ASTM C581 Bestimmung der chemischen Beständigkeit von duroplastischen Harzen, die in glasfaserverstärkten Strukturen verwendet werden

Der Standard „ASTM C581 Standard Practice for Determining Chemical Resistance of Duroplast Resins Used in Glass Fiber-Reinforced Structures for Liquid Applications“ der American Society for Testing and Materials (ASTM) beschreibt ein Verfahren zur Bewertung der chemischen Beständigkeit von Duroplasten, die bei der Herstellung von verstärkten duroplastischen Kunststofflaminaten im unbelasteten Zustand verwendet werden. Dieses Verfahren ermöglicht die Bestimmung von Änderungen der folgenden Eigenschaften von Testproben und des Testreagenz nach Einwirkung des Reagenz: Probenhärte, Gewichtsänderung der Dicke, Aussehen der Probe, Aussehen im Immersionsmedium sowie Biegefestigkeit und -modul.

Diese Anwendung ist auch nützlich, um andere Faktoren zu bewerten, beispielsweise die Auswirkung von Oberflächenbeschichtungen und Harzzusätzen auf die chemische Beständigkeit des Harzes.

Die Ergebnisse dieser Anwendung dienen als Leitfaden für die Auswahl des Duroplastharzes für eine verstärkte Duroplaststruktur, sind jedoch nicht die einzige Grundlage. Es wurde nicht versucht, alle verschiedenen Faktoren zu berücksichtigen, die die Gebrauchstauglichkeit einer verstärkten Duroplaststruktur unter Einwirkung chemischer Einflüsse beeinträchtigen könnten. Zu diesen Faktoren können Spannungen, unterschiedliche Harz-Glas-Verhältnisse und mehrere Siebe gehören.

Zu den bei den Tests verwendeten Geräten gehören:

• Härteprüfgerät: Dieses Gerät sollte der Definition im Standard ASTM D2583 entsprechen.
• Prüfgerät für Biegeeigenschaften: Dieses Gerät muss der Definition im ASTM-Standard D790 entsprechen.
• Dickenmessgerät: Es handelt sich um ein Mikrometer, das zum Messen von 0,025 mm geeignet ist.
• Gefäße mit ausreichender Größe, Kapazität und Trägheit, um das vollständige Eintauchen von verstärkten Duroplastproben in die für die Prüfung ausgewählten Schleifmittel zu ermöglichen. Diese Gefäße müssen in der Lage sein, den Flüssigkeitsstand flüchtiger Lösungen, d. h. Lösungsmittel, bei Bedarf aufrechtzuerhalten. Dies kann durch Rückflusskühler erreicht werden.
• Heizgerät: Ein Konstanttemperaturofen, ein Heizmantel oder ein Flüssigkeitsbad, das Temperaturen um 62,2 °C aufrechterhalten kann. Wenn es sich bei den ausgewählten Schleifmitteln um brennbare Flüssigkeiten handelt, müssen entsprechende Vorsichtsmaßnahmen getroffen werden.
• Analysenwaage: Geeignet zum Wiegen mit einer Genauigkeit von bis zu 0,001 g.

In der Werkstofftechnik ist die Wahl des richtigen Harzes entscheidend, insbesondere bei Anwendungen in korrosiven Umgebungen. ASTM C581 bietet einen systematischen Ansatz zur Bewertung der chemischen Beständigkeit von Duroplasten. Diese Harze werden häufig in glasfaserverstärkten Kunststoffstrukturen für den Flüssigkeitseinsatz verwendet, beispielsweise in Rohren, Tanks und Behältern, in denen aggressive Chemikalien verarbeitet werden. Diese Norm wurde als Leitfaden für Ingenieure und Hersteller entwickelt und stellt sicher, dass Materialien der Einwirkung verschiedener Flüssigkeiten standhalten, ohne vorzeitig zu versagen. Sie trägt dem Bedarf an zuverlässigen Tests in Branchen wie der chemischen Verarbeitung, der Wasseraufbereitung sowie der Öl- und Gasindustrie Rechnung, in denen Ausfälle zu kostspieligen Reparaturen oder Umweltgefahren führen können.

Duroplaste wie Epoxidharze, Polyester und Vinylester bilden die Matrix glasfaserverstärkter Verbundstrukturen. Diese Materialien werden wegen ihrer Festigkeit, Haltbarkeit und Korrosionsbeständigkeit geschätzt, ihre Leistung schwankt jedoch unter chemischen Einflüssen. Faktoren wie Temperatur, Konzentration und Dauer der Einwirkung können zu Schwellungen, Rissen oder dem Verlust mechanischer Eigenschaften führen.

Die Norm ASTM C581 wurde entwickelt, um den Bewertungsprozess zu standardisieren und ein Vergleichsinstrument anstelle eines absoluten Konformitätsmaßes bereitzustellen. Die aus dieser Anwendung gewonnenen Ergebnisse dienen als Leitfaden für die Auswahl eines Duroplastharzes für den Einsatz in einer (verstärkten Duroplast-)Struktur, sind jedoch nicht die einzige Grundlage dafür. Unter realen Bedingungen treten häufig komplexe Wechselwirkungen auf, wie z. B. mechanische Belastungen oder zyklische Belastungen, die in Labortests nicht vollständig erfasst werden können.

ASTM C581 gilt für duroplastische Harze, die für den Einsatz in glasfaserverstärkten Strukturen entwickelt wurden, die Flüssigkeiten ausgesetzt sind. Es umfasst:

• Harztypen: Hauptsächlich ungesättigte Polyester, Epoxide und ähnliche vernetzte Polymere.
• Testflüssigkeiten: Eine große Auswahl, darunter Säuren (z. B. Schwefelsäure, Salzsäure), Basen (z. B. Natriumhydroxid), Lösungsmittel (z. B. Aceton, Toluol) und Lösungen auf Wasserbasis.
• Belastungen: Kontinuierliches Eintauchen mit Hochtemperaturoptionen bis an die Grenzen des Harzes.

Bei dieser Vorgehensweise liegt der Schwerpunkt auf der inhärenten Widerstandsfähigkeit des Harzes, wobei die verstärkten Strukturen selbst ausdrücklich ausgeschlossen sind. Die Einwirkung von Gasen oder nicht flüssigen Medien wird nicht berücksichtigt. Außerdem wird davon ausgegangen, dass das Harz vor der Prüfung vollständig ausgehärtet ist.

Das in ASTM C581 beschriebene Verfahren ist auf Wiederholbarkeit mit einfachen Geräten wie Glasgefäßen, Öfen und Analysenwaagen ausgelegt. Dieses Verfahren umfasst im Allgemeinen die folgenden Schritte:

• Probenvorbereitung: Harzgussteile werden zu flachen Platten oder Stäben (typischerweise 3–6 mm dick) ausgehärtet. Die Proben werden mindestens 24 Stunden lang bei 23 °C und 50 % relativer Luftfeuchtigkeit konditioniert. Gemessen werden die Ausgangseigenschaften: Gewicht, Abmessungen und mechanische Festigkeit (z. B. Biege- oder Zugfestigkeit gemäß ASTM D790 oder D638).
• Immersionstest: Die Proben werden in geschlossenen Behältern in die Prüfflüssigkeit eingetaucht. Eine konstante Temperatur (z. B. 23 °C oder 52 °C) wird mithilfe von Wasserbädern oder Inkubatoren aufrechterhalten. Die Proben werden für bestimmte Zeiträume, in der Regel 7, 14 oder 28 Tage, der Prüfflüssigkeit ausgesetzt und regelmäßig überprüft.
• Auswertung: Proben werden entnommen, gespült und anschließend wieder aufbereitet. Veränderungen in:
  • Physikalische Eigenschaften: Gewichtszunahme oder -verlust (Hinweis auf Absorption oder Leckage), Maßänderungen.
  • Mechanische Eigenschaften: Beibehaltung von Festigkeit, Modul oder Härte.
  • Sichtprüfung: Blasenbildung, Risse oder Verfärbungen.

Zur Messung des Widerstands wird die prozentuale Beibehaltung oder Veränderung berechnet.

Diese Norm empfiehlt mindestens drei Wiederholungsprüfungen unter allen Bedingungen, um die statistische Zuverlässigkeit zu gewährleisten. Tabellen in der Norm geben Hinweise zu Expositionszeiten und Akzeptanzkriterien, z. B. weniger als 5 Prozent Gewichtsänderung für ausgezeichnete Beständigkeit.

Der wahre Wert der Norm ASTM C581 liegt in ihrer praktischen Anwendung. Die Ergebnisse helfen bei der Einstufung von Harzen für bestimmte Chemikalien; beispielsweise schneiden Vinylester gegenüber starken Säuren im Allgemeinen besser ab als Polyester. Bei der Konstruktion nutzen Ingenieure diese Daten, um Harze auszuwählen, die die Lebensdauer verlängern, indem sie den Wartungsaufwand in rauen Umgebungen wie Entsalzungsanlagen oder Chemikalienlagern reduzieren. Diese Norm weist jedoch auch auf Einschränkungen hin: Sie simuliert keinen Betrieb im vollen Maßstab (z. B. Druck- oder Strömungseffekte) und muss mit Feldversuchen kombiniert werden. Kein einzelner Test kann alle Variablen abdecken, daher ist eine ganzheitliche Materialauswahl entscheidend.

Zu den Branchen, die auf diesen Standard angewiesen sind, gehören:

• Chemische Verarbeitung: Zur Auskleidung von Reaktoren.
• Infrastruktur: Abwasserbeständige Kanalrohre.
• Marine und Offshore: Strukturen, die Meerwasser und Kohlenwasserstoffen ausgesetzt sind.

Die Norm ASTM C581 ist der Grundstein für die Zuverlässigkeit von Duroplasten in rauen Flüssigkeitsumgebungen. Sie bietet eine kontrollierte und wiederholbare Methode zur Messung der chemischen Beständigkeit und ermöglicht Materialwissenschaftlern und Ingenieuren fundierte Entscheidungen zur Verbesserung von Sicherheit und Effizienz. Mit der Weiterentwicklung der Verbundwerkstofftechnologien werden diese und ähnliche Normen kontinuierlich weiterentwickelt, um neuen Herausforderungen in Bezug auf Nachhaltigkeit und Leistung gerecht zu werden.

Unser Unternehmen ist seit vielen Jahren tätig und verfolgt die globalen Entwicklungen in Wissenschaft und Technologie aufmerksam. Es verfügt über ein Team erfahrener Fachkräfte und eine breite Infrastruktur, um für Unternehmen aller Branchen Tests, Messungen und Analysen in einer Vielzahl von Bereichen durchzuführen. In diesem Zusammenhang bieten wir auch Prüfdienstleistungen gemäß ASTM C581 Standardverfahren zur Bestimmung der chemischen Beständigkeit von duroplastischen Harzen an, die in glasfaserverstärkten Strukturen für Flüssigkeitsanwendungen verwendet werden.