VDI 3822 Blatt 2 1 9-2012 Failure analysis - Defects of thermoplastic products made of plastics caused by microbial stress.pdf

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1、 ICS 03.100.40, 83.080.20 VDI-RICHTLINIEN Januar 2012 January 2012 VEREIN DEUTSCHER INGENIEURE Schadensanalyse Schden an thermoplastischen Kunststoffprodukten durch mikrobielle Beanspruchung Failure analysis Defects of thermoplastic products made of plastics caused by microbial stress VDI 3822 Blatt

2、 2.1.9 / Part 2.1.9 Ausg. 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 (GM

3、E) Fachbereich Werkstofftechnik 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: Verfgbarke

4、it/Schadensanalyse Vervielfltigungauch fr innerbetriebliche Zwecke nichtgestattet/Reproduction even for internalusenotpermittedFrhereAusgabe:09.10Entwurf, deutschFormeredition:09/10Draft,inGerman onlyZubeziehen durch/Available atBeuth VerlagGmbH,10772Berlin AlleRechtevorbehalten /All rightsreserved(

5、a) Verein DeutscherIngenieuree.V., Dsseldorf2012Inhalt Seite Contents Page Vorbemerkung . 2 Einleitung . 2 1 Anwendungsbereich . 4 2 Normative Verweise 4 3 Randbedingungen fr Schden durch mikrobielle Beanspruchung . 4 3.1 Wasseraktivitt . 4 3.2 Nhrstoffe 5 4 Schadensphnomene . 5 5 Nachweis von Schde

6、n als Folge mikrobieller Beanspruchung . 8 5.1 Probenahme . 8 5.2 Vor-Ort-Begutachtung . 8 5.3 Untersuchungsgang 8 5.4 Methoden zum Nachweis von Mikroorganismen . 9 6 Schden durch mikrobielle Beanspruchung . 11 7 Typische, fr mikrobiellen Befall anfllige Kunststoffe und Komponenten 12 8 Bilder 14 Sc

7、hrifttum 19 Preliminary note . 2 Introduction 2 1 Scope . 4 2 Normative references 4 3 Framework conditions for defects caused by microbial stress 4 3.1 Water activity . 4 3.2 Nutrients . 5 4 Failure phenomena . 5 5 Identification of defects caused by microbial stress . 8 5.1 Sample collection . 8 5

8、.2 On-site assessment . 8 5.3 Examination procedure. 8 5.4 Methods to identify microorganisms 9 6 Defects caused by microbial stress 11 7 Plastics and components typically susceptible to microbial contamination 12 8 Figures . 14 Bibliography . 19 B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF8AD9NormCD

9、- Stand 2012-04 2 VDI 3822 Blatt 2.1.9 / Part 2.1.9 Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2012 Vorbemerkung Der Inhalt dieser Richtlinie ist entstanden unter Beachtung der Vorgaben und Empfehlungen der Richtlinie VDI 1000. Alle Rechte, insbesondere die des Nachdrucks, d

10、er Fotokopie, der elektronischen Verwendung und der bersetzung, jeweils auszugsweise oder vollstn-dig, sind vorbehalten. Die Nutzung dieser VDI-Richtlinie ist unter Wah-rung des Urheberrechts und unter Beachtung der Lizenzbedingungen (www.vdi-richtlinien.de), die in den VDI-Merkblttern geregelt sind

11、, mglich. Allen, die ehrenamtlich an der Erarbeitung dieser VDI-Richtlinie mitgewirkt haben, sei gedankt. Preliminary note The content of this guideline has been developed in strict accordance with the requirements and rec-ommendations of the guideline VDI 1000. All rights are reserved, including th

12、ose of reprint-ing, reproduction (photocopying, micro copying), storage in data processing systems and translation, either of the full text or of extracts. The use of this guideline without infringement of copyright is permitted subject to the licensing con-ditions specified in the VDI Notices (www.

13、vdi-richtlinien.de). We wish to express our gratitude to all honorary contributors to this guideline. Einleitung Durch Schadensanalysen sollen die Ursachen fr schadhafte Vernderungen bei Werkstoffen und Produkten bis hin zum Versagen aufgedeckt wer-den. Die sich hieraus ergebenden Erkenntnisse bil-d

14、en die Grundlage gezielter Manahmen zur Scha-densabhilfe und -verhtung. Eine der Hauptaufga-ben der Schadensanalyse ist die Auswahl geeigneter Untersuchungsverfahren und die wissenschaftlich fundierte, zusammenfassende Auswertung der Ein-zelergebnisse. Demnach ist es Zweck der Richtlinie: Begriffe z

15、u definieren Schadensarten einheitlich zu benennen und zu beschreiben zur systematischen Vorgehensweise bei der Schadensanalyse anleiten Vergleichbarkeit der Ergebnisse verschiedener Untersuchungsstellen zu gewhrleisten Voraussetzungen zur nachvollziehbaren Doku-mentation zu schaffen Einteilung Rich

16、tlinienreihe VDI 3822 Blatt 2.1 Gem dem Bild, dass Schden an thermoplasti-schen Kunststoffprodukten durch Fehler in der Kon-struktion (inklusive der Umsetzung von Anforde-rungen), im Werkstoff, in der Verarbeitung und whrend der Nutzung entstehen knnen, wurde die Richtlinienreihe folgendermaen struk

17、turiert: Die werkstoffbergreifende Richtlinie VDI 3822 behandelt Grundlegendes zur Vorgehensweise. Drei Richtlinien beschreiben mgliche Ursa-chen, die bereits 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

18、 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 ultimately lead to failure. The findings thereby obtained provide a basis for targeted measures to remedy and prevent failure. One of the main tasks of

19、 failure analysis is the selection of appropriate investigation methods and the scien-tifically sound, comprehensive evaluation of the individual findings. Correspondingly, the objective of this guideline is to: provide definitions of terms to designate and describe types of failure in a uniform man

20、ner provide direction for systematically performing failure analyses ensure the comparability of the results obtained by different analytical laboratories establish requirements for comprehensible documentation Structure of the series of guidelines VDI 3822 Part 2.1 According to the pattern that def

21、ects in thermo-plastic products can result from defects in the de-sign (including the implementation of require-ments), materials, manufacturing process 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 materia

22、ls, deals with fun-damental questions of procedure. Three guidelines describe possible causes that can occur before use (Part 2.1.1 to Part 2.1.3). Six guidelines are related to possible causes during use (Part 2.1.4 to Part 2.1.9). B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF8AD9NormCD - Stand 2012-0

23、4All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2012 VDI 3822 Blatt 2.1.9 / Part 2.1.9 3 Eine Richtlinie erlutert die bedeutenden in-strumentellen Analysemethoden in der Scha-densanalyse (Blatt 2.1.10). Blatt 2.1.1 Schden an thermoplastischen Kunststoffprodukten durch fehler-hafte K

24、onstruktion Blatt 2.1.2 Schden an thermoplastischen Kunststoffprodukten durch fehler-hafte Verarbeitung Blatt 2.1.3 Schden an thermoplastischen Kunststoffprodukten durch fehler-hafte Werkstoffauswahl und Fehler im Werkstoff Blatt 2.1.4 Schden an thermoplastischen Kunststoffprodukten durch mecha-nisc

25、he Beanspruchung Blatt 2.1.5 Schden an thermoplastischen Kunststoffprodukten durch thermi-sche Beanspruchung Blatt 2.1.6 Schden an thermoplastischen Kunststoffprodukten durch tribolo-gische Beanspruchung Blatt 2.1.7 Schden an thermoplastischen Kunststoffprodukten durch media-le Beanspruchung Blatt 2

26、.1.8 Schden an thermoplastischen Kunststoffprodukten durch Witte-rungsbeanspruchung Blatt 2.1.9 Schden an thermoplastischen Kunststoffprodukten durch mikro-bielle Beanspruchung Blatt 2.1.10 Bedeutende Analysemethoden fr die Schadensanalyse an thermo-plastischen Kunststoffprodukten Eine Liste der akt

27、uell verfgbaren Bltter dieser Richtlinienreihe ist im Internet abrufbar unter www.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 Sch

28、adens-bilder durch unterschiedliche Ursachen bzw. Be-anspruchungsarten entstehen 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 aufg

29、rund der fehlenden Eineindeutigkeit in der Verantwortung des Anwenders dieser 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

30、 of thermoplastic products made of plastics caused by faulty design Part 2.1.2 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 un-favourable choice of material and by defects in the material Par

31、t 2.1.4 Defects of thermoplastic products made of plastics caused by me-chanical 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 tribo-logy-induced stress Part 2.1.7 Defects in therm

32、oplastic products made of plastics caused by chemi-cal stress Part 2.1.8 Defects of thermoplastic products made of plastics caused by weather-induced stress Part 2.1.9 Defects of thermoplastic products made of plastics caused by micro-bial stress Part 2.1.10 Significant instrumental analysis methods

33、 for failure analysis of pro-ducts made of plastics A catalogue of all available 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

34、 causes of failure, it should kept in mind that very similar failure modes can result from different causes and/or types of stress. Hence, it cannot be assumed that the cause of fail-ure has been clearly identified, simply because the failure mode that presents itself corresponds to one of failure p

35、henomena described in one of the parts of this guideline. This is no clear indication; the user of this guideline is always responsible for taking all of the parts into consideration, unless the failure environment justifies exclusions. B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF8AD9NormCD - Stand 20

36、12-04 4 VDI 3822 Blatt 2.1.9 / Part 2.1.9 Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2012 1 Anwendungsbereich Die vorliegende Richtlinie gilt fr solche Schden, bei denen Mikroorganismen entweder als alleinige Ursache in Frage kommen, aber auch fr solche, bei denen Mikroorgan

37、ismen den Schaden be-schleunigen, vergrern oder indirekt verursachen. Viren, Bakterien, Algen, Pilze und Protozoen (Ein-zeller mit Zellkern wie Amben) werden als Mik-roorganismen bezeichnet. Bei Schadensfllen ist eine absolut sichere kausale Zuordnung zu mikro-bieller Beanspruchung nicht immer mglic

38、h. Es sollte jedoch, wenn die Voraussetzungen fr eine Anwesenheit von Mikroorganismen gegeben sind, der mikrobielle Einfluss bei der Schadensanalyse mit in Betracht gezogen werden. 1 Scope This guideline applies to defects for which micro-organisms can be seen as the sole cause, or for defects accel

39、erated, exacerbated or indirectly caused by microorganisms. Viruses, bacteria, al-gae, fungi and protozoa (single-cell organisms with nuclei such as amoeba) are designated as microor-ganisms. When defects occur, it is not always pos-sible to attribute the cause to microbial stress with absolute cert

40、ainty. The influence of microorgan-isms should, however, be taken into consideration in failure analysis whenever the preconditions for the existence of microorganisms are given. 2 Normative Verweise Das folgende zitierte Dokument ist fr die Anwen-dung dieser Richtlinie erforderlich: VDI 3822:2011-1

41、1 Schadensanalyse; Grundlagen und Durchfhrung einer Schadensanalyse 2 Normative references The following document is required for the appli-cation of this guideline: VDI 3822:2011-11 Failure analysis; Fundamental and performance of failure analysis 3 Randbedingungen fr Schden durch mikrobielle Beans

42、pruchung 3.1 Wasseraktivitt Voraussetzung fr mikrobielle Beanspruchung ist die Ansiedlung und Aktivitt von Mikroorganismen auf Oberflchen. Bei Mangel an freiem Wasser werden die Wachstumsprozesse von Mikroorganis-men verlangsamt, empfindliche Organismen knnen sogar abgettet werden. Die Menge an frei

43、em Was-ser wird durch die Wasseraktivitt (auch aw-Wert“ oder Activity of Water“) beschrieben. Sie ist als Quotient des Wasserdampfdrucks pMber einem Material zu dem Wasserdampfdruck (p0) ber rei-nem Wasser bei einer bestimmten Temperatur defi-niert: aw= pM/p0. Anhaltspunkt fr die Hhe der Wasseraktiv

44、itt ist die Luftfeuchtigkeit. Beispiel-weise ist die Wasseraktivitt aw= 0,7, wenn bei einer relativen Luftfeuchte von 70 % das gesamte Wasser fr Mikroorganismen verfgbar ist. Fr das Leben von Mikroorganismen an Oberfl-chen ist eine Feuchtigkeit bzw. eine Wasseraktivi-tt in der Umgebung von 0,7 bei P

45、ilzen und 0,9 bei Bakterien Voraussetzung fr Leben. Bei den meisten Mikroorganismen liegt das Wachstumsop-timum bei 0,98 aw 1. Es gibt jedoch Mikroor-ganismen, die eine deutlich niedrigere Wasserakti-vitt von bis zu aw= 0,6 tolerieren. Dazu gehren vor allem spezielle Pilzarten. Gnstige Wachs-tums- u

46、nd Aktivittstemperaturen liegen zwischen 10 C und 70 C. In seltenen Fllen sind auch h-here oder geringere Temperaturen ausreichend. 3 Framework conditions for defects caused by microbial stress 3.1 Water activity A precondition for microbial stress is the attach-ment and activity of microorganisms o

47、n surfaces. In cases where there is a lack of available water, the growth processes of microorganisms are re-tarded, and sensitive organisms can even be killed off. The amount of available water is described as water activity (also “aw-value” or “activity of wa-ter”). It is defined as the quotient o

48、f the water va-pour pressure pMover a material to the water va-pour pressure (p0) over pure water at a certain tem-perature: aw= pM/p0. Humidity is an indicator of the level of water activity. For example, the water activity is aw= 0,7, when all of the water is avail-able to microorganisms at a humi

49、dity level of 70 %. A humidity level, or water activity, in the range of 0,7 for fungi and 0,9 for bacteria is a precondi-tion for the survival of microorganisms on sur-faces. In the case of most microorganisms, optimal growth takes place at 0,98 aw 1. There are, however, microorganisms that tolerate markedly lower water activity, as low as aw= 0,6. Foremost among these are special types of fungi. Fav