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