VDI 3958 Blatt 11-2009 Environmental simulation - Exposure of polymers to air pollutants in combination with weathering.pdf

1、ICS 13.020.99 VDI-RICHTLINIEN Mai 2009May 2009VEREIN DEUTSCHER INGENIEURE Umweltsimulation Schadbegasung von Polymeren in Kombination mit Bewitterung Environmental simulation Exposure of polymers to air pollutants in combination with weathering VDI 3958 Blatt 11 / Part 11 Ausg. deutsch/englisch Issu

2、e German/English Der Entwurf dieser Richtlinie wurde mit Ankndigung im Bundesanzeiger einem ffentlichen Einspruchsverfahren unterworfen. Die deutsche Version dieser Richtlinie ist verbindlich. The draft of this guideline has been subject to public scrutiny after announcement in the Bundesanzeiger (F

3、ederal Gazette). The German version of this guideline shall be taken as authori-tative. No guarantee can be given with respect to the English translation. Kommission Reinhaltung der Luft im VDI und DIN Normenausschuss KRdL Fachbereich Umweltqualitt Arbeitsgruppe Wirkung auf Werkstoffe VDI/DIN-Handbu

4、ch Reinhaltung der Luft, Band 1a: Maximale Immissions-Werte Vervielfltigung auch fr innerbetriebliche Zwecke nicht gestattet / Reproduction even for internal use not permittedFrhere Ausgabe: 01.08Entwurf, deutsch Former edition: 01/08 Draft, inGerman only Zu beziehen durch / Available atBeuthVerlagG

5、mbH, 10772 BerlinAlleRechtevorbehalten/ All rights reserved VereinDeutscherIngenieuree.V., Dsseldorf 2009 Inhalt Seite Contents Page Vorbemerkung . 2 Einleitung. 2 1 Anwendungsbereich 2 2 Versuchseinrichtung 3 3 Schrfegrade. 4 4 Vorbehandlung . 5 5 Untersuchungen vor Versuchsbeginn5 6 Referenzmateri

6、alien . 5 7 Versuchsdurchfhrung 5 8 Nachbehandlung 6 9 Untersuchungen nach Versuchsende 7 10 Dokumentation . 7 Anhang Beschreibung der Versuchseinrichtung 8 Schrifttum 15 Preliminary note .2 Introduction 2 1 Scope.2 2 Test set-up.3 3 Degrees of severity.3 4 Pretreatment5 5 Studies before start of te

7、st.5 6 Reference materials5 7 Test procedure5 8 Post-treatment.6 9 Examinations after the end of the test7 10 Documentation8 Annex Description of the test set-up.8 Bibliography.15 B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF8AD9NormCD - Stand 2012-04 2 VDI 3958 Blatt 11 / Part 11 Alle Rechte vorbehalt

8、en Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2009 Vorbemerkung Der Inhalt dieser Richtlinie ist entstanden unterBeachtung der Vorgaben und Empfehlungen der Richtlinie VDI 1000. Alle Rechte, insbesondere die des Nachdrucks, derFotokopie, der elektronischen Verwendung und derbersetzung, jeweils ausz

9、ugsweise oder vollstn-dig, sind vorbehalten. Die Nutzung dieser VDI-Richtlinie ist unter Wah-rung des Urheberrechts und unter Beachtung derLizenzbedingungen (www.vdi-richtlinien.de), diein den VDI-Merkblttern geregelt sind, mglich. Allen, die ehrenamtlich an der Erarbeitung dieserVDI-Richtlinie mitg

10、ewirkt 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 those of reprint-ing, reproduction (photocopying, micro copying), storage in data

11、 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.vdi-richtlinien.de). We wish to express our gratitude to all honorary contribut

12、ors to this guideline. Einleitung Neben klimatischen Faktoren, wie Temperatur, relative Luftfeuchte, Niederschlge, Sonnenstrah-lung, Windgeschwindigkeit und nderungsge-schwindigkeit von Temperatur und Feuchte, beein-flussen Schadgase zustzlich die atmosphrischeKorrosion und Alterung von polymeren We

13、rkstof-fen. Dabei knnen sich bei der kombinierten Bean-spruchung synergistische oder antagonistischeEffekte ergeben. Zur Simulation des Schadgaseinflusses benutzt man die Methodik der Umweltsimulation (sieheVDI 3958 Blatt 1 und Blatt 10). Dabei werdenVersuchsatmosphren mit zum Teil erhhtenSchadgasko

14、nzentrationen verwendet. Die in dervorliegenden Richtlinie beschriebenen Methoden knnen in Ergnzung zu anderen Regelwerken frjede Umweltsituation angewendet werden. Introduction In addition to climatic factors, for example, tem-perature, relative humidity, precipitation, solar radiation, wind speed

15、and the rate of change of temperature and humidity, gaseous pollutants also affect the atmospheric corrosion and ageing of polymer materials. At the same time, combinedexposure can result in synergistic or antagonistic effects. Environmental simulation is the method used to simulate the effect of ga

16、seous pollutants (see VDI 3958 Part 1 and Part 10). This makes use of experimental atmospheres, some of which have increased gaseous pollutant concentrations. The methods described in this guideline can be applied to any environmental situation as a supplement to other codes of practice. 1 Anwendung

17、sbereich Die Richtlinie gilt fr die Simulation des Einflus-ses von Umweltbedingungen mit erhhten Kon-zentrationen von Schadgasen (z. B. Betriebs-, Transport- und Lagerbedingungen) auf polymereWerkstoffe und Produkte (Wirkungsobjekte). Die Richtlinie beschreibt Vorgehensweisen, umauf Grundlage von Ve

18、rgleichen Empfehlungen frdie Auswahl von Werkstoffen und deren Einsatz inBauteilen im Hinblick auf die Langzeit- und Alte-rungsbestndigkeit zu geben. Die Richtlinie beschreibt Methoden der Schadbega-sung von polymeren Werkstoffen und Bauteilen in allgemeingltiger Form. Untersuchungen an be-stimmten

19、Polymerwerkstoffen (z. B. Elastomere)knnen zustzliche Anforderungen bentigen, die inden Einzelanforderungen an diese Proben definiertwerden sollten und hier nicht aufgefhrt sind (z. B. mechanische Vorspannung oder Wechselbelastung). 1 Scope The guideline applies to the simulation of the ef-fect of e

20、nvironmental conditions with high concen-trations of gaseous pollutants (for example operat-ing, transport and storage conditions) on polymer materials and products (exposed objects). The guideline describes procedures for making recommendations on the basis of comparisons for selecting materials an

21、d their use in components with respect to their long-term durability and resis-tance to ageing. The guideline describes general methods for the exposure of polymer materials to gaseous pollut-ants. Studies on certain polymer materials (e.g.elastomers) may necessitate additional require-ments which s

22、hould be defined in the individual requirements for these samples and are not given here (e.g. mechanical prestressing or alternating loads). B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF8AD9NormCD - Stand 2012-04All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2009 VDI 3958 Blatt 11 / P

23、art 11 3 Die Richtlinie beschreibt die Vorgehensweise derUmweltsimulation bei Untersuchungen mit signifi-kantem Einfluss der Sonnenstrahlung oder knstli-cher Strahlung auf die Alterung und Lebensdauer des Wirkungsobjektes. Dabei finden neben demEinfluss der Begasung der Polymerwerkstoffe und-bauteil

24、e noch Materialvernderungen durch diestrahlungsbedingten Trocknungs-, Befeuchtungs-und Erwrmungsvorgnge sowie photochemische Reaktionen statt. Die Vorgehensweise bei Wirkungsuntersuchungen ohne Strahlungseinfluss wird beispielsweise in derDIN 53509 beschrieben. The guideline describes the procedure

25、for envi-ronmental simulation with studies with significant effects of solar radiation or artificial radiation on the aging and life of the exposed object. Hereby, in addition to the effect of the exposure of the poly-mer materials and components to gases, material changes occur due to radiationindu

26、ced drying, moistening and heating processes as well as photo-chemical reactions. The procedure for studies into effects without ra-diation influence is described, for example, in DIN 53509. 2 Versuchseinrichtung Die Versuchseinrichtung besteht aus mindestens einer Versuchskammer, die mit einem Klim

27、amess-oder Regelsystem, einem Gasversorgungssystem, einer Messeinrichtung fr die Gaskonzentrationund mglichst einem Messgert fr die Bestrah-lungsstrke ausgerstet ist und die eine gleichzeiti-ge Beanspruchung wesentlicher Teile der Proben-oberflche durch Strahlung erlaubt (siehe Anhang). Da die Konze

28、ntration der Schadgase durch denEinfluss der Strahlung verndert werden kann, istje nach verwendeten Schadgasen (z. B. bei Ozon,NO2) die Verwendung von mindestens dreiMessstellen (am Kammereingang, im Nutzraum1), am Kammerausgang) erforderlich. Die Hufigkeitder Messungen der Schadgaskonzentration an

29、die-sen Stellen hngt vom Untersuchungsziel ab undist in einem Messplan festzulegen. Es empfiehlt sich, kontinuierlich arbeitende Messgerte zu ver-wenden. Darber hinaus kann es ntig sein, eine weitere, leere Versuchskammer parallel zur bestckten Versuchskammer mit sonst gleichen Umweltbe-dingungen zu

30、 betreiben, um die strahlungsbedingte Vernderung der Schadgaskonzentrationen zu er-fassen. Dafr ist oft eine zustzliche Messeinrich-tung fr entstehende Reaktionsprodukte notwen-dig. Die Einzelheiten der Konstruktion sind nicht stan-dardisiert, mssen aber so gestaltet sein, dass dieBedingungen fr die

31、 jeweilige Versuchsmethode (siehe Tabelle 1) innerhalb des gesamten Nutz-raumes erfllt werden und mit folgenden Anforde-rungen bereinstimmen: 2 Test set-up The test set-up consists of at least one test chamber which is equipped with a climate measuring or control system, a gas supply system, a gas c

32、oncen-tration measuring device and preferably a device for measuring irradiation intensity and which per-mits the simultaneous exposure of substantial parts of the sample surface to radiation (see Annex). Since the concentration of gaseous pollutants can be changed by the effect of the radiation, de

33、pend-ing upon the gaseous pollutants used (e.g., ozone, NO2), it is necessary to use at least three measuring points (at the chamber inlet, in the usable chamber space1), at the chamber outlet). The frequency of the measurements of the pollutant gas concentra-tion at these points depends upon the pu

34、rpose of the study and has to be defined in a measuring plan. It is advisable to use continuous measuring instruments. Furthermore, it may be necessary to operate a fur-ther empty test chamber parallel to the test cham-ber equipped with instruments under otherwise identical environmental conditions

35、in order to de-tect the radiation-induced change to the pollutant gas concentration. This frequently requires an ad-ditional measuring instrument for any resultant reaction products. The details of the design are not standardised but shall be selected so that the conditions for the re-spective test

36、method (see Table 1) are met within the entire usable chamber space and comply with the following requirements: 1)Der Nutzraum ist der Teil des Kammervolumens, innerhalb dessen die Korrosion eines Referenzmaterials (Korrosivitts-Sensor, z. B. Glassensoren nach VDI 3955 Blatt 2 oder Kupferplttchen na

37、ch DIN EN 60068-2-60) an keiner Stelle mehr als 15 % vom Durchschnittswert der Korrosion aller Proben des Referenzmaterials innerhalb der Kammer abweicht. / The usable chamber space is the part of the chamber volume within which the corro-sion of a reference material (corrosivity sensor, for example

38、 glass sensors as specified in VDI 3955 Part 2 or copper discs as specified in DIN EN 60068-2-60) differs at no point by more than 15 % from the mean corrosion value of the corrosion of all samples of the reference material within the chamber. B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF8AD9NormCD - S

39、tand 2012-04 4 VDI 3958 Blatt 11 / Part 11 Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2009 Tabelle 1. Versuchsmethoden Parameter Methode 1 Methode 2 Methode 3 Methode 4 Schadgase Einzelnes Schadgas + Luft Mehrere Schadgase + Luft Einzelnes Schadgas + Luft Mehrere Schadgase+

40、Luft Temperatur, relative Luftfeuchte und Bestrahlung konstant variabel, z. B. zyklisch Volumenaustausch pro Stunde bevorzugt 3-mal bis 10-mal Table 1. Test methods Parameter Method 1 Method 2 Method 3 Method 4 Gaseous pollutants Individual gaseous pollutant + air Several gaseous pollutants + air In

41、dividual gaseous pollutant + air Several gaseous pollutants + air Temperature, relative humidity and irradia-tion constant variable, e.g. cyclic Volume exchange per hour Preferably 3 to 10 times Wassertrpfchen oder Aerosole drfen nichtungewollt in die Versuchskammer gelangen. Die Zusammensetzung der

42、 Luft fr die Verdn-nung der Schadgase muss ausreichend bekannt sein oder bestimmt werden. Zur Einstellung der relativen Luftfeuchte mussdemineralisiertes Wasser verwendet werden. Das eingeleitete Gas-Luft-Gemisch muss derartdurch die Kammer strmen, dass gleiche Ver-suchsbedingungen innerhalb des Nut

43、zraumessichergestellt werden. Die abgefhrten Gase mssen entsprechend dengesetzlichen Bestimmungen behandelt oder ent-sorgt werden. water droplets or aerosols shall not pass unin-tentionally into the test chamber the composition of the air used to dilute the gaseous pollutants shall be adequately kno

44、wn or defined demineralised water shall be used to adjust the relative humidity the gas-air mixture introduced shall flow through the chamber in such a manner as to en-sure identical test conditions within the usable space The gases removed shall be treated or disposed of in accordance with legal re

45、quirements. 3 Schrfegrade Der Schrfegrad des Versuchs muss je nach An-forderung an den zu untersuchenden Werkstofffestgelegt werden. Er wird festgelegt durch dieEinflussgren: Versuchsmethode Art und Konzentration der verwendeten Schadgase Bestrahlungsstrke und deren zeitlichen Verlauf spektrale Vert

46、eilung der Strahlung Temperaturen (Verlufe, Oberflchen-temperatur, Lufttemperatur) Feuchte (Verlufe) Volumenaustausch Versuchsdauer 3 Degrees of severity The degree of severity of the test shall be estab-lished in accordance with requirements on the ma-terial to be studied. It is established by the

47、follo-wing influencing factors: test method type and concentration of the gaseous pollutants used irradiation intensity and ist temporal profile spectral characteristics of the radiation temperatures (profiles, surface temperature, air temperature) humidity (profiles) volume exchange test duration B

48、55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF8AD9NormCD - Stand 2012-04All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2009 VDI 3958 Blatt 11 / Part 11 5 zustzliche Belastungen (z. B. mechanisch, elektrisch) Konkrete Beispiele fr Versuchsmethoden sind zufinden in 2 bis 10. additional str

49、esses (e.g. mechanical, electrical) Specific examples of test methods may be found in 2 to 10. 4 Vorbehandlung Je nach Untersuchungsziel ist eine Vorbehandlung des Wirkungsobjektes erforderlich. Diese ist zudokumentieren (z. B. Lagerung unter Standardbe-dingungen, Konditionierung). 4 Pretreatment Pretreatment of the exposed object is required de-pending upon the purpose of the study. Any treat-ment has t