VDI 3822 Blatt 2 1 10-2012 Failure analysis - Significant instrumental analysis methods for failure analysis of products made of plastics.pdf

1、 ICS 03.100.40, 83.080.20 VDI-RICHTLINIEN Januar 2012 January 2012 VEREIN DEUTSCHER INGENIEURE Schadensanalyse Bedeutende instrumentelle Analysemethoden fr die Schadensanalyse an Kunststoffprodukten Failure analysis Significant instrumental analysis methods for failure analysis of products made of p

2、lastics VDI 3822 Blatt 2.1.10 / Part 2.1.10 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 M

3、aterials Engineering (GME) 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 Chemieingenieurw

4、esen, Band 3: Verfgbarkeit/Schadensanalyse Vervielfltigungauchfrinnerbetriebliche Zwecke nicht gestattet /Reproductionevenforinternalusenot permittedFrhere Ausgabe:11.10 Entwurf,deutschFormeredition:11/10Draft,in German onlyZu beziehen durch /Available atBeuth Verlag GmbH,10772 BerlinAlle Rechte vor

5、behalten /Allrightsreserved Verein DeutscherIngenieuree.V.,Dsseldorf2012Inhalt Seite Contents Page Vorbemerkung . 2 Einleitung . 2 1 Anwendungsbereich . 4 2 Normative Verweise 5 3 Analysemethoden fr die Schadensanalyse 6 3.1 Mikroskopie/Tomografie . 6 3.2 Methoden der Thermischen Analyse . 8 3.3 Spe

6、ktroskopische Methoden 10 3.4 Rheometrische/viskosimetrische Methoden . 14 3.5 Chromatografische Methoden 16 3.6 Methoden der mechanischen Prfung 16 3.7 Sonstige Methoden . 18 Schrifttum 18 Preliminary note . 2 Introduction 2 1 Scope . 4 2 Normative references 5 3 Analysis methods for failure analys

7、is 7 3.1 Microscopy/tomography 7 3.2 Methods of thermal analysis . 9 3.3 Spectroscopic methods . 11 3.4 Rheometric/viscosimetric methods 15 3.5 Chromatographic methods . 17 3.6 Methods of mechanical testing . 17 3.7 Other methods 19 Bibliography . 18 B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF8AD9Nor

8、mCD - Stand 2012-04 2 VDI 3822 Blatt 2.1.10 / Part 2.1.10 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 Nachdru

9、cks, der 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 geregel

10、t sind, 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, includ

11、ing those 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

12、 (www.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

13、 bil-den 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: Begr

14、iffe zu 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 Einteilun

15、g Richtlinienreihe 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

16、 strukturiert: 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

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

18、sks of 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 unifo

19、rm manner 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 th

20、at defects 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 m

21、aterials, 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

22、2012-04All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2012 VDI 3822 Blatt 2.1.10 / Part 2.1.10 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

23、-hafte Konstruktion 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 me

24、cha-nische 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

25、 Blatt 2.1.8 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

26、 der aktuell 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 hnl

27、iche Schadens-bilder durch unterschiedliche Ursachen bzw. Bean-spruchungsarten entstehen knnen. Insofern kann nicht davon ausgegangen werden, dass eine Scha-densursache eindeutig identifiziert ist, sobald in einem der Beibltter ein Schadensphnomen mit dem vorliegenden Schadensbild bereinstimmt. Es l

28、iegt aufgrund der fehlenden Ein-Eindeutigkeit 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

29、.1 Defects 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 ma

30、terial Part 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 Defect

31、s in thermoplastic 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 analys

32、is methods 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 determinin

33、g possible 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

34、 failure phenomena 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

35、- Stand 2012-04 4 VDI 3822 Blatt 2.1.10 / Part 2.1.10 Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2012 1 Anwendungsbereich Gem dem in VDI 3822 vorgeschlagenen Vorge-hen hat die instrumentelle Analytik eine wesentli-che Rolle am Erfolg einer Schadensanalyse an Kunststoffproduk

36、ten. Der Schadensanalytiker muss in der Lage sein, fr eine erarbeitete Fragestellung die geeigneten Analysemethoden zu identifizieren und deren Potential zur Problemlsung kennen. Er muss einordnen knnen, welche Art von Erkennt-nissen eine Methode in dem vorliegenden Scha-densfall erwarten lsst bzw.

37、anhand welcher Me-thode eine gewnschte Aussage getroffen werden kann. Im Folgenden werden in der Schadensanalyse von Kunststoffprodukten hufig eingesetzte Methoden aufgefhrt, deren Abkrzungen, wie sie in den anderen Beiblttern genutzt werden, definiert, de-ren Funktionsprinzip knapp skizziert und be

38、ispiel-haft erlutert, welche Eigenschaften damit charak-terisiert werden knnen. Es werden zudem Bei-spiele von Anwendungen aus der Schadensanalyse genannt.1)Die zugrunde liegenden Mechanismen der Schdigung sollen jedoch aus den betreffenden Beiblttern entnommen werden. Die nachfolgenden Tabellen in

39、Abschnitt 3 ordnen die Analysemethoden der folgenden berordnung zu: 1) mikroskopische Verfahren 2) Methoden der Thermischen Analyse 3) spektroskopische Methoden 4) rheometrische/viskosimetrische Methode 5) chromatografische Methoden 6) Methoden der mechanischen Prfung 7) sonstige Methoden Zu beachte

40、n ist, dass zumeist erst eine Kombinati-on geeigneter Methoden aussagekrftige Ergebnis-se zulsst. Ob eine Methode zur Anwendung ge-langt, hngt von den Rahmenbedingungen des Einzelfalles ab, nmlich welche Fragestellung zu beantworten ist, welche Probenqualitten2)dazu erforderlich und welche verfgbar

41、sind. Ferner spielen natrlich der entstehende Aufwand und die Kosten eine entscheidende Rolle. 1 Scope According to the procedure recommended in VDI 3822, instrumental analysis plays an essential role in conducting a successful failure analysis of a plastic product. The failure analyst must be able

42、to identify the appropriate analysis methods for the questions he poses and also be familiar with their potential for solving the problem. He must be able to assess what type of findings that can be ex-pected from a given method in the specific case of failure to be investigated, or which method wil

43、l allow a desired conclusion to be drawn. In the following, methods that are often used in failure analyses of plastic products will be pre-sented, along with the abbreviations used for them in the other parts. Subsequently, their functional principles will be briefly explained and examples of the p

44、roperties that they can be used to character-ise will be provided. In addition, examples of their use in failure analysis will be cited.1)However, information on the underlying failure mechanisms is to be found in the corresponding parts. The following tables in Section 3 organise the analysis metho

45、ds into the following categories: 1) microscopic procedures 2) thermal analysis methods 3) spectroscopic methods 4) rheometric/viscometric methods 5) chromatographic methods 6) mechanical testing methods 7) other methods It should be kept in mind that a combination of appropriate methods is generall

46、y of primary impor-tance for significant results. Whether a method is applied or not, depends upon the framework condi-tions of the individual case, namely, which ques-tion is to be answered, which sample qualities2)are required and which are available. Furthermore, the resulting costs, both in term

47、s of time and money, also play a decisive role. 1)Die Angaben in den Tabellen sind beispielhaft und erheben nicht den Anspruch auf Vollstndigkeit. / The information in the tables is only exemplary and does not claim to be exhaustive. 2)Damit ist beispielsweise gemeint, dass die Ermittlung mechanisch

48、er Werkstoffkennwerte wie die Bruchdehnung nur anhand von Prfkrpern mglich ist. Das vorhandene Schadensprodukt und die Referenzprodukte mssen die Entnahme von derartigen Proben erlauben. / This, for example, means that the determination of the mechanical characteristics of a material, such as bendin

49、g fracture strength, is only possible by using reference pieces. The defective product at hand, and the reference products, must allow for the collection of such samples. B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF8AD9NormCD - Stand 2012-04All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2012 VDI 3822 Blatt 2.1.10 / Part 2.1.10 5 Unter diesen Gesichtspunkten kommt der Licht-mikroskopie eine zentrale Bedeutung zu. Sie stellt