KonzernnormPV3927

Ausgabe2022-04

Klass.-Nr.:55116

Schlagw?rter:Elastomer,Kunststoff,Oxidation,Polymeranteil,Pyrolyse,Ru?,TGA,Thermogravimetrie,

Weichmacher,Zersetzung,Zersetzungsverhalten,anorganischerRückstand,organischerBestandteil,

oxidierbarerBestandteil,thermogravimetrisch,thermogravimetrischeAnalyse

ThermogravimetriefürKunststoffeundElastomere

Bestimmung:Weichmacher,Ru?

FrühereAusgaben

PV3927:1992-05,2017-11

?nderungen

GegenüberderPV3927:2017-11wurdenfolgende?nderungenvorgenommen:

a)Normredaktionellüberarbeitet

Inhalt

Seite

1

Anwendungsbereich

2

2

Begriffe

2

3

Bezeichnung

3

4

Prüfung

3

4.1

Probek?rper

3

4.1.1

Form

3

4.1.2

Konditionierung

3

4.2

Prüfeinrichtungen

3

4.2.1

TGA-Messger?t

3

Thermowaage

3

Steuer-Registrierger?t

und

4

HeizungKühlungTGA-Anlage

undder

4

4.2.2

EinrichtungenzurErzeugungGasatmosph?re

einer

5

Inertgas

5

Gasumschaltung

5

4.3

Durchführung

5

5

Auswertung

6

5.1

Ergebnisse

6

5.1.1

LeichtBestandteile

verdampfbare

6

5.1.2

Polymeranteil

7

5.1.3

OxidierbareRestbestandteile

7

5.1.4

AnorganischerRückstand

7

5.2

Bestimmung-Endpunkte

derAnfangsund

7

NormvorAnwendungaufAktualit?tprüfen.

DieelektronischerzeugteNormistauthentischundgiltohneUnterschrift.

Seite1von11

AlleRechtevorbehalten.WeitergabeoderVervielf?ltigungohnevorherigeZustimmungeinerNormenabteilungdesVolkswagenKonzernsnichtgestattet.|intern

?VolkswagenAktiengesellschaftVWNORM-2021-11

Seite2

PV3927:2022-04

6

Fehlerm?glichkeiten

10

6.1

FehlerProbenahme(Beispiele)

beider

10

6.2

Fehler(Beispiele)

beiderMessung

10

6.3

Fehler(Beispiele)

beiderAuswertung

10

7

überwachungPrüfeinrichtungen

der

10

8

Prüfbericht

11

9

MitgeltendeUnterlagen

11

1Anwendungsbereich

DieselegtdiePrüfungzurquantitativenBestimmungderBasisbestandteile(Weichmacher,Poly-meranteile,oxidierbareBestandteile,Ru?usw.)vonElastomerenundKunststoffensowiezurBeur-teilungdesZersetzungsverhaltensfest.

ZweckderUntersuchungistderIdentit?tsnachweisdesverwendetenWerkstoffesfürdasElasto-mer-bzw.Kunststoffbauteil.NacheinemvorgegebenenAuswerteverfahrenwerdendieProzentua-lenAnteilean

–organischenBestandteilen,z.B.PolymerundWeichmacher,–oxidierbarenBestandteilen,z.B.Ru?und

–einemanorganischenRückstandbestimmt.

2Begriffe

ThermogravimetrischeAnalyse(TGA)

DiethermogravimetrischeAnalyseisteinVerfahren,beidemmithilfeeinerelektronischenWaage(Thermowaage,sieheauch

Bild1

bis

Bild

3)dieMassendifferenzΔM,hervorgerufendurchpyroly-tischeZersetzungmitanschlie?enderOxidation,w?hrendeineszeitlichlinearenTemperaturanstie-gesvonz.B.50°Cbis900°C,gemessenwird.Durchein-bzw.zweimaligesDifferenzierender

GewichtsdifferenznachderZeiterh?ltmaneineDarstellung,ausderdieAnfangs-undEndpunktederMassenverlustederTemperaturTzubestimmendenSubstanzermitteltwerden.

TemperaturT

DieTemperaturTistdieinderN?hederMaterialprobegemesseneTemperaturimOfen.

AufheizgeschwindigkeitT'=const.

DieAufheizgeschwindigkeitistdienachderZeitdifferenzierteTemperaturT.

MassendifferenzΔM

DieMassendifferenzistdieMassen?nderunginmgoderμginBezugaufdieeingewogeneMenge.

GasflussG

DerGasflussGbeschreibtdieMengederverwendetenInert-bzw.Reaktionsgaseinml/min.Typi-scheInertgasesindz.B.Stickstoff(N2)oderArgon(Ar).AlsReaktionsgasewerdenz.B.Sauer-stoff(O2)odersynthetischeLufteingesetzt.

Seite3PV3927:2022-04

KennlinienMt=f(t),MT=f(T)

DieKennlinienMt=f(t)bzw.MT=f(T)beschreibendieimDiagrammdargestellteBeziehung

zwischenderMasseMundderZeittbzw.derTemperaturT.DurchdieBeziehung

T'=const.

mitdenRandbedingungenAnfangs-undEndtemperaturl?sstsichdieKennlinieMT=f(T)inMt=f(t)umrechnen.DurchDifferenzierenderMassenachderZeitbzw.derTemperaturlassensichdieweiterenKennlinienerzeugen.

3

4

4.1

4.1.1

Bezeichnung

ThermogravimetrienachPV3927

Prüfung

Probek?rper

Form

AusdemzuprüfendenBauteilwerdenProbenangeeigneterStelleentnommen.DieEinwaagesollca.(10±2)mgbetragenbzw.sichandenHerstellerangabendesGer?tesorientieren.ZurSicher-stellungeinerm?glichstgro?enOberfl?chesolltedieProbeausmehrerenTeilstückenbestehen.DurchdieZerkleinerungdarfdieProbenichtinihrenKomponentenanteilenver?ndertwerden.

4.1.2Konditionierung

BeiErstbemusterungenundinSchiedsf?llenistdiePrüfungnichtfrüherals72hnachVulkanisati-onbzw.demSpritzgussdurchzuführen.

DieProbenmüssenfreivonanhaftendenVerunreinigungensein.Fallserforderlich,sinddiePro-benmitmechanischenHilfsmittelnzus?ubern.ChemischeReinigungs-oderL?sungsmittelsindnichtzuverwenden.

4.2

4.2.1

Prüfeinrichtungen

TGA-Messger?t

Thermowaage

EineThermowaage,dieeserm?glicht,dieProbeineinemSpülgasmitkonstanterodervariablerGeschwindigkeitaufzuheizenunddabeikontinuierlichdieMassezubestimmen.

TechnischeDaten

Waagenaufl?sung:1,0μg

MessgenauigkeitderWaage:±0,1%

Temperaturbereich:20°Cbis1000°C

Temperaturgenauigkeit:±1K

Aufheizgeschwindigkeit:regelbar(0,1K/minbis100K/min)

SchematischeAufbauprinzipenvonThermowaagenzeigen

Bild1

bis

Bild

3.

Seite4

PV3927:2022-04

Bild1–vertikaleThermowaage(h?ngend)

Bild2–vertikaleThermowaage

(toploader)

Bild3–horizontaleThermowaage

Legende

1Lager

2Kompensation(elektromagnetischoderelektromechanisch)

3Ofen

4Keramik-oderPlatintiegel

5Probe

Steuer-undRegistrierger?t

EinSteuer-undRegistrierger?t,welcheserm?glicht,dieAufheizgeschwindigkeitmitvorgegebenerGenauigkeiteinzuhaltenunddabeidieKennlinienM,M'undM''zuermitteln,wobeidieKennlini-enM'dieersteundM''diezweiteAbleitungderMassenachderZeitbzw.derTemperaturdarstel-len.

HeizungundKühlungderTGA-Anlage

DieOfenbeheizungerfolgtelektrischüberGlühdr?hteoderHalogenstrahler.

ZurAbkühlungimRahmendesgew?hltenTemperaturprogrammsistzudemeineKühlungdesOfenserforderlich.HierzuwirdmeistenseineexterneWasserkühlungübereinenKryostatenver-wendet.Diesekannh?ufigauchw?hrendderHeizphasenzurRegelungsowiezurTemperierungderWaageeingesetztwerden.

Seite5PV3927:2022-04

4.2.2EinrichtungenzurErzeugungeinerGasatmosph?re

Inertgas

DieProbemussw?hrendderPyrolyse,zurVermeidungvonOxidationen,miteinemInertgas,z.B.

99,99%StickstoffoderArgon,gespültwerden.HierzuwirdeinSystemben?tigt,dasw?hrenddesMessvorgangeseinenkonstantenGasflusserzeugt.

Gasumschaltung

NachAbschlussderPyrolysewirdvonInertgasaufSauerstoffbzw.synthetischeLuftzurOxidationderoxidierbarenBestandteileumgeschaltet.HierzuwirdeinSystemben?tigt,dasnachvorgegebe-nerZeitoderTemperatureineautomatischeUmschaltungvonGasenvornehmenkann.

UmauchdenzeitlichenVerlaufderOxidationbestimmenzuk?nnen,mussdieProbeunterInert-gasaufeineniedrigereTemperaturgekühltwerden(z.B.400°C)bevoraufSauerstoffbzw.syn-thetischeLuftumgeschaltetwird.

4.3Durchführung

DieauseinemElastomer-oderKunststoffbauteilentnommenenProbenwerdenineinemaustarier-tenundvorhergereinigtenKeramik-oderPlatintiegelinderThermowaageodereinerseparaten

MikrowaagemitgleicherGenauigkeiteingewogenundeinemderProbeangepasstenTemperatur-programmunterzogen.

Beispiel-TemperaturprogrammbestehendausvierSegmenten,sieheauch

Bild4

:

1.50°Cbis700°C;Heizrate:20K/min;Spülgas:Stickstoff

1)

2.700°Cbis400°C;Kühlrate:-20K/min;Spülgas:Stickstoff

1)

3.400°Cbis700°C;Heizrate:20K/min;Spülgas:Sauerstoff

1)

4.700°C,15minisotherm,Spülgas:Sauerstoff

1)

DieEndtemperaturensindinAbh?ngigkeitderzuuntersuchendenProbensozuw?hlen,dassEf-fektebiszuderenErreichenvollst?ndigabgeschlossensind(keinweitererMasseverlust).Entspre-chendk?nnenauchMethodenmitMaximaltemperaturenbis800°Coder900°Cverwendet

werden.

ZurbesserenAuftrennungüberlagerterEffekteistdasEinfügenvonisothermenHaltephasenm?g-lich.

DieangegebeneMethodekannfürdiemeistenThermoplasteverwendetwerden.

AufgrundvonnochnichtabgeschlossenenEffektenbei700°CmussinEinzelf?lleneineMaximal-temperaturvon900°CfürPyrolyseundOxidationangesetztwerden.

BeiElastomerenreicheninderMehrzahlderF?lle700°CalsMaximaltemperaturbeiderPyrolyseund800°CbeiderOxidation.

InEinzelf?llenkannauchhierjeweilseineMaximaltemperaturvon900°Cerforderlichsein.

BeispeziellenFragestellungenk?nnenandereMethoden/ProgrammezurAnwendungkommen,diesesindimPrüfberichtgenauanzugeben.

DieHeizrateistproben-undger?teabh?ngig(z.B.10K/min,20K/min,40K/min).

DerGasflussistebenfallsger?teabh?ngigundsolltenachdenVorgabenderGer?teherstellerein-gestelltwerden.

1)GasflussnachEmpfehlungdesGer?teherstellers

Seite6

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InSonderf?llen(z.B.starkreaktiveProben)kanneinh?hererGasflussdesReaktionsgaseserfor-derlichsein.

Umger?tebedingteEffektebeiderMessungauszuschlie?en,istfürjedeMethodeeineBlindkurve(Leertiegel)zuerstellen.

DieAuswertesoftwaresolltediesebeiMessungenmitderjeweiligenMethodeberücksichtigenbzw.vonderMesskurvesubtrahieren.

Legende

1bis41.bis4.SegmentdesBeispiel-Temperaturprogramms

Bild4–Beispiel-Temperaturprogramm

5Auswertung

5.1Ergebnisse

AusdemTGA-DiagrammwerdenviercharakteristischeDatenermittelt.

5.1.1LeichtverdampfbareBestandteile

W?hrenddesAufheizensvon50°CbiszumBeginnderPyrolysedesPolymerswerdendieleicht-flüchtigenBestandteile(z.B.Feuchte,Weichmacher)pyrolysiertundmitdemInertgasabgeführt.HierdurchentstehteinMasseverlust,deralsleichtverdampfbareBestandteileinProzentangege-benwird.NebenderStufenh?heistauchdaszugeh?rigePeakmaximumder1.Ableitunganzuge-ben,soweitdieseseindeutigzuermittelnist.

Seite7PV3927:2022-04

5.1.2Polymeranteil

BeiTemperaturenoberhalbvonca.300°CkommteszurPyrolysederorganischenHauptkompo-nente(Polymeranteil),dieebenfallsmitdemInertgasabgeführtwird.DerhierdurchentstehendeMasseverlustwirdalsPolymeranteilinProzentangegeben.

BeieinigenPolymerenundPolymergemischenk?nnenhierauchmehrereStufenauftreten,diebeiausreichenderTrennungseparatausgewertetwerdenk?nnen.NebendenStufenh?hensindje-

weilsauchdiezugeh?rigenPeakmaximader1.Ableitunganzugeben.

5.1.3OxidierbareRestbestandteile

NachVollendungderPyrolyseundAbkühlungauf400°CwirddieGasatmosph?reaufSauerstoffodersynthetischeLuftumgeschaltetunddieProbeanschlie?endauf700°C(800°Coder900°C)aufgeheizt.DerdurchdieOxidationentstehendeMassenverlustwirdinProzentalsoxidierbare

Restbestandteile(z.B.Ru?)angegeben.

5.1.4AnorganischerRückstand

DeranorganischeRückstandergibtsichausderDifferenzzwischenEinwaageundverdampfbarenBestandteilen,PolymeranteilundoxidierbareRestbestandteileinProzent,wobeidieEinwaageauf100%normiertwird.

Beifaserverst?rktenKunststoffenkanndieBestimmungdesFasergehaltesaufgrunddergeringenProbemengeund-gr??ebzw.derFaserl?ngezuungenauenErgebnissenführen.DerWertsolltebeiBedarfdurchUntersuchungmehrererEinzelprobenoderdurchBestimmungdesGlühverlustesgr??ererProbennach

DINENISO1172

abgesichertwerden.

5.2BestimmungderAnfangs-undEndpunkte

DieBestimmungderAnfangs-undEndpunktederMasseverlusteerfolgtanhandderSchnittpunktederExtrapolationsgeradenmitderTangenteandieTGA-Kurvenach

DINENISO

11358-1undistdortbeschrieben.

Anfangs-undEndwertek?nnenalternativausdemVerlaufder2.Ableitungermitteltwerden.AusderKurvendiskussion(siehe

Bild5

)undausdenBeispielen(siehe

Bild

6und

Bild7

)gehthervor,dassbeinichtlinearerAbnahmederMasse,derWertder1.AbleitungkleinerundderWertder2.Ableitungnegativwird.

Ebensol?sstsichableiten,dassbeiBeendigungdesMassenverlustesderWertder2.Ableitungsichvonpositivnachnullbzw.negativ?ndert.

Seite8

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Legende

1Anfangswert

2Peakmaximum

3Endwert

Bild5-SchemaeinesTGA-DiagrammsmitAnfangs-undEndpunktendereinzelnenStufen

Seite9PV3927:2022-04

Bild6–Beispielmessung(Material:PPA+PTFE)

Bild7–Beispielmessung(Material:EPDM)

Seite10

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6Fehlerm?glichkeiten

6.1FehlerbeiderProbenahme(Beispiele)

–Kontaminationdurch?u?ereVerschmutzung(Probe,Werkzeuge,Unterlage)

–AusgasenleichtflüchtigerBestandteilevorderMessung

–Ver?nderungderAnteilederEinzelbestandteiledurchZerkleinerungderProbe(z.B.An-oderAbreicherungvonGlasfasern)

–Inhomogenit?tenimBauteil(fürrepr?sentativeAussageausreichendeAnzahlanEinzelpro-benausunterschiedlichenBereichenuntersuchen)

6.2FehlerbeiderMessung(Beispiele)

–ErschütterungenoderstarkeZugluft(Ger?testandort)

–Temperaturkalibrationfehlerhaft

–VerschmutzungdesOfens,z.B.Gasauslasszugesetzt

–SauerstoffeintragbeiderPyrolyse(Sitzbzw.ZustandderOfendichtungen)

–Tiegelreinigungungenügend

–Temperaturprogrammnichtoptimal(z.B.keineGewich