VDI 3822 Blatt 2 2 8-2016 Failure analysis - Defects on elastomeric products caused by media-induced stress.pdf

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1、ICS 03.100.40, 83.140.01 VDI-RICHTLINIEN September 2016 VEREIN DEUTSCHER INGENIEURE Schadensanalyse Schden an Elastomerprodukten durch mediale Beanspruchung Failure analysis Defects on elastomeric products caused by media-induced stress VDI 3822 Blatt 2.2.8 / Part 2.2.8 Ausg. deutsch/englisch Issue

2、German/English Die deutsche Version dieser Richtlinie ist verbindlich. The German version of this standard shall be taken as authorita-tive. No guarantee can be given with respect to the English translation. VDI-Gesellschaft Materials Engineering (GME) Fachbereich Werkstofftechnik VDI-Handbuch Werks

3、tofftechnik 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 Vervielfltigungauch fr innerbet

4、rieblicheZweckenichtgestattet/Reproduction even for internalusenotpermittedFrhereAusgabe:12.15Formeredition:12/15Zu beziehen durch/AvailableatBeuthVerlagGmbH,10772 Berlin AlleRechtevorbehalten/ All rightsreservedVereinDeutscherIngenieuree.V.,Dsseldorf2016Inhalt Seite Contents Page Vorbemerkung . 2 E

5、inleitung . 2 1 Anwendungsbereich . 4 2 Normative Verweise 4 3 Abkrzungen . 5 4 Schden durch mediale Beanspruchung . 5 4.1 Medieneinwirkung . 5 4.2 bersicht 9 4.3 Schadensbilder Beispiele (Bild 1 bis Bild 7) 16 Schrifttum 20 Preliminary note . 2 Introduction 2 1 Scope . 4 2 Normative references . 4

6、3 Abbreviations 5 4 Defects caused by media-induced stress 5 4.1 Media exposure 5 4.2 Overview . 9 4.3 Failure modes Examples (Figure 1 to Figure 7) . 16 Bibliography 20 B974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2DEF1929BEST BeuthStandardsCollection - Stand

7、2016-11 2 VDI 3822 Blatt 2.2.8 / Part 2.2.8 Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2016 Vorbemerkung Der Inhalt dieser Richtlinie ist entstanden unter Beachtung der Vorgaben und Empfehlungen der Richtlinie VDI 1000. Alle Rechte, insbesondere die des Nachdrucks, der Fotok

8、opie, der elektronischen Verwendung und der bersetzung, jeweils auszugsweise oder vollstn-dig, sind vorbehalten. Die Nutzung dieser Richtlinie ist unter Wahrung des Urheberrechts und unter Beachtung der Li-zenzbedingungen (www.vdi.de/richtlinien), die in den VDI-Merkblttern geregelt sind, mglich. Al

9、len, die ehrenamtlich an der Erarbeitung dieser Richtlinie mitgewirkt haben, sei gedankt. Preliminary note The content of this standard has been developed in strict accordance with the requirements and rec-ommendations of the standard VDI 1000. All rights are reserved, including those of reprint-ing

10、, reproduction (photocopying, micro copying), storage in data processing systems and translation, either of the full text or of extracts. The use of this standard without infringement of copyright is permitted subject to the licensing con-ditions (www.vdi.de/richtlinien) specified in the VDI Notices

11、. We wish to express our gratitude to all honorary contributors to this standard. 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 bilden die Grundlage gezi

12、elter Manahmen zur Schadensabhilfe und -verhtung. Eine der Haupt-aufgaben der Schadensanalyse ist die Auswahl geeigneter Untersuchungsverfahren und die wis-senschaftlich fundierte, zusammenfassende Aus-wertung der Einzelergebnisse. Die Richtlinienreihe definiert Begriffe, benennt einheitlich Schaden

13、sarten und be-schreibt diese, leitet zur systematischen Vorgehensweise bei der Schadensanalyse an, gewhrleistet Vergleichbarkeit der Ergebnisse verschiedener Untersuchungsstellen und schafft Voraussetzungen zur nachvollziehbaren Dokumentation. Aufgrund der hufig gleichzeitig auftretenden chemischen,

14、 thermischen und mechanischen Belas-tungen von Elastomerprodukten berschneiden sich die Schadensphnomene teilweise. Folglich ergeben sich verschiedene Schadensphnomene oder -bilder, die auch in anderen Blttern dieser Richtlinienreihe bereits beschrieben sind. In dieser Richtlinie wird zwischen den B

15、egriffen Belastung“ und Beanspruchung“ nach folgender Begriffsdefinition unterschieden: Belastung: Einflussgren, die von auen auf das Bauteil einwirken Beanspruchung: Reaktion des Materials (Span-nung, Verformung usw.) auf die Last (oder die Belastung), die bei berschreiten der Bean-spruchungsgrenze

16、n zu einem Schadensfall fh-ren kann. 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 from this provide a basis for targeted measures to remedy and prevent failure. One of the main tas

17、ks of failure analysis is the selection of appropriate investigation methods and the scientifically sound, comprehensive evaluation of the individual find-ings. This series of standards provides definitions of terms, gives consistent designations and descriptions of failure types, provides direction

18、 for systematically perform-ing failure analyses, ensures the comparability of the results ob-tained by different analytical laboratories and creates the prerequisites for a comprehensible documentation. Because chemical, thermal, and mechanical stress-es on elastomer products tend to occur simultan

19、e-ously, the failure phenomena overlap to a certain extent. This leads to various failure phenomena or failure modes that have also been described in other parts of this series of standards. This standard distinguishes between the concepts of “load” and “stress”, according to the following definitio

20、n: load: a factor that acts upon a part from outside stress: the reaction of the material (strain, de-formation, etc.) to the applied load, which can lead to failure when stress limits are exceededB974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2DEF1929BEST BeuthS

21、tandardsCollection - Stand 2016-11All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2016 VDI 3822 Blatt 2.2.8 / Part 2.2.8 3 Siehe zudem VDI 3822 Blatt 2.1.4. Einteilung Richtlinienreihe VDI 3822 Blatt 2.2 Die Richtlinienreihe ist folgendermaen strukturiert: Die werkstoffbergreifende R

22、ichtlinie VDI 3822 behandelt Grundlegendes zur Vorgehensweise. Eine Richtlinie errtert allgemeine Gesichts-punkte zum komplexen Thema Alterung von Elastomeren“ (Blatt 2.2.1) Drei Richtlinien beschreiben mgliche Ursa-chen, die bereits vor der Nutzung auftreten knnen (Blatt 2.2.2 bis Blatt 2.2.4). Fnf

23、 Richtlinien beziehen sich auf mgliche Ursachen whrend der Nutzung (Blatt 2.2.5 bis Blatt 2.2.9). Eine Richtlinie erlutert die bedeutenden in-strumentellen Analysemethoden in der Scha-densanalyse (Blatt 2.2.10). Blatt 2.2.1 Schden an Elastomerprodukten durch Alterung (in Vorbereitung) Blatt 2.2.2 Sc

24、hden an Elastomerprodukten durch Fehler bei der Compound-Herstellung (in Vorbereitung) Blatt 2.2.3 Schden an Elastomerprodukten durch Fertigungsfehler Blatt 2.2.4 Schden an Elastomerprodukten durch Fehler bei der Konstruktion Blatt 2.2.5 Schden an Elastomerprodukten durch mechanische Beanspruchung B

25、latt 2.2.6 Schden an Elastomerprodukten durch tribologische Beanspru-chung (in Vorbereitung) Blatt 2.2.7 Schden an Elastomerprodukten durch thermische Beanspruchung (in Vorbereitung) Blatt 2.2.8 Schden an Elastomerprodukten durch mediale Beanspruchung Blatt 2.2.9 Schden an Elastomerprodukten durch k

26、limatische Beanspruchung Blatt 2.2.10 Bedeutende instrumentelle Analy-semethoden fr die Schadensana-lyse an Elastomerprodukten (in Vorbereitung) Eine Liste der aktuell verfgbaren Bltter dieser Richtlinienreihe ist im Internet abrufbar unter www.vdi.de/3822. Die Richtlinien VDI 3822 Blatt 2.2.1 bis B

27、latt 2.2.10 gelten jeweils nur in Verbindung mit der Richtlinie VDI 3822. See also VDI 3822 Part 2.1.4. Structure of the series of standards VDI 3822 Part 2.2 The series of standards is structured as follows: The standard VDI 3822, which applies to a number of different materials, deals with fun-dam

28、ental methodical questions. One standard deals with general issues of the complex topic of “elastomer ageing” (Part 2.2.1). Three standards describe possible failure causes that apply before use (Part 2.2.2 to Part 2.2.4). Five standards deal with possible failure causes during use (Part 2.2.5 to Pa

29、rt 2.2.9). One standard explains significant instrumental analysis methods in failure analysis (Part 2.2.10). Part 2.2.1 Defects on elastomeric products caused by aging (in preparation) Part 2.2.2 Defects on elastomeric products caused by faulty compounding (in preparation) Part 2.2.3 Defects on ela

30、stomeric products caused by faulty processing Part 2.2.4 Defects on elastomeric products caused by faulty design Part 2.2.5 Defects on elastomeric products caused by mechanical stress Part 2.2.6 Defects on elastomeric products caused by tribological stress (in preparation) Part 2.2.7 Defects on elas

31、tomeric products caused by thermal-induced stress (in preparation) Part 2.2.8 Defects on elastomeric products caused by media-induced stress Part 2.2.9 Defects on elastomeric products caused by climate-induced stress Part 2.2.10 Significant instrumental analysis methods for failure analysis of elast

32、omeric products (in preparation) A catalogue of all available parts of this series of standards can be accessed on the Internet at www.vdi.de/3822. The standards VDI 3822 Part 2.2.1 to Part 2.2.10 are only applicable in conjunction with the stand-ard VDI 3822. B974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD

33、9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2DEF1929BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2016-11 4 VDI 3822 Blatt 2.2.8 / Part 2.2.8 Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2016 Bei der Ermittlung mglicher Schadensursachen ist zu bercksichtigen, dass sehr hnliche Schade

34、ns-bilder durch unterschiedliche Ursachen und/oder Beanspruchungsarten 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

35、rund der fehlenden Eineindeutigkeit in der Verantwortung des Anwenders dieser Richtli-nie, stets alle Beibltter zu bercksichtigen, sofern nicht das Schadensumfeld Ausschlsse zulsst. In determining possible causes of failure, it should be kept in mind that very similar failure modes can result from d

36、ifferent causes and/or types of stress. Hence, it must not be assumed that the cause of failure has been clearly identified as soon as the observed failure mode corresponds to one of the failure phenomena described in one of the parts of this standard. This is no clear indication; the user of this s

37、tandard is always responsible for taking all parts into consideration, unless the failure envi-ronment justifies exclusions. 1 Anwendungsbereich Diese Richtlinie behandelt Beanspruchungen durch physikalische und chemische Einwirkung eines Mediums und deren Inhaltsstoffe (z. B. Additive) auf ein Elas

38、tomer. Eine physikalische Medieneinwirkung fhrt nicht zu einer chemischen Reaktion des Mediums oder seiner Additive mit der Polymermatrix, der Ver-netzung oder mit anderen Bestandteilen des Elasto-merwerkstoffs (z. B. Weichmacher, Antioxidantien, Fllstoffe, Verarbeitungshilfsmittel). Es treten in de

39、r Regel reversible Phnomene wie Quellung (Volumenzunahme) oder Schrumpfung infolge von Elutionsvorgngen auf. Dieses kann wiederum zu einer Vernderung der physikalisch-mechanischen Eigenschaften fhren. Eine chemische Medieneinwirkung liegt vor, wenn es zu einer chemischen Reaktion zwischen dem Medium

40、 und/oder seiner Additive und damit zu einer irreversiblen nderung des Eigenschaftsbilds des Elastomers kommt. Der Anwendungsbereich ist beschrnkt auf flssige Medien einschlielich Su-ren und Basen und umfasst Gase, auer Ozon und Sauerstoff (siehe auch VDI 3822 Blatt 2.2.7 und Blatt 2.2.9). Die Infor

41、mationen aus dieser Richtlinie dienen lediglich als grundstzlicher Rahmen. Abweichun-gen ergeben sich bei Elastomeren insbesondere aufgrund des bestimmungsgemen Einsatzzwecks sowie der geltenden Materialspezifikationen und der dort festgelegten Toleranzen anwendungsorien-tiert hergestellter Elastome

42、rprodukte. 1 Scope This standard deals with stresses acting on an elas-tomer that are due to the physical and chemical exposure to media and their constituents (such as additives). Physical media exposure will not lead to a chemi-cal reaction of the medium or its additives with the polymer matrix, w

43、ith the cross-links, or with other constituents of the elastomer material (such as plasticizers, antioxidants, fillers, and processing aids). Typical consequences are reversible phe-nomena such as swelling (increase in volume) or shrinkage due to elution. These can, in turn, lead to changes in physi

44、cal/mechanical properties. Chemical media exposure involves a chemical reaction between the medium, and/or its additives and the elastomer and thus an irreversible change in the elastomers properties. The scope of this standard is restricted to fluid media including acids and bases and includes gase

45、s with the exception of ozone and oxygen (see also VDI 3822 Part 2.2.7 and Part 2.2.9). The information in this standard are intended sole-ly as a basic framework. Variations between elas-tomers particularly depend on their intended uses as well as on the applicable material specifications and the t

46、olerances they allow for the individual elastomer products according to the application they were manufactured for. 2 Normative Verweise Das folgende zitierte Dokument ist fr die Anwen-dung dieser Richtlinie erforderlich: VDI 3822:2011-11 Schadensanalyse; Grundlagen und Durchfhrung einer Schadensana

47、lyse 2 Normative references The following referenced document is indispensa-ble for the application of this standard: VDI 3822:2011-11 Failure analysis; Fundamentals and performance of failure analysis B974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2DEF1929BEST B

48、euthStandardsCollection - Stand 2016-11All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2016 VDI 3822 Blatt 2.2.8 / Part 2.2.8 5 3 Abkrzungen In dieser Richtlinie werden die nachfolgend aufge-fhrten Abkrzungen verwendet: ATR-IR- Spektroskopie abgeschwchte Totalreflexion-Infrarotspektr

49、oskopie DSC Differential Scanning Calorimetry (auch: DDK dynamische Differ-enzkalorimetrie) ECO Ethylenoxid-Epichlorhydrin-Kautschuk EPDM Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk FKM Fluorkautschuk GC Gaschromatografie GC/MS Gaschromatografie mit Massen-spektrometrie-Kopplung HPLC Hochleistungsflssigkeitschroma-tografie (frher auch: Hochdruck-flssigchromatografie) IR Infrarotspektroskopie NBR Nitrile-Butadien Rubber (Nitril-kauts