kunststoffen in de praktijk
DESCRIPTION
Kunststoffen in de Praktijk door Dr. Boris Gibbesch, CEO NIKKTRANSCRIPT
Kunststoffen in de praktijk
Dr. Boris GibbeschNIKK B.V.Geleen
Inhoud
• Eisen voor toepassingen• Eigenschappen• Normen• Toepassingen• Productie van kunststoffen• Verwerken van kunststoffen• Beoordelingsrichtlijnen KIWA• PED• Inspectie van kunststoffen
Voor en nadelen van de kunststofsoorten- zijn er goede en slechte kunststofsoorten beschikbaar?• De keuze van de kunststofsoorten is altijd afhankelijk van
de toepassing en de eisen van de toepassing– Toepassingen zijn
Chemische Industrie Machinebouw Galvano industrie Reclame Inrichting van beurzen Energie centrales Agro-industrie Farmaceutische industrie Semiconductor industrie Etc.
Eisen voor toepassingen in de chemische industrie
• Chemische bestendigheid• Thermische bestendigheid (vanaf -25 t/m
250°C)• Levensduur >10 jaar (meestal 25 jaar)• Drukbestendig (onderdruk en overdruk t/m 25
bar)• Veilig (wordt bepaald door veiligheidsfactoren)• Voldoen aan de huidige normen en actuele
stand der techniek
Chemische bestendigheid
• De chemische bestendigheid is erg complex• Er bestaan geen mogelijkheden om de
chemische bestendigheid theoretisch te bepalen• Er bestaan meerdere bestendigheidslijsten op
basis van :– Ervaringen in de praktijk of laboratoria– Laboratoriumonderzoeken volgens DIN
16888 of ISO 4433– Testplaatjes– Inschattingen van grondstofproducenten of
producenten van halffabricaten• Nadeel: er bestaat geen algemeen
bestendigheidslijst
Het gehele volume wordt aangetast
• Voordeel is: Door de verkleuring kan de aantasting gezien worden zonder dat de veiligheid op dat moment kritisch is
Chemische bestendigheid van thermoplasten
Chemicaliën Maximale toelaatbaar Temperatuur in °C
PE 100
PP-H 100
PVC-U PVDF E-CTFE PFA
Niet organische zuur
80 80 70 120 130 200
Oxiderende zuur 301) 301) 401) 100 120 200
organische zuur 60 60 50 100 120 200
alkalische Media 60 60 601) / 140 200
Benzine 70 / 60 120 140 200
Alcoholen 60 80 50 80 130 2001) Spanningsscheur vorming mogelijk
Chemische bestendigheid van vinylesterharsen
Chemical Environment
Concentration in %
DERAKANE or DERAKANE MOMENTUM Resin
411 441 470 510A/C 510N 8084°C/°F °C/°F °C/°F °C/°F °C/°F °C/°F
Animal Fat100
80/180
100/210
Anionic SurfactantAll
40/100
50/120 50/120 40/100 50/120
Anionic/Cationic Polymer Anodize (15% Sulfuric acid)
100/210
100/210
100/210 100/210
100/210
Hydrochloric Acid) > 99 40/100
40/100 40/100 40/100 40/100 40/100
Aqua Regia6 Aqua Regia6 Armeen* H.T. Amines (C8-C18)
100 40/100
40/100
Aromatic Naphtha/ Naphthalene/Isopropanol
60/5/10 50/120 50/120 50/120
Arsenic Acid > 0.5 80/180
80/180 80/180 80/180 80/180
Arsenic Acid/Copper Sulfate/
Sodium Dichromate 17/37/20 80/180
80/180 80/180 80/180 80/180
Bron: Ashland
Chemische bestendigheid van Viton pakkingen
Tab
le K
ey: 1
=Exce
llen
t, 2=
Very
Good
, 3=
Good
, NR
=N
ot R
eco
mm
en
ded
Viton®--General Use Grade Types
Viton®--High-Performance Grade Types
Chemical Environment A B F GB, GBL GF GLT GFLT
Automotive and aviation fuels 1 1 1 1 1 1 1
Automotive fuels oxygenated with MEOH, ETOH, MTBE, etc. NR 2 1 2 1 NR 1
Engine lubricating oil, SE and SF 2 1 1 1 1 1 1Engine lubricating oil, SG and SH 3 2 1 1 1 2 1Aliphatic hydrocarbon process fluids, chemicals 1 1 1 1 1 1 1
Aromatic hydrocarbon process fluids, chemicals 2 2 1 1 1 2 1
Aqueous fluids, steam, mineral acids 3 2 2 1 1 1 1
Compression and low-temperature performance Resistance to compression set 1 2 2 2 3 2 2Low-temperature flexibility 2 2 3 2 3 1 1
Mechanische eigenschappen van thermoplasten
• De mechanische eigenschappen zijn afhankelijk van– Temperatuur– Mechanische belasting– Tijd
• Thermoplasten kruipen en de kruip bestaat de gehele levensduur van het mechanisch belaste deel
Mechanische eigenschappen GVKAfhankelijk van de weefsel soort
Roving
Mat
Weefsel 0/90°
Treksterkte in afhankelijkheid van de versterking
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
Hoogvast HT
Standaard
Hoogmodule
HM
Aramid
E-G
las
Tre
kste
rkte
in M
Pa
Drukvastheid in afhankelijkheid van de versterking
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
Hoogvast HTStandaard
Hoogmodule HM
Aramid
E-G
las
Dru
kvas
thei
d in
MP
a
Mechanische eigenschappen van GVK - Minder afhankelijk van de temperatuur en tijd -
10 100 1,000 10,000 100,000 1,000,000
Proeftijd
Dru
k
PE 100
PP/GVK
Thermische bestendigheid
HDT maximale gebruiks Materiaal ISO 75A in°C temperatuur in °C
PVC 70 70 - 80 PVC-C 90 90 - 100 PE-100 50 80 - 90 PP-H 60 100 - 120 PVDF 110 150 FEP 70 200 PFA 70 250 UP-hars 105 - 135 80 - 135 VE-hars 110 - 145 100 - 145 Phenolhars 170 200 EP-hars 150 180 Staal - > 300
Drukbestendigheid
• De maximaal toelaatbare druk is afhankelijk van :– Mechanische eigenschappen grondstof– Temperatuur – Chemicaliën– Veiligheidsfactor S
𝑝𝑡𝑜𝑒𝑙=20 ∙𝜎𝑉 ∙𝑒
(𝑑−𝑒 ) ∙ 𝐴2 ∙ 𝐴4 ∙𝑆
PE 100
Druk temperatuur diagram
Levensduur
• Levensduur is afhankelijk van- Materiaal- Temperatuur- Druk- Chemicaliën- Levensverwachting
PE 100, water, 20°C: t/m 100 jaar PP-H, 30% HCl 80°C: 5 – 10 jaar PVDF, Cl2-gas, vocht, pH-waard = 8 – 9: max. 10
jaar
Huidige standaarden
• Thermoplastische buizen volgens– DIN 8074/75 (algemeen PE80/100)– EN 12201 (drinkwater)– EN 1555 (gas leidingen)– EN ISO 15494 (Industriebuizen)
• Thermoplastische tanks en leidingsystemen– BRL K903 en BRL K21009– EN 12573
• GVK– DIN 16965 (buizen en fittingen)– EN 13121 (GVK tanks)
Bestaan er goede of slechte kunststoffen?
• Nee• Er bestaan alleen slecht toegepaste
kunststoffen• Voor iedere toepassing is er een bepaalde
kunststof of kunststof combinatie nodig• Als de temperatuur te hoog is kan alleen een
metaal toegepast worden• Voor temperaturen t/m 220° C kan GVK
toegepast worden
Toepassingen
• Waar gewicht belangrijk is• Waar corrosie van staal te hoog is• Waar erg hoge mechanische belasting bestaat• Waar slijtagebestendigheid belangrijk is
Roosters
Gaswasser voor oplosmiddel uit PP-H
Drijfwerk voor een Galvano-apparaat uit PP-H en PE 1000
Beitsen van staal
Pakkingen uit rubber
Druppel afscheider in een gaswasser
Spin bad voor de productie van Viscose vezels uit Beton bekleed met PP noppenplaat
Productie van thermoplastische kunststoffen - Productie methoden -
• Extrusie• Kalandreren• Persen
– Granulaat/Poeder– Folies (Lamineren)
• Spuitgieten
Het persproces
• Vullen van de mal• Persen en verwarmen tot smelttemperatuur• Verder verwarmen• Afkoelen onder druk• Het ontvormen• Afwerking (bijv. afbramen)
Principe van het persen
C ompress ionheat insulation
frame
base
melted mas sgranule
heating/coo ling ducks
Het extrusie proces
• De extruder dient voor het smelten en het uitdrukken van materiaal door de nozzle.
• Kalibreren door rollen (met geregeld temperatuur• Rand bewerken• Recycling van de resteren stukjes• afkoelen• Plaat snijden• Opstapelen van de platen
Principe van de extruder
m o to r
gear
hopper screw
heating elements
cylindernozz le
heating or coolingelements
Spuitgiet apparaat
ondersteun plaatbewegende plaatvoor de mal
vaste plaatvoor de mal
Kniegewricht
mallen
Cylinder met verwarming
Nozzle
terugstromafsluiter
Motor
Trechter
vaste cylinder
Hydraulik zeuger
Verwerken van kunststoffen
• Moflassen• Stomplassen• Elektrolassen• IR stomplassen• WNF rilloos lassen• Las parameters volgens
– NEN 7200 (stomplassen)– DVS 2207
• Lijmen– Volgens DVS 2291
Las parameters
• Temperatuur
• Tijd
• Druk
Fouten en consequenties
Fout Consequenties
Temperatuur te hoog
Materiaal vernietigd (te veel materiaal gesmolten). Stabilisering wordt te laag.
Opwarmtijd te langTemperatuur te laag Te weinig materiaal in geplastificeerde
toestand (koud las, te kleine rest smelt)Opwarmtijd te kort Druk te hoog Geplastificeerd materiaal zal uit de
laszone gedrukt worden (koud las, te kleine rest smelt)
Druk te laag Moleculaire ketens worden onvoldoende gemengd
Materiaal buiten de MFR toleranties van de DVS en NEN
Onvoldoende gelast (lagere las factor). MFR te hoog: bros lasnaad
Invloeden
• Omgevingsfactoren– Bescherming tegen weersinvloeden – Buiseinden afsluiten tegen tocht– Omgevingstemperatuur van +5° C. tot +40° C– Lucht olie en vuil vrij
• Reinigen voor het lassen– Met oplosmiddelen die toegelaten zijn
• Mechanische voorbewerking– Oxidelaag verwijderen– Juiste afmeting- en maattoleranties – Afhankelijk van lasmethode
• Las naad– Kerven– Lastemperatuur– Lastijd– koeltijd
39
Warmgaslassen
•
40
Warmgaslassen
•
41
Lasbaarheid van thermoplasten
• Lasbaar zijn alleen materialen met dezelfde
grondstof-typen
• Belangrijk zijn de MFR
– Bij PE geld: MFR190/5 waarden tussen 0,2 en 1,7 g/10min
zijn perse lasbaar
– Bij PP geld: MFR190/5 waarden tussen 0,4 en 1,0 g/10min
zijn perse lasbaar
– Bij PVDF geld: MFR230/5 waarden tussen 0,4 en 1,0
g/10min zijn perse lasbaar
42
Extrusie lassen
•
43
Stomplassenvolgens DVS 2207
44
StomplassenPrincipie stomplassen van buizen
lasnaad
E-mof lassen voor PE80/100, PP-H, PP-R; PVDF
• Thermoplastische mof met draden voor het verwarmen
Lijmen van kunststoffen
• Aparte lijm voor PVC-U, PVC-C, ABS• Universele reiniger voor PVC-U, PVC-C,
ABS
Tangit lijm is toepasbaar voor bijna alle media: uitzondering…
Dytex lijm en reiniger
Medium concentratie in%
Zwavelzuur > 70% H2S04
Chroomzwavelzuur > 70% H2S04 5% K2Cr207/Na2Cr207
Chroomzuur < 10% Cr03
Zoutzuur > 25% HCI
Salpeterzuur > 20% HN03
Natriumhypochloriet > 6% NaOCI
Waterstofperoxyde > 5% H202
Fluorwaterstofzuur In elke concentratie
Voor PVC-U en PVC-C tot PN 10, 60°C
Principe van het lijmen
1. Aanbrengen lijm
2. Inwerking oplosmiddel op kunststof
3. Samenvoegen 4. Uitharden
Tanks en tankinstallaties volgens BRL K21009 en BRL K903
• Beoordelingsrichtlijn BRL K21009– voor het Kiwa productcertificaat voor
stationaire, drukloze, gelaste, thermoplastische kunststof tanks met of zonder lekbak voor de bovengrondse opslag van chemicaliën
• Beoordelingsrichtlijn BRL K903– voor het Kiwa procescertificaat voor de
Regeling Erkenning Installateurs Tankinstallaties (REIT)
BRL K903
De BRL-K903/08 bestaat uit de volgende 5 delen:Deel I Algemeen Hierin zijn de eisen die van toepassing zijn op zowel Deel II en Deel III opgenomenDeel II Hoofdgebieden Hierin zijn de Hoofdgebieden waarop het installatiebedrijf gecertificeerd kan worden opgenomenDeel III Deelgebieden Hierin zijn de Deelgebieden waarop het installatiebedrijf gecertificeerd kan worden
opgenomenDeel IV Kwaliteit en Hierin zijn de eisen die van toepassing zijn op Certificatie zowel Deel II en Deel III opgenomenDeel V Bijlagen Hierin zijn de bijlagen die van toepassing zijn in Deel I t/m III opgenomen
Tanks en tankinstallaties volgens BRL K21009
Toepassingsgebied• De opslagtanks zijn ontworpen om te worden toegepast
voor:– Opslag van chemicaliën– Bovengrondse installatie– Verticale/ cilindrische of rechthoekige tanks met een
vlakke bodem constructie– Inpandige of uitpandige installatie– Atmosferische opslag– Fabricage in de fabriek of op locatie– Inhoud tot 300.000 liter– Maximale vulling tot 95% van tankinhoud
Procedure voor het verkrijgen van eenkwaliteitsverklaring
• ToelatingsonderzoekHet uit te voeren toelatingsonderzoek vindt plaats aan de hand van de in deze beoordelingsrichtlijn opgenomen (product)eisen inclusief beproevingsmethoden en omvatten, afhankelijk van de aard van het te certificeren product:– (Monster)onderzoek, om vast te stellen of de producten voldoen aan de
product- en/of prestatie-eisen;– Beoordeling van het productieproces– Beoordeling van het kwaliteitssysteem en het IKB-schema– Toetsing op de aanwezigheid en het functioneren van de overige
vereiste procedures.• Certificaatverlening
– Na afronding van het toelatingsonderzoek worden de resultaten voorgelegd aan de beslisser.
– Deze beoordeelt de resultaten en stelt vast of het certificaat kan worden verleend of dat aanvullende gegevens en/of onderzoeken nodig zijn voordat het certificaat kan worden verleend.
PED voor kunststoffen
• De PED Pressure Equipment Directive is ook geldig voor kunststoffen
• Kunststof leidingen, tanks en apparaten moeten aan de eisen van de PED voldoen
• Alle toepassingen onder 0,5 bar: niet van toepassing
Uitzoeken van de categorieën en test procedures
Categorieën van het risico en modulen voor de conformiteit beoordeling
Categorieën van het risico
Modulen voor de conformiteit beoordeling
I A
IIA1D1E1
III
B1 + DB1 +FB + E
B + C1H
IV
B + DB + F
GH1
Inspectie van kunststoffen
• Niet destructieve inspectie– Visuele inspectie– Ultrasoon onderzoek– X-ray onderzoek– Terahertz onderzoek
• Destructieve inspectie– Mechanische onderzoek– Thermoanalytisch onderzoek– Microscopisch onderzoek– Chemisch onderzoek
Niet destructieve inspectie
• Voordelen– Component blijft onbeschadigd– Component kan snel weer in bedrijf gaan– Kosten worden minimaliseerd
• Nadelen– Alleen mechanische beschadigingen,
scheuren en constructief fouten kunnen gezien worden
– Vaak alleen van buiten– Geen diffusie en chemisch degradatie
herkenbaar
Visuele inspectie
• Verkleuringen• Scheuren• Mechanische beschadigingen
Verkleuring en chemisch aangetast
Ultrasoon onderzoek
• Inspectie van lasnaden• Wanddikte meting• Fouten in de materiaal
Terahertz onderzoek
• Onderzoek met frequenties tussen 0,1 THz en 10 THz
• Onderzoek van– Kwaliteit van producten– Vulstof aandelen– Kwaliteit van lasnaden– Dikte controle
Terahertz spectroskopie
Destructieve onderzoek
• Een proefmonster moet uit de component gesneden worden
• Proefmonster moet karakteristiek zijn voor de hele component (Tank, buis, etc.)
• Reparatie aansluitend• Aanvullend proefmonsters in een tank of
leidingwerk– Destructieve onderzoek zonder vernietiging
van de component
Destructieve inspectie
• Proeven afhankelijk van de gegevens van de component– Mechanische onderzoek (trekproef, slagvastheid,
FNCT)– Thermonanlytische onderzoek
DSC, TGA, TMA, IR, MFR, GPC
– Microscoop Licht microscoop Elektronenmicroscoop (incl. EDX, WDX, etc.)
– Chemische onderzoek– Resteren levensduur– Slijtage– Permeatie
Mechanische onderzoek
Slijtage en QUV-test (weathering)
Winkel omwentelingsas
monsterVaste
stoffen frame
Weathering van een PVC-U monster
Chemische bestendighheid volgensISO 4433
Permeatie