DIN 50035-2012 Terms and definitions used on ageing of materials - Polymeric materials《材料老化用术语和定义 聚合材料》.pdf

1、September 2012DEUTSCHE NORM Normenausschuss Kunststoffe (FNK) im DINNormenausschuss Beschichtungsstoffe und Beschichtungen (NAB) im DINNormenausschuss Kautschuktechnik (FAKAU) im DINNormenausschuss Materialprfung (NMP) im DINPreisgruppe 6DIN Deutsches Institut fr Normung e. V. Jede Art der Vervielfl

2、tigung, auch auszugsweise, nur mit Genehmigung des DIN Deutsches Institut fr Normung e. V., Berlin, gestattet.ICS 01.040.19; 19.040; 83.080.01!$yCn“1863275www.din.deDDIN 50035Begriffe auf dem Gebiet der Alterung von Materialien Polymere WerkstoffeTerms and definitions used on ageing of materials Pol

3、ymeric materialsNotions relatives au viellissement des matriaux PolymresAlleinverkauf der Normen durch Beuth Verlag GmbH, 10772 BerlinErsatz frDIN 50035-1:1989-03 undDIN 50035-2:1989-04www.beuth.deGesamtumfang 8 SeitenDIN 50035:2012-09 2 Vorwort Dieses Dokument wurde vom Normenausschuss Kunststoffe

4、(FNK), Arbeitsausschuss NA 054-01-04 AA Verhalten gegen Umgebungseinflsse“ erarbeitet. DIN 50035 enthlt allgemeine Erluterungen zum Begriffskomplex Alterung, einige Beispiele fr Begriffe, die zur Errterung der Ursachen, Vorgnge und Erscheinungen der Alterung sowie des Alterungsschutzes auf dem Gebie

5、t der polymeren Werkstoffe gebraucht werden. In verschiedenen Fllen konnte hierbei auf Begriffserklrungen zurckgegriffen werden, die bereits international im ISO/TC 61 Plastics“ festgelegt sind. Ferner wurden nach Mglichkeit Begriffserklrungen in bereits bestehenden Normen bercksichtigt. Die Begriff

6、serklrungen fr Cyclisierung und Agglomeration gelten einschrnkend im Sinne dieser Norm; auf anderen Gebieten werden diese Begriffe auch anders gedeutet. Es wird auf die Mglichkeit hingewiesen, dass einige Texte dieses Dokuments Patentrechte berhren knnen. Das DIN ist nicht dafr verantwortlich, einig

7、e oder alle diesbezglichen Patentrechte zu identifizieren. nderungen Gegenber DIN 50035-1:1989-03 und DIN 50035-2:1989-04 wurden folgende nderungen vorgenommen: a) Zusammenfhrung der Teile 1 und 2; b) Umgestaltung des Aufbaus; c) Aufnahme des Anwendungsbereiches; d) die Norm wurde redaktionell berar

8、beitet. Frhere Ausgaben DIN 50035-1: 1972-03, 1989-03 DIN 50035-2: 1972-03, 1989-04 DIN 50035:2012-09 3 1 Anwendungsbereich Diese Norm gilt fr polymere Werkstoffe auf dem Gebiet der Alterung und legt Begriffe fest. 2 Alterung 2.1 Alterung Gesamtheit aller im Laufe der Zeit in einem Material irrevers

9、ibel ablaufenden chemischen und physikalischen Vorgnge ANMERKUNG 1 Fr Prfzwecke wird eine Alterung oft knstlich herbeigefhrt. ANMERKUNG 2 In der Literatur findet man auch den Begriff physikalischen Alterung“, der sich mitunter nur auf eine (thermo)reversible Vernderung von polymeren Werkstoffen bezi

10、eht, siehe Abschnitt 4. DIN 50035:2012-09 4 3 Alterungsursachen Im Allgemeinen kann man zwischen inneren Ursachen und ueren Ursachen der Alterung unterscheiden (siehe Tabelle 1). Tabelle 1 Alterungsursachen Begriff Definition Erluterungen Innere Alterungsursachen thermodynamisch instabile Zustnde de

11、s Materials, welche zu Alterungsvorgngen fhren, die auch ohne uere Alterungsursachen ablaufen knnen Bei polymeren Werkstoffen: a) Unvollstndige Polykondensation, Polymerisation oder Polyaddition; b) Eigenspannungen: Abkhlspannungen aufgrund inhomogener Dichteverteilungen durch ungleichmige Abkhlung

12、und/oder anisotroper Schwindung; c) Orientierungsspannungen: eingefrorene innere Spannungen aufgrund molekularer Orientierungen; d) Begrenzte Mischbarkeit (Vertrglichkeit) einzelner Komponenten (z. B. Weichmacher, Additive) mit dem polymeren Grundmaterial. uere Alterungsursachen Chemisch-physikalisc

13、he und mikrobiologische Einwirkungen der Umgebung auf das Material, welche zu Alterungsvorgngen fhren Bei polymeren Werkstoffen: a) Energiezufuhr in Form von Wrme, sichtbarer, ultravioletter oder ionisierender Strahlung; b) Temperaturwechsel; c) Chemische Einflsse; d) Mechanische Beanspruchungen; e)

14、 Eine kombinierte Wirkung verschiedener Alterungsursachen tritt bei der Bewitterung auf, wobei die Zufuhr von Wrme, sichtbarer und ultravioletter Strahlung sowie der chemische Einfluss von Sauerstoff und Ozon als Alterungsursachen berwiegen; f) Schdigung oder Abbau durch Mikroorganismen. ANMERKUNG F

15、r Prfzwecke werden die Alterungsursachen einzeln oder in Kombination miteinander simuliert, besonders bei der knstlichen Bewitterung. DIN 50035:2012-09 5 4 Alterungsvorgnge Man unterscheidet chemische Alterungsvorgnge und physikalische Alterungsvorgnge, die in der Praxis hufig gemeinsam ablaufen (si

16、ehe Tabelle 2). ANMERKUNG Beide Vorgnge knnen auch durch mikrobiologischen Bewuchs (z. B. Pilze, Algen, Bakterien) ausgelst werden. Tabelle 2 Alterungsvorgnge Begriff Definition Erluterungen Chemische Alterungsvorgnge Vorgnge bei der Alterung, die unter Vernderung der chemischen Zusammen-setzung, de

17、r Moleklstruktur und/oder der Moleklgre des Materials bzw. bei Mehrstoffsystemen mindestens einer der Komponenten des Materials verlaufen Bei polymeren Werkstoffen: a) Nachpolykondensation (durch Fortgang einer Polykondensationsreaktion); b) Nachpolymerisation; c) Abbau (d. h. Spaltung der Molekle u

18、nter Verringerung der mittleren molaren Masse) mit oder ohne weitere Reaktionen wie Vernetzunga oder Cyclisierung (durch Neubildung von Hauptvalenzbindungen innerhalb eines aus Dienen gebildeten Kettenmolekls): thermisch (durch hohe Temperaturen im chemisch inerten Medium); strahleninduziert; oxidat

19、iv (durch Reaktion mit Sauerstoff); thermooxidativ (oxidativ, durch hohe Temperaturen beschleunigt oder ausgelst); durch Ozon; hydrolytisch; mikrobiell (durch Mikroorganismen oder durch deren Stoffwechselprodukte). d) Autooxidation (autokatalytisch verlaufende Oxidation unter Einwirkung von Luftsaue

20、rstoff). DIN 50035:2012-09 6 Tabelle 2 (fortgesetzt) Begriff Definition Erluterungen Physikalische Alterungsvorgnge Vorgnge bei der Alterung, die unter Vernderung des Gefges, des molekularen Ordnungszustandes, des Konzentrationsverhltnisses der Komponenten (bei Mehrstoffsystemen) bzw. der ueren Form

21、 und Struktur oder der messbaren physikalischen Eigenschaften verlaufen, sofern nicht die chemischen Alterungsvorgnge Ursache sind Bei polymeren Werkstoffen: a) Relaxation, Spannungsabbau; b) Nachkristallisation (nderung des Kristallisationszustandes im Laufe der Zeit); c) Entmischung (Phasentrennun

22、g bei Mehrstoff-systemen); d) Weichmacherverlust (Diffusion eines Weich-machers aus einem Material); e) Weichmacherwanderung (bergang eines Weichmachers von einem Material auf einen mit diesem in Kontakt befindlichen Festkrper); f) Weichmacherextraktion (bergang eines Weichmachers von einem Material

23、 auf eine mit diesem in Kontakt befindliche flssige Phase); g) Agglomeration (Abscheidung von Phasen in Form von unmittelbar oder (elektronen-) mikroskopisch erkennbaren Anhufungen. Diese Abscheidung fhrt zu Erscheinungen wie Ausblhen, Ausschwitzen usw.). ANMERKUNG 1 Wenn ein polymerer Werkstoff von

24、 einer Temperatur oberhalb der Glasbergangstemperatur Tgauf eine beliebige Temperatur Taunterhalb Tgabgekhlt wird, ist er nicht im thermodynamischen Gleichgewicht, weil z B. die Enthalpie und das Volumen grer sind als im Gleichgewichtszustand. Die im Glaszustand unterhalb Tgablaufende Annherung des

25、polymeren Werkstoffs an den Gleichgewichtszustand durch Abnahme dieser thermodynamischen Gren, die physikalische Alterung“, ist ein reversibler Vorgang, weil er durch Erwrmen ber Tgwieder rckgngig gemacht werden kann. ANMERKUNG 2 Alle polymeren Werkstoffe (Kunststoffe, Lacke und Beschichtungen), die

26、 bei Temperaturen unterhalb ihrer Glasbergangstemperatur Tggelagert oder eingesetzt werden, unterliegen diesen Relaxations-vorgngen. Die physikalische Alterung“ kann sich auf die Dichte, die Enthalpie und viele andere mechanische, thermische und elektrische Materialeigenschaften auswirken. ANMERKUNG

27、 3 In der Praxis wird eine berlagerung der irreversiblen Alterung durch uere Einflsse und der reversiblen physikalischen Alterung“ stattfinden, wobei die Glasbergangstemperatur Tgaufgrund der Alterungsvorgnge ansteigen kann. aKnstlich herbeigefhrte Vernetzungen wie die Vernetzung bei hrtbaren Formma

28、ssen, die Vulkanisation und die Strahlenvernetzung fallen nicht in das Gebiet der Alterung. DIN 50035:2012-09 7 5 Alterungserscheinungen Alterungserscheinungen kennzeichnen die Wirkungen am Werkstoff oder Bauteil (siehe Tabelle 3) Tabelle 3 Alterungserscheinungen Begriff Definition Erluterungen Alte

29、rungs-erscheinungen Sichtbare oder messbare Wirkungen der Alterungs-ursachen Bei polymeren Werkstoffen: a) Verwerfung (Deformierung eines Gegenstandes), Rissbildunga, z. B.: Spannungsrissbildung: Bildung uerer oder innerer Risse in einem Material, die durch Spannungen verursacht werden, die kleiner

30、als die seiner mechanischen Kurzzeitfestigkeit sind. Die Bildung von solchen Rissen wird hufig durch Absorption des Umgebungsmediums, dem das Material ausgesetzt ist, beschleunigt; Spannungsrisskorrosion: Bildung uerer oder innerer Risse in einem Material, die durch gleichzeitig einwirkende Spannung

31、en und Korrosion verursacht werden; Ozonrissbildung: Spannungsrissbildung unter Einwirkung von Ozon; Ermdungsrissbildung: fortschreitende, lokalisierte, bleibende Strukturvernderung, die in einem Material auftritt, das wechselnden Spannungen und Verformungen ausgesetzt ist. Dieser Vorgang kann bis z

32、u Rissen oder einem vollstndigen Bruch fhren. b) Nachschwindung; c) Abscheidungen bzw. Ausscheidungen, z. B. durch: Ausschwitzen: Abscheiden von Materialbestandteilen in flssiger Form aus der Materialoberflche; Ausblhen: Abscheiden von Materialbestandteilen in fester Form an der Materialoberflche; V

33、erdampfen flchtiger Bestandteile. d) Bruchbildung, z. B. durch: Lokalversprdung: rtlich begrenzte Versprdung; Ermdung (siehe unter Ermdungsrissbildung). e) Verfrbung (insbesondere Vergilbung), Bildung von Flecken; f) Vernderung des Oberflchenglanzes; g) Messbare Vernderungen der mechanischen, rheolo

34、gischen, elektrischen oder optischen Eigenschaften; h) Vernderungen des chemischen Verhaltens und/oder des Lslichkeitsverhaltens. ANMERKUNG Bei Kautschukvulkanisaten spricht man von Ermdungsrissbildung“ bei gleichzeitigem Einfluss von Sauerstoff. aDie Spannungen, welche die Bildung von Rissen verurs

35、achen, knnen innere oder uere oder eine Kombination beider sein. DIN 50035:2012-09 8 6 Alterungsschutz bei polymeren Werkstoffen 6.1 Alterungsschutzmittel Substanz, welche die Alterung verhindert oder einschrnkt 6.2 Inhibitor Substanz, die eine chemische Reaktion verzgert oder unterbindet 6.3 Stabil

36、isator Substanz, welche die unerwnschte Vernderung der Material- und Gebrauchseigenschaften, die durch Einflsse bei der Verarbeitung oder durch Alterung eintreten kann, weitgehend verhindert ANMERKUNG 1 Ein Gemisch von Stabilisatoren kann Synergismus zeigen, d. h. eine grere Wirksamkeit entfalten al

37、s die Summe der Wirkungen der einzelnen Komponenten. ANMERKUNG 2 Stabilisatoren werden nach ihrer spezifischen Wirkung in bestimmten polymeren Werkstoffen eingeteilt. Es ist zu beachten, dass die hier als Begriffe genannten Wirkungsbereiche nur eine grobe Klassifizierung der gebruchlichen Stabilisat

38、oren gestatten, da diese zum Teil kombinierte Wirkungen haben, zum Teil nur in Kombination mit anderen Substanzen wirksam sind. Beispielsweise gelten folgende Begriffe: 6.3.1 Lichtstabilisator Stabilisator, der speziell gegen die Wirkung von sichtbarer und ultravioletter Strahlung schtzt 6.3.1.1 UV-

39、Absorber Lichtstabilisator, der vorwiegend aufgrund seines hohen Absorptionsvermgens fr ultraviolette Strahlung stabilisierend wirkt ANMERKUNG Hierzu zhlen auch UV-absorbierende Pigmente wie beispielsweise Ru. 6.3.1.2 Radikalfnger Molekle, die entstandene Radikale abfangen ANMERKUNG Vertreter sind b

40、eispielsweise sterisch gehinderte Amine. 6.3.1.3 Quencher Substanzen, die die absorbierte Energie angeregter Chromophore im Polymer aufnehmen und diese in Form von Wrme oder Strahlung ableiten 6.3.2 Wrmestabilisator Stabilisator, der speziell gegen die Wirkung erhhter Temperaturen schtzt ANMERKUNG W

41、enn dieser Stabilisator gegen die Einwirkung whrend der Verarbeitung (im Allgemeinen hohe Temperaturen) schtzt, spricht man von einem Verarbeitungsstabilisator. 6.3.3 Antiozonans oder Ozonschutzmittel Substanz, welche die Wirkung von Ozon aufhebt oder verringert 6.3.4 Strahlenschutzmittel Stabilisator, der speziell gegen die Wirkung ionisierender Strahlen schtzt