress Part 2.1.9 Defects of thermoplastic products made of plastics caused by microbial stress Part 2.1.10 Significant instrumental analysis methods for failure analysis of pro-ducts made of plastics A catalogue of all availabl

32、e parts of this series of guidelines can be accessed on the internet at www.vdi.de/3822. The guidelines VDI 3822 Part 2.1.1 to Part 2.1.10 are valid only in conjunction with the guideline VDI 3822. In determining possible causes of failure, it should be kept in mind that very similar failure phenom-

33、ena can result from different causes and/or types of stress. Hence, it cannot be assumed that the cause of failure has been clearly identified, simply be-cause the failure phenomenon that presents itself corresponds to one of failure phenomena described in one of the parts of this guideline. This is

34、 no clear indication; the user of this guideline is always re-sponsible for taking all of the parts into considera-tion, unless the failure environment justifies exclu-sions. B974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2DEF1929BEST BeuthStandardsCollection - S

35、tand 2016-11 4 VDI 3822 Blatt 2.1.7 / Part 2.1.7 Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2013 1 Anwendungsbereich In dieser Richtlinie werden folgende Beanspru-chungen behandelt: Einwirkung eines Mediums (physikalische und chemische Medieneinwirkung) Einwirkung eines Medi

36、ums bei vorliegender innerer oder uerer Spannung (Spannungsriss-bildung) Eine physikalische Medieneinwirkung fhrt nicht zu einer Reaktion des Mediums mit dem Kunst-stoff. Es werden die physikalischen Bindungskrfte (Nebenvalenzbindungen) beeinflusst. Hierdurch kommt es zur Quellung bis zur Auflsung u

37、nd zu reversiblen Vernderungen der Eigenschaften von Kunststoffen. Eine chemische Medieneinwirkung fhrt zu einer Reaktion des Mediums mit den Hauptvalenzbin-dungen des Kunststoffs und zu irreversiblen nde-rungen der Eigenschaften. Bereits geringfgige chemische Vernderungen knnen sehr ausgeprg-te nde

38、rungen der Eigenschaften hervorrufen. Da Schden durch Medieneinwirkung auch durch andere Faktoren wie geringe Kristallinitt oder geringe Molmasse beeinflusst werden, gilt es ab-zuklren, ob bei einem Schaden dieser allein durch die Medieneinwirkung verursacht wurde oder ob die Ursache im Vorfeld der

39、Einwirkung liegt bzw. in einer Kombination. Diese Richtlinie beschrnkt sich zunchst auf durch Medieneinwirkung verursachte Schden und zeigt anschlieend frdernde Begleitumstnde auf. 1 Scope The following types of stresses will be addressed in this guideline: effects of media (physical and chemical st

40、resses due to media), effects of media in cases of pre-existing internal or external strains (crazing) A physical effect of stress due media does not lead to a reaction between of the medium with the plastic material. Only the physical bonds are influ-enced (secondary valencies). This results in swe

41、ll-ing even to the point of dissolution and in reversi-ble changes in the properties of plastics. Chemical effects of stress due to media lead to a reaction between the media and the primary va-lence bonds of the plastic and to irreversible changes in the properties. Even slight chemical changes can

42、 result in marked changes in the prop-erties of plastics. Since changes resulting from effects of stress due to media can also be influenced by other factors, such as low crystallinity or low molar mass, it must be clearly determined whether a failure was caused solely through the effects of stress

43、due to media or whether the cause can be found in conditions that existed previous to the effects of stress due to me-dia or in a combination of both. This guideline initially deals only with failures caused by the effects of stress due to media and subsequently illustrates accompanying conditions t

44、hat promote failure. 2 Normative Verweise Das folgende zitierte Dokument ist fr die Anwen-dung dieser Richtlinie erforderlich: VDI 3822:2011-11 Schadensanalyse; Grundlagen und Durchfhrung einer Schadensanalyse 2 Normative references The following referenced document is indispensa-ble for the applica

45、tion of this guideline: VDI 3822:2011-11 Failure analysis; Fundamentals and performance of failure analysis 3 Schden durch mediale Beanspruchung 3.1 Medieneinwirkung Generell wird durch Medieneinwirkung auf Kunst-stoffbauteilen ein Versagen durch folgende (mole-kulare) Ursachen hervorgerufen: physik

46、alische Medieneinwirkung (Quellung, Extraktion) chemische Medieneinwirkung (molekularer Abbau) 3 Failure resulting from stress due to media 3.1 Effects of stress due to media In general, failure of plastic components resulting from the effects of stress due to media can be at-tributed to the followi

47、ng (molecular) causes: physical effects of stress due to media (swell-ing, extraction) chemical effects of stress due to media (mo-lecular degradation) B974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2DEF1929BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2016-11All rights

48、reserved Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2013 VDI 3822 Blatt 2.1.7 / Part 2.1.7 5 Spannungsrissbildung ESC Environmental Stress Cracking (physikalischer Prozess unter gleichzeitiger Einwirkung einer inneren oder ueren Spannung) Die in Tabelle 1 genannten Schadensphnomene sind nicht einde

49、utig der Schadensursache mediale Beanspruchung“ zuzuordnen. Alle genannten Schadensphnomene knnen durchaus durch ande-re Lasten verursacht werden, sodass es zwingend erforderlich ist, durch die Art der Anwendung zu wissen, ob Medienkontakt vorliegt bzw. bei einem unzulssigen Medienkontakt diesen nachzuweisen. Dies ist jedoch vor allem bei anorganischen Suren und Laugen sowie bei leichtflchtigen, organi-schen Verbindungen