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The aim of this work was to study the interaction between high-density polyethylene (HDPE) grades as material for dangerous goods packagings and biofuels such as E85 and biodiesel. Jerricans made of two polyethylene (PE) grades were filled with these fuels and exposed to temperatures of 20°C and 40°C for 1 year. Tensile properties (tensile strength, breaking elongation and elasticity modulus) and melt flow rate (MFR) were determined once a month, and Fourier transform infrared (FTIR) spectroscopy was used to evaluate changes in the chemical structure.
Measurements of the MFR and tensile properties of the PE grades after 1 year of exposure to E85 showed only a slightly damaging influence. An increase in the peak of 1585 cm-1 (C=C) stretching vibrations is visible in the FTIR spectra after the immersion tests with E85. Therefore, packagings made of HDPE grades are suitable for the transport of E85.
An increase in the MFR with immersion time of the grades in biodiesel was measured, in particular, after 1 year of exposure. The elasticity modulus of the PE grades was reduced with immersion time. The FTIR spectra showed a broadening of the CO peak of 1740 cm-1 and the appearance of the hydroxyl group at 3500 cm-1. Both results are explained by secondary degradation products of the PE decomposition process caused by increasing unsaturated fatty acid content in the biodiesel. In light of the above mentioned, it was concluded that HDPE grades are not suitable as packaging materials for the transport of biodiesel.
Resistance to oxidative degradation by nitric acid has been selected for a comparison of polyethylene grades in a European standard on suitability proof for alternative plastic resins used for packagings and intermediate bulk containers (IBCs) for the transport of dangerous goods. Measurements of the infrared (IR) absorption spectra of microtome slices cut from the walls of jerricans, which were pre-stored with 55% nitric acid for 21 and 42 days at 40°C, showed changes in the structure of the polyethylene. The penetration depths of 55% nitric acid into the polyethylene grades are, in principle, suitable for evaluating the resistance to oxidative degradation of polyethylene grades after pre-storage of the packagings for 21 days. After this period the packaging wall is not fully penetrated. The intensities of the IR bands at 1565 cm-1 (-NO2), 1630 cm-1 (-C=C) and 1654 cm-1 (-O-NO2) increased with the treatment time with 55% nitric acid as a result of oxidative damage by the nitric acid. The high increase in absorbance of the -C=C band in the region 1630 - 1690 cm-1 is attributable to paraffinic chain cracks. The absorbance of the -O-NO2 band, formed as result of the nitration process was still low at a test temperature of 40°C.
Biofuels including ethanol and biodiesel (fatty acid methyl ester) represent an impor-tant renewable fuel alternative to petroleum-derived transport fuels. Increasing bio-fuel use would bring some benefits, such as a reduction in oil demands and green-house gas emissions, and an improvement in air quality.
Materials compatibility is a major concern whenever the fuel composition is changed in a fuel system.
The aim of this work is to study the interaction between sealing materials such as FKM (fluorocarbon rubber), EPDM (ethylene-propylene-diene rubber), CR (chloro-prene rubber), CSM (chlorosulfonated polyethylene), NBR (acrylonitrile-butadiene rubber), IIR (butyl rubber), VMQ (methyl-vinyl-silicone rubber) and FVMQ (methyl-fluoro-silicone rubber) and biofuels such as biodiesel, E85 (fuel with 85% ethanol) and B10 (heating oil with 10% biodiesel) at 70°C for 84 days. Experiments were con-ducted with tests specimens of theses elastomers to document the changes in the mass and tensile properties of these sealing materials according to ISO 1817.
The exposure tests of the elastomers in E85 at 70°C showed that the weight gain caused by swelling of the test specimens was in the range of 3% to 12%. However, the weight gain of the fluorinated elastomers was at the lower end of this range. Tensile strength and breaking elongation decreased by 22% to 61% or 13% to 77%. The lowest decrease in the tensile properties was determined for FKM, EPDM und IIR. These sealing materials were evaluated as resistant to E85 up to a temperature of 70°C.
Biodiesel absorbed water more quickly and aged faster than conventional diesel fuel. The weight loss of the elastomers varied between 9% (FKM) and 126% (CSM) in biodiesel. FKM was evaluated as resistant with a 16% reduction in tensile strength, a 2% reduction in breaking elongation and low weight loss. NBR, EPDM, CSM and VMQ were evaluated as not resistant. CSM even lost 84% of its original tensile strength and 78% of its breaking elongation.
The highest weight gain as a result of swelling was measured for CSM with 86%, for EPDM with 84% and for VMQ with 54% in B10, while the fluorine-containing elasto-mers FKM (1%) and FVMQ (3%) absorbed much less B10 and swelled less. FKM lost 23% in tensile strength and 17% in breaking elongation; FMVQ lost 29% in ten-sile strength and 36% in breaking elongation. FMVQ was, therefore, only limited in its resistance to B10.
The elastomers NBR, EPDM, CSM and VMQ were not resistant to B10 at all as the decrease in the tensile properties was significantly over 50%. NBR lost about 93% and CSM about 100% of its breaking elongation.
The conclusion of the investigations at 70°C is that FKM is the most resistant sealing material in biodiesel, E85 (fuel with 85% ethanol) and B10 (heating oil with 10% biodiesel).
Oxidative damage of an Intermediate Bulk Container (IBC) made of polyethylene by 53 % nitric acid
(2013)
Biofuels including ethanol and biodiesel (fatty acid methyl ester) represent an important renewable fuel alternative to petroleum-derived transport fuels. Increasing biofuel use would bring some benefits, such as a reduction in oil demands and greenhouse gas emissions, and an improvement in air quality.
Materials compatibility is a major concern whenever the fuel composition is changed in a fuel system. The question arises of whether sealing materials are resistant to fuels with bioethanol and biodiesel (rapeseed oil fatty acid methyl ester).
The aim of this work is to study the interaction between sealing materials such as FKM (fluorocarbon rubber), EPDM (ethylene-propylene-diene rubber), CR (chloroprene rubber), CSM (chlorosulfonated polyethylene), NBR (acrylonitrile-butadiene rubber), IIR (butyl rubber), VMQ (methyl-vinyl-silicone rubber), FVMQ (methyl-fluoro-silicone rubber) and PA (polyamide) and biofuels such as biodiesel (FAME, non-aged and 2 years aged), E85 (fuel with 85% ethanol) and B10 (heating oil with 10% biodiesel, non-aged and one year aged) compared with premium-grade fuel at 20°C, 40°C and 70°C for 84 days. Exposure experiments were conducted with specimens of these elastomers to document the changes in the mass and tensile properties of these sealing materials. Visual examination of some test specimens clearly showed a great volume increase until breakage or partial dissolution.
The sealing materials FVMQ, VMQ and PA were evaluated as resistant in E85 at 20°C and 40°C with a reduction of tensile properties limited to 15%. None of the examined materials was evaluated as resistant at 70°C with even fluorocarbon rubber losing 20% of its tensile strength in E85.
When exposed to biodiesel, elastomers were affected in two ways: firstly, by absorption of liquid by the elastomers and, secondly, by dissolution of soluble components from the elastomers into the liquid medium. Swelling was the result of the high absorption by the elastomers CR, CSM, EPDM, IIR and NBR in comparison to their dis-solution in non-aged and two years aged biodiesel. FKM, VMQ and PA were evaluated as resistant sealing materials in non-aged biodiesel at 40°C. FKM was still resistant in aged biodiesel at 40°C but only to a limited degree at 70°C.
The sealing materials CR, CSM, EPDM, IIR, NBR and VMQ were damaged to a high extent in non-aged and one year aged B10 as a result of swelling up to 70°C. FVMQ and PA can be evaluated as resistant in non-aged and one year aged B10 at 20°C and 40°C. However, FKM was evaluated as resistant up to 70°C.
The exposure tests showed that all the elastomers tested were resistant in the premium-grade fuel Super at 20°C. On increasing the temperature to 40°C, only FKM, VMQ and PA were resistant to Super. At 70°C FKM showed the best resistance.
Biofuels represent an important renewable fuel alternative to petroleum-derived transport fuels. Materials compatibility is a major concern whenever the fuel composition is changed. The aim of this work is to study the interaction of the elastomers: FKM, EPDM, CR, CSM, NBR, IIR, VMQ and FVMQ and biofuels such as biodiesel (FAME), E85 (fuel with 85% ethanol) and B10 (heating oil with 10% biodiesel). Exposure tests were performed with test specimens at 40°C (104°F) and 70°C (158°F) for 84 days to document the changes in mass, volume and tensile properties according to ISO 1817. The exposure tests in E85 showed that the weight gain caused by swelling was in the range up to 12%. The lowest decrease in the tensile properties was determined for FKM, VMQ and IIR. The weight gain of the elastomers in biodiesel varied between 10% (FKM) and 126% (CSM) and the loss of tensile strength between 16% (FKM) and 100% (CSM) at 70°C (158°F). FKM and FVMQ absorbed much less B10 and swelled less. NBR, EPDM, CR, CSM, IIR and VMQ were not resistant to B10 at all as the decrease in the tensile properties was significantly over 50%. Among all of the elastomers FKM showed high compatibility with these biofuels up to 70°C (158°F).
Comparison of the corrosion resistance to dangerous goods of austenitic CrNiMo and duplex steels
(2014)
The “BAM-List - Requirements for Tanks for the Transport of Dangerous Goods” is the basis in Germany for substance-related prototype approvals for tank Containers in Germany. Compatibility evaluations of selected metallic materials and polymeric materials under the influence of approximately 7200 dangerous goods have been published in the BAM-List since 1989. The austenitic CrNi- and CrNiMo-steels - UNS S30403, UNS S31600, UNSS31603 and UNS S31635 - are the materials mostly used worldwide for transport tanks. The duplex Steel UNS S31803 has been put on the BAMList due to the great interest of tank producers and transport Companies. Using UNS S31803 instead of 316L, the weight of the tanks can be reduced, and the list of transportable goods can be extended. The objective of these investigations was to compare the corrosion resistance of duplex Steel UNS S31803 and austenitic Steel UNS S31603. Therefore, test specimens of both steels were exposed to selected corrosive substances, such as formic acid, acetic acid, phosphoric acid, sulfuric acid, nitrating acid, monochloroacetic acid and trichloroacetone at 55 °C (30 °C, 70 °C). The test results have shown that the duplex Steel UNSS31803 is a good alternative to austenitic CrNiMo-steel UNS S31603 for tanks carrying corrosive dangerous goods.
Comparison of the Corrosion Resistance to Dangerous Goods of Austenitic CrNiMo and Duplex Steels
(2014)
In Germany the "BAM-List - Requirements for Tanks for the Transport of Dangerous Goods" is the basis for substance-related prototype approvals for tank Containers undertaken by the BAM - Federal Institute for Materials Research and Testing. Compatibility evaluations of selected metallic materials as well as of polymeric gasket and lining materials under the influence of approximately 7000 dangerous goods have been published in the BAM-List since 1989.
The duplex Steel 1.4362 (2304, UNS S32304) was originally developed as substitute for the austenitic grades 1.4404 (316L, UNS S31603) and 1.4571 (316Ti, UNS S31635). Due to its characteristic profile this Steel was qualified for applications requiring high strength values at concomitant adequate corrosion resistance. Because of its lower content of the alloy elements nickel and molybdenum this duplex Steel is a cost-efficient alternative to the molybdenum containing austenite. Only a limited number of corrosion test results of 1.4362 under the influence of dangerous goods published in the BAM-List were available. Therefore test specimens of this Steel were exposed to selected corrosive substances.
Due to the reduced alloy content a reduced corrosion resistance of the duplex Steel 1.4362 in acidic substances, such as formic acid, acetic acid and sulfuric acid, in comparison to the austenitic CrNiMosteels was observed. Tests in the alkaline medium showed a sufficient resistance.
In der DIN 6601 - Beständigkeit der Werkstoffe von Behältern/Tanks aus Stahl gegenüber Flüssigkeiten (Positiv-Flüssigkeitsliste) ist die Beständigkeit unlegierter Stähle, austenitischer CrNi- und CrNiMo-Stähle gegenüber den reinen Ottokraftstoffen bewertet. Mit der verstärkten Verwendung bioethanol- und biodieselhaltiger Kraftstoffe und Heizöl stellt sich auch die Frage nach der Beständigkeit der handelsüblichen Tank- und Behälterwerkstoffe sowie der Dichtungswerkstoffe unter dem Einfluss dieser Medien.
8iofuels including ethanol and biodiesel (fatty acid methyl ester) represent an important renewable fuel alternative to petroleum-derived transport fuels. lncreasing biofuels use would bring some benefits, such as a reduction in oil demands and greenhause gas emissions, and an improvement in air quality.
Materials compatibility is a major concern whenever the fuel composition is changed in a fuel system. Therefore frequently used sealing materials such as FKM (fluorocarbon rubber), FVMQ (methyl-fluoro-silicone rubber), VMQ (methyl-vinyl-silicone rubber), EPDM (ethylene-propylene-diene rubber), CR (chloroprene rubber), CSM (chlorosulfonated polyethylene), IIR (butyl rubber), PA (polyamides), N8R (acrylonitrile-butadiene rubber) and PUR (polyester urethane rubber) were exposed to E1 0, diese I fuel with 5% biodiesel, non-aged and 2 year aged 810 (heating oil with 10% biodiesel), and for comparison to pure diese! fuel, standard heating oil and Super plus without bioethanol at 20 °C, 40 oc and 70 oc for 84 days. Mass, tensile strength and breaking elongation of the test specimens were determined before and after the exposure. The visual examination of some elastomer test specimens clearly showed the great volume increase until break or partial dissolution. Shore hardness A and D (for PA) were determined before and after exposure of the test specimens to the biofuels for 42 days.
There is not determined a threshold for the reduction in tensile properties and Shore hardness in the international standards. Therefore a threshold of 15% was determined for the evaluation of the compatibility.
The sealing materials FKM, EPDM, N8R, FMVQ, CSM and PA were evaluated on the basis of this threshold as resistant in E1 0 at 20 oc and 40 °C. FKM, FVMQ and PA were resistant at 40 oc , and none of the materials were resistant at 70 °C. FKM and FVMQ absorbed much less 810 and swelled less. CR, CSM, EPDM, IIR, N8R and VMQ were not resistant to 810 at all at 20 oc, 40 oc and 70 oc as the decrease in the tensile properties was significantly over 50%. FVMQ and PA could be evaluated as resistant in non-aged and two year aged 810 at 20 oc and 40 oc, whereas FKM was resistant up to 70 °C. FKM, PA and PUR were evaluated as resistant in standard heating oil and pure diese! fuel at temperatures up to 40°C, only FKM was resistant up to 70°C. FVMQ, FKM, N8R, VMQ, CR and IIR can be evaluated as resistant in premium grade fuel Super plus without ethanol at 20 oc. FKM, FVMQ, VMQ and IIR were still resistant at 40 °C. FKM and FVMQ were evaluated as resistant with restrictions at 70 °C.
ln summary, it can be therefore stated that the chemical resistance of the fluoropolymers FKM and FVMQ in fuels and biofuels is the best one.
The aim of this work was to study the interaction between high density polyethylene (HDPE) grades as material for dangeraus goods packagings and biofuels such as E10 (fuel with 10% ethanol), E85 (fuel with 85% ethanol), biodiesei and 810 (heating oil with 10% biodiesel). Jerricans made of two polyethylene grades were filled with these fuels and exposed to temperatures of 20 oc and 40 oc for more than one year. Tensile properlies (tensile strength, breaking elongation and elasticity modulus) and Melt Flow Rate (MFR) were determined, and Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR) was used to evaluate changes in the chemical structure.
Measurements of the MFR and tensile properlies of the polyethylene grades after exposure to E1 0, E85 and 810 showed only a slightly damaging influence. A n increase in the peak of 1585 cm·1 for the (C=C) stretching vibrations was visible in the FTIR spectra after immersion tests with E85. A n increase in the MFR with the immersion time of the grades in biodiesei was measured - in parlicular, after one year of exposure. The elasticity modulus of the polyethylene grades was reduced with the immersion time too. The FTIR spectra showed a broadening of the C=O peak of 1740 cm·1 and the appearance of the hydroxyl group at 3500 cm·1.
Changes in fuel composition and the introduction of alternative fuels often create problems of degradation in materials. The objective of this research is to study the interaction of the sealing materials FKM, EPDM, CR, CSM, N8R, IIR, VMQ, FVMQ and PA and biofuels such as non-aged and 2 year aged biodiesel (FAME), E1 0 (fuel with 10% ethanol, E85 (fuel with 85% ethanol} and non-aged and 1 year aged 810 (heating oil with 10% biodiesel) in comparison with premium grade fuel without ethanol. Exposure tests were performed with test specimens at 20 °C, 40 oc and 70 oc for 84 days to document the changes in mass, volume and tensile properties. The sealing materials FKM, FVMQ and PA were evaluated as resistant in E10, and FVMQ, VMQ and PA as resistant in E85 at 20 oc and 40 oc. S welling resulted from the high absorption by the elastemers CR, CSM, EPDM, IIR and N8R in comparison to their dissolution in non-aged biodiesei at 40 °C. FKM was still resistant in aged biodiesei at 40 oc but only to a limited degree at 70 °C. The sealing materials CR, CSM, EPDM, IIR and N8R were damaged to a high extent in non-aged and aged 810. Of all the sealing materials, FKM and FVMQ showed high compatibility with these biofuels up to 70 °C.
Ziel dieser Untersuchungen war die Bewertung der Beständigkeit häufig eingesetzter Dichtungswerkstoffe, wie FKM, FVMQ, VMQ, EPDM, CR, CSM, IIR, PA, NBR und PUR in Kraftstoffen und Heizöl mit und ohne biogene Zusätze bei 20 °C, 40 °C und 70 °C. E10, E85, Dieselkraftstoff mit max. 5 % Biodiesel, ungealtertes und 2 Jahre gealtertes B10 (Heizöl mit 10 % Biodiesel), reiner Dieselkraftstoff, Heizöl und Kraftstoff Super plus zählten zu den Testsubstanzen. Masse, Zugfestigkeit und Bruchdehnung wurden von den Prüfkörpern vor und nach der 84-tägigen Auslagerung in den Kraftstoffen und Heizöl bestimmt. Die visuelle Begutachtung einiger Elastomerprüfkörper zeigte eindeutig die hohe Quellung bis zur partiellen Auflösung. Die Shore-Härte A und D (für PA) der Prüfkörper wurden vor und nach der 42-tägigen Auslagerung in den Kraftstoffen bestimmt. In den internationalen Normen wird zur Bewertung der Beständigkeit von Elastomeren kein Grenzwert der Reduzierung der Zugeigenschaften und der Shore-Härte definiert. Deshalb wurde für die Beständigkeitsbewertung ein Grenzwert von 15 % festgelegt. Zusammenfassend kann die Aussage getroffen werden, dass die Beständigkeit der Fluorpolymere FKM und FVMQ in den Kraftstoffen und Heizöl mit und ohne biogene Zusätze die beste ist.
Die BAM-Liste - Anforderungen an Tanks für die Beförderung gefährlicher Güter – mit den Beständigkeitsbewertungen metallischer und polymerer Werkstoffe ist Grundlage für die stoffbezogenen Baumusterzulassungen für Tankcontainer und ortsbewegliche Tanks zur Beförderung gefährlicher Güter durch die BAM seit der Herausgabe der 1. Auflage 1989. Diese Beständigkeitsbewertungen werden nicht nur bundesweit, sondern weltweit als Erkenntnisquelle genutzt. Für die Zulassung von Kesselwagen und Tankfahrzeugen werden diese Daten auch herangezogen. Die Werkstoffbeständigkeitsdaten und der damit verbundene Informationsservice der BAM haben mit Sicherheit dazu beigetragen, Leckagen von Tanks aufgrund des Einsatzes von Tanks/Kesselwagen aus einem gegenüber dem Füllgut unbeständigem Tankwerkstoff oder Dichtungswerkstoff zu vermeiden.
The objective of this research was to determine the resistance of frequently used sealing materials such as FKM, FVMQ, VMQ, EPDM, CR, CSM, IIR, PA, NBR and PUR in fuels and heating oil with and without admixtures of biogenic sources such as E10, diesel fuel with 5 % biodiesel, non-aged and 2 year aged B10 (heating oil with 10 % biodiesel), pure diesel, standard heating oil and premium grade fuel Super plus at 20 °C, 40 °C and 70 °C.
Mass, tensile strength and breaking elongation of the test specimens were determined before and after the exposure for 84 days in the fuels. The visual examination of some elastomer test specimens clearly showed the great volume increase until break or partial dissolution. Shore hardness A and D (for PA) were determined before and after exposure of the test specimens in the biofuels for 42 days.
There is not determined a threshold for the reduction in tensile properties and Shore hardness in the international standards. Therefore a threshold of 15 % was determined for the evaluation of the compatibility.
In summary, it can be therefore stated that the chemical resistance of the fluoropolymers FKM and FVMQ in fuels and biofuels is the best one.
The chemical industry has expressed great interest in using polyethylene terephthalate (PET) as material for packagings for the transport of dangerous goods. Due to the high strength and stiffness of PET, the wall thickness and weight of packagings can be reduced. This is a relevant cost factor. PET is a semi-crystalline thermoplast which is produced by polycondensation of terephthalic acid and ethylene glycol.
According to the European dangerous goods regulations RID and ADR, samples of PET design types of packagings for dangerous goods must be pre-stored with the original filling good for six months at 23°C, before the design type tests can be carried out. For packagings made of polyethylene (PE) tests to prove the stress cracking resistance by using laboratory methods are possible to reduce time and costs. Therefore, standard liquids, simulating the different types of damaging effects on PE are defined in RID and ADR. However, there is no information and research available about the damaging mechanisms on PET in comparison to PE, especially regarding to stress cracking resistance and test methods.
The aim of this work is to compare the stress cracking resistance of PE and PET with the Full Notch Creep Test (FNCT), which was developed by chemical industry and is described in the standards EN ISO 16101 and EN 15507. It was investigated whether testing specimens made of PE and PET with a full coplanar notch around the middle of the specimens show weakening after the impact of a tensile force in a wetting solution (Lutensol® FSA 10) at 50°C in a test device on the basis of the FNCT.
The test results confirmed the suitability of the method for eight PE grades. Unfortunately, this method couldn’t be used for PET because the specimens broke during notching. In addition the molding of the sheets and the following temper process for twelve hours are very time-consuming, and the specimens broke during notching due to the high brittleness of PET.
Another possibility to provide evidence of stress cracking resistance of PE packagings is laid down in BAM’s Dangerous Goods Rule BAM-GGR 015. This test was carried out with PE and PET bottles to compare both materials. Therefore 1l test bottles were filled with a 5% wetting solution and mounted with a clamping tool for 28 days at 40°C. Tensile test specimens were cut out afterwards from the middle of the bottles in the deformed areas. Tensile strength and breaking elongation of PE specimens were determined in comparison to the PET specimens. The tensile properties of the PET specimens couldn’t be determined due to the strength and the stiffness of the material.
In conclusion the only way to provide information about the stress cracking resistance of PET was to perform stacking tests. 1l bottles made of PE and PET were filled with a 5% wetting solution and stored with a stacking load for 28 days at 40°C according to EN ISO 16495. Design types of PE and PET both passed the stacking tests.
Seitens der Industrie besteht großes Interesse, Polyethylenterephthalat (PET) als Werkstoff für Verpackungen zum Transport von Gefahrgütern einzusetzen, da aufgrund der hohen Festigkeit und Steifigkeit von PET die Wanddicken und somit die Kosten der Verpackungen reduziert werden können. Die Prüfung der Spannungsrissbeständigkeit von Polyethylenformstoffen als Werkstoffe von Verpackungen erfolgt mit Labormethoden unter Verwendung einer Standardflüssigkeit als Prüfmedium für die Spannungsrisse auslösende Wirkung auf Polyethylen (PE), wodurch Zeit und Kosten der Prüfungen reduziert werden.
Ziel dieser Arbeit war es, eine Laborprüfmethode zum Vergleich der Spannungsrissbeständigkeit von PE und PET auf ihre Anwendbarkeit zu prüfen, wie z.B. den Full Notch Creep Test (FNCT). Es wurde untersucht, ob die Prüfkörper aus PE und PET mit umlaufender Kerbe in dieser durch die chemische Industrie entwickelten und von der BAM konzipierten Apparatur auf der Basis des FNCT zu messbaren Ergebnissen unter Einfluss eines Ölsäureamidethoxylates als Netzmittel bei 50 °C führen.
Die Testergebnisse bestätigten die Eignung des Prüfverfahrens für die acht eingesetzten Formstoffe aus PE. Dieses Prüfverfahren konnte nicht für PET angewandt werden, da die Prüfkörper aufgrund der hohen Festigkeit und Steifigkeit des PET beim Kerbvorgang zerbrachen. Die gleiche Aussage konnte für den Nachweis der der Spannungsrissbeständigkeit von Verpackungen, der in der BAM Gefahrgutregel BAM-GGR 015 beschrieben wird, getroffen werden. Die einzige Möglichkeit zum Nachweis der Spannungsrissbeständigkeit von PET besteht in der Durchführung von Stapeldruckprüfungen.
Zusammenfassend wird aufgrund der Ergebnisse der durchgeführten Untersuchungen die Aussage getroffen, dass die Fluorpolymere FKM und FVMQ die beständigsten Dichtungswerkstoffe in Biokraftstoffen und Heizöl B10 im Temperaturbereich bis 70 °C sind. In E10 und E85 kann keiner der Dichtungswerkstoffe bei 70 °C als beständig bewertet werden. Diese Erkenntnisse können vielen Wirtschaftszweigen ein Innovationspotential bieten und ihre Wettbewerbsfähigkeit steigern.
Materials compatibility is a major concern whenever the fuel composition is changed in a fuel system. The question arises of whether sealing materials are resistant to fuels with bioethanol and biodiesel (rapeseed oil fatty acid methyl ester).
The objective of this research was to determine the resistance of frequently used sealing materials such as FKM (fluorocarbon rubber), FVMQ (methyl-fluoro-silicone rubber), VMQ (methyl-vinyl-silicone rubber), EPDM (ethylene-propylene-diene rubber), CR (chloroprene rubber), CSM (chlorosulfonated polyethylene), IIR (butyl rubber), PA (polyamides), NBR (acrylonitrile-butadiene rubber) and PUR (polyester urethane rubber) in aged fuels and heating oil with admixtures of biogenic substances such as biodiesel and B10 (heating oil with 10% biodiesel).
The mass, tensile strength and breaking elongation of the test specimens were determined before and after exposure for 84 days in non-aged, one-year, two-year, three-year and four-year aged biodiesel and B10 according to DIN 53504 – “Testing of rubber - determination of tensile strength at break, tensile stress at yield, elongation at break and stress values in a tensile test”.
The visual examination of some elastomer test specimens clearly showed the great volume increase until breaking or partial dissolution. The Shore hardnesses A and D (for PA) were determined before and after exposure of the test specimens in the biofuels for 42 days according to DIN 53505 – “Testing of rubber – Shore A and Shore D hardness test”.
A threshold for the reduction in tensile properties and Shore hardness is not set in the international standards. Therefore, a threshold of 15 % was set for the evaluation of the compatibility.
Biodiesel fuels are easily oxidized and contain acids and water. The age of the biodiesel was not relevant for the sealing materials CR, CSM, EPDM, IIR and NBR, which were generally not resistant to biodiesel. FKM and PA showed high compatibility in non-aged, one-year, two-year, three-year and four- year aged biodiesel, which was attributed to the absence of polarity. The decrease in tensile properties and Shore hardness increased with the age and the temperature of the biodiesel, but the measured values were still lower than the defined threshold.
FKM and FVMQ absorbed much less non-aged and aged B10 and swelled less. CR, CSM, EPDM, IIR, NBR and VMQ were not resistant to B10 at all at 20°C, 40°C and 70°C as the decrease in the tensile properties was significantly over 50%.
FVMQ and PA could be evaluated as resistant in non-aged and aged B10 at 20°C and 40°C, whereas FKM was resistant up to 70°C despite the age of the B10. The damaging impact of B10 increased with the age and the temperature.
Das Gefährdungspotential von Rohrleitungen hängt primär von den Eigenschaften des durchfließenden Stoffes, den Betriebsbedingungen und den äußeren Beanspruchungen ab. Zu den Hauptschadensursachen an Rohrleitungen zählen Korrosion, Druckstöße und Kavitationsschläge, Zeitstandbeanspruchung, struktur- und fluidmechanische Schwingungen, Fremdberührungen, elektrische Fremdbeeinflussung und geologische Besonderheiten im Bereich des Rohrleitungsverlaufes.
Impact of biocomponents in the fuel and heating oil on the compatibility of sealing materials
(2016)
The objective of this research was to determine the resistance of frequently used sealing materials such as FKM, FVMQ, VMQ, EPDM, CR, CSM, IIR, PA, NBR and PUR in fuels and heating oil with and without admixtures of biogenic sources such as E10, diesel fuel with 5 % biodiesel, non-aged and 2 year aged B10 (heating oil with 10 % biodiesel), pure diesel, standard heating oil and premium grade fuel Super plus at 20 °C, 40 °C and 70 °C.
Mass, tensile strength and breaking elongation of the test specimens were determined before and after the exposure for 84 days in the fuels. The visual examination of some elastomer test specimens clearly showed the great volume increase until break or partial dissolution. Shore hardness A and D (for PA) were determined before and after exposure of the test specimens in the biofuels for 42 days.
There is not determined a threshold for the reduction in tensile properties and Shore hardness in the international standards. Therefore a threshold of 15 % was determined for the evaluation of the compatibility.
In summary, it can be therefore stated that the chemical resistance of the fluoropolymers FKM and FVMQ in fuels and biofuels is the best one.
Impact of biocomponents in the fuel and heating oil on the compatibility of sealing materials
(2016)
The objective of this research was to determine the resistance of frequently used sealing materials such as FKM, FVMQ, VMQ, EPDM, CR, CSM, IIR, PA, NBR and PUR in fuels and heating oil with and without admixtures of biogenic sources such as E10, diesel fuel with 5 % biodiesel, non-aged and 2 year aged B10 (heating oil with 10 % biodiesel), pure diesel, standard heating oil and premium grade fuel Super plus at 20 °C, 40 °C and 70 °C.
Mass, tensile strength and breaking elongation of the test specimens were determined before and after the exposure for 84 days in the fuels. The visual examination of some elastomer test specimens clearly showed the great volume increase until break or partial dissolution. Shore hardness A and D (for PA) were determined before and after exposure of the test specimens in the biofuels for 42 days.
There is not determined a threshold for the reduction in tensile properties and Shore hardness in the international standards. Therefore a threshold of 15 % was determined for the evaluation of the compatibility.
In summary, it can be therefore stated that the chemical resistance of the fluoropolymers FKM and FVMQ in fuels and biofuels is the best one.
Die BAM-Liste - Anforderungen an Tanks für die Beförderung gefährlicher Güter – mit den Beständigkeitsbewertungen metallischer und polymerer Werkstoffe ist Grundlage für die stoffbezogenen Baumusterzulassungen für Tankcontainer und ortsbewegliche Tanks zur Beförderung gefährlicher Güter durch die BAM seit der Herausgabe der 1. Auflage 1989. Diese Beständigkeitsbewertungen werden nicht nur bundesweit, sondern weltweit als Erkenntnisquelle genutzt. Für die Zulassung von Kesselwagen und Tankfahrzeugen werden diese Daten auch herangezogen. Die Werkstoffbeständigkeitsdaten und der damit verbundene Informationsservice der BAM haben mit Sicherheit dazu beigetragen, Leckagen von Tanks aufgrund des Einsatzes von Tanks/Kesselwagen aus einem gegenüber dem Füllgut unbeständigem Tankwerkstoff oder Dichtungswerkstoff zu vermeiden.
Seitens der Industrie besteht großes Interesse, Polyethylenterephthalat (PET) als Werkstoff für Verpackungen zum Transport von Gefahrgütern einzusetzen, da aufgrund der hohen Fes-tigkeit und Steifigkeit von PET die Wanddicken und somit die Kosten der Verpackungen reduziert werden können. Die Prüfung der Spannungsrissbeständigkeit von Polyethylenformstoffen als Werkstoffe von Verpackungen erfolgt mit Labormethoden unter Verwendung einer Standardflüssigkeit als Prüfmedium für die Spannungsrisse auslösende Wirkung auf Polyethylen (PE), wodurch Zeit und Kosten der Prüfungen reduziert werden.
Ziel dieser Arbeit war es, eine Laborprüfmethode zum Vergleich der Spannungsrissbeständigkeit von PE und PET auf ihre Anwendbarkeit zu prüfen, wie z.B. den Full Notch Creep Test (FNCT). Es wurde untersucht, ob die Prüfkörper aus PE und PET mit umlaufender Kerbe in dieser durch die chemische Industrie entwickelten und von der BAM konzipierten Apparatur auf der Basis des FNCT zu messbaren Ergebnissen unter Einfluss eines Ölsäureamidethoxylates als Netzmittel bei 50 °C führen.
Die Testergebnisse bestätigten die Eignung des Prüfverfahrens für die acht eingesetzten Formstoffe aus PE. Dieses Prüfverfahren konnte nicht für PET angewandt werden, da die Prüfkörper aufgrund der hohen Festigkeit und Steifigkeit des PET beim Kerbvorgang zerbrachen. Die gleiche Aussage konnte für den Nachweis der der Spannungsrissbeständigkeit von Verpackungen, der in der BAM Gefahrgutregel BAM-GGR 015 beschrieben wird, getroffen werden. Die einzige Möglichkeit zum Nachweis der Spannungsrissbeständigkeit von PET besteht in der Durchführung von Stapeldruckprüfungen.
Rohrleitungssysteme sind aufgrund ihrer Funktion und Ausdehnung für den Betrieb, die Verfügbarkeit und die Sicherheit von Industrieanlagen von besonderer Bedeutung. Die bisher in definierten Intervallen durchgeführten, wiederkehrenden Prüfungen zur Sicherstellung leckagefreier Rohrleitungen sind kostenintensiv und mit einem erhöhten Aufwand verbunden.
Mit dem interdisziplinären Forschungsprojekt AGIFAMOR (Ageing Infrastructures – Akustisches Monitoring von Rohrleitungen) arbeitet die BAM an der Entwicklung und Erprobung einer örtlich und zeitlich kontinuierlichen Zustandsüberwachung von Rohrleitungen basierend auf einem faseroptischen akustischen Messsystem, welches einen vergleichsweise geringen Installationsaufwand der Sensoren erfordert. Mit diesem Verfahren sollen vor allem betriebsbedingte Schädigungen infolge von Korrosion sowie daraus entstehende Pittings oder Risse erkannt und damit Leckagen verhindert werden.
Im Rahmen einer Machbarkeitsstudie zum Teilaspekt „Detektion von Risswachstum“ wurde ein 2,5 m langes, definiert vorgekerbtes Stahlrohr mit der faseroptischen Sensorik (FOS) ausgestattet und quasistatisch unter 4-Punkt-Biegung belastet. Mit fortschreitender Belastung wächst, ausgehend vom vorhandenen Außenumfangskerb, ein Riss im Stahlrohr bis zum Erreichen der Leckage – in der Praxis ein gefährliches Schadensszenario.
Parallel zur FOS erfolgten Messungen mit Schallemissionssensoren, Beschleunigungssensoren und Potentialsonden, deren Ergebnisse die Interpretation der FOS-Messergebnisse unterstützen sollen.
In der Prozessindustrie werden häufig gefährliche Stoffe eingesetzt, so dass auch kleinste Leckagen der medienführenden Anlagenteile zu Gefährdungen der Arbeitnehmer sowie zur Belastung der Umwelt führen können. Für die Gewährleistung einer dauerhaften Verfügbarkeit der Infrastruktur ist die frühzeitige Erkennung und Ortung von potentiell gefährlichen Veränderungen an den Wandungen von Rohrleitungen und Behältern (in Form von Rissen, Pittings und Ablagerungen) erforderlich. Am Beispiel von Rohrleitungen, sollen im Rahmen des Projekts AGIFAMOR an der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM), im Sinne einer Machbarkeitsstudie die Verfahren der verteilten akustischen und faseroptischen Sensorik zur kontinuierlichen Überwachung und Detektion potentiell gefährlicher Veränderungen in Industrieanlagen erprobt und qualifiziert werden. Dabei sollen die Applikation der optischen Sensorfasern hinsichtlich der Signalübertragung auf den Sensor optimiert und die Erkennung der für dieses Anwendungsgebiet relevanten Schallsignaturen entwickelt werden. Mithilfe eines solchen Messsystems können mit geringem Aufwand ausgedehnte Strukturen, auch unter erschwerten Bedingungen (z.B. hohe Temperatur, Einfluss von Chemikalien) kontinuierlich überwacht werden.
Pipelines and industrial piping systems are particularly relevant regarding technical safety, availability and maintenance. Large flow rates of hazardous substances imply that even smallest leakages can lead to high environmental impacts. Therefore, and to ensure the availability of infrastructure, an early detection and localization of potentially hazardous degradations to the walls (e.g. cracks, pittings, sedimentation, etc.) of the containments is necessary. However, in many cases it is not feasible to equip pipelines with a large number of point sensors at reasonable expense.
The principle of distributed fibre optic sensing relies on one single optical fibre, which simultaneously acts as a spatially continuous sensor as well as the signal transducer. Therefore, extensive structures can be provided with this type of sensor with comparatively low efforts.
As a consequence, monitoring oil and gas pipelines using distributed fibre optic sensors is on the upswing. Besides the established methods to measure temperature and strain, distributed acoustic sensing (DAS) has lately received considerable attention as a means to detect and localize third party threats to pipelines (approach of vehicles, digging, mechanical manipulation).
The so far not utilized potential of DAS as a means for continuous condition monitoring of pipes by detecting and localizing acoustic signals that point to certain damage scenarios, is currently under investigation in an interdisciplinary research project at BAM (AGIFAMOR, Ageing Infrastructures – Fibre Optic Monitoring of Pipes).
In order to qualify distributed acoustic fibre optic sensors for this application area, we especially focus on detecting and identifying the relevant acoustic emissions of interesting degradations as well as on the optimal way of application of the optical fibres to the specimen to achieve an optimal signal transmission of acoustic signals.
Zum Vergleich der Polyethylenformstoffe für eine Bauart von Gefahrgutverpackungen und IBC wurden die Materialkennwerte: Schmelze-Massefließrate MFR, Dichte D, Kerbschlag-zähigkeit acN bei -30 °C, Spannungsrissbeständigkeit (bestimmt mit dem Full Notch Creep Test) und Beständigkeit gegen oxidativen Abbau Ox (bestimmt durch den prozentualen Anstieg des MFR in Salpetersäure) in der DIN EN 15507 – Verpackung – Verpackungen zur Beförderung gefährlicher Güter – Vergleichende Werkstoffprüfung von Polyethylensorten ausgewählt.
Das Ziel der Untersuchungen war die Auswahl eines Kennwertes für die Bestimmung des mechanischen Leistungsniveaus von Polyethylenformstoffen, da unter Druck Verpackungen beulen oder knicken. Zur Auswahl standen drei Prüfverfahren:
a) Bestimmung der Biegesteifigkeit S nach DIN 53 350 (Prinzip von Ohlsen).
b) Bestimmung der Biegefestigkeit σfM und Biegedehnung ɛfM nach DIN EN ISO 178
c) Bestimmung der Druckkraft Fmax und Verformung dL bei Fmax nach DIN EN ISO 604.
Die Prüfmethode zur Bestimmung der Biegesteifigkeit nach DIN 53 350 eignet sich zum Vergleich des mechanischen Leistungsniveaus der Formstoffe. Zur Verbesserung der Reproduzierbarkeit der Ergebnisse sollte der Skalierungsbereich der Prüfapparatur erweitert wer-den, um genauere Messergebnisse zu erzielen.
Der Dreipunktbiegeversuch nach DIN EN ISO 178 eignet sich bei verformungsfähigen Kunststoffen, wie dem Polyethylen, zur Bestimmung der Biegefestigkeit σfM. Dieser Ver-such besitzt den Nachteil, dass am Ort des maximalen Biegemoments in der Randschicht, wo auch die maximale Biegespannung erzeugt wird, zusätzlich der Biegestempel angreift.
Die Messergebnisse haben gezeigt, dass die Druckprüfung nach DIN EN ISO 604 sich sehr gut zur Bewertung des mechanischen Verhaltens der Polyethylenformstoffe unter Druckbelastung (Stapeldruckprüfung der Verpackungen) eignet.
Polyethylene terephthalate (PET) is used as material for packagings for the transport of dangerous goods due to its high strength and stiffness. For this reason, the wall thickness and weight of the packagings can be reduced.
According to the European dangerous goods regulations RID and ADR, samples of PET design types of packagings for dangerous goods must be pre-stored with the original filling good for six months at 23 °C, before the design type tests can be carried out. For packagings made of polyethylene (PE) tests to prove the stress cracking resistance by using laboratory methods are possible to reduce time and costs. Therefore, standard liquids, simulating the different types of damaging effects on PE are defined in RID and ADR. However, there is no information and research available about the damaging mechanisms on PET, especially regarding to stress cracking resistance and test methods.
One laboratory test method is the Full Notch Creep Test (FNCT), which was developed for polyethylene (PE) and is described in the standards EN ISO 13274 and EN 15507. It was investigated whether testing specimens made of PET with a full coplanar notch around the middle of the specimens show weakening after the impact of a tensile force in the standard liquid (5 % wetting solution) at 50 °C. The tests showed that this method couldn’t be used for PET because the specimens broke during notching due to the high brittleness of PET. Another disadvantage is the very time-consuming temper process for twelve hours after molding of the sheets.
Another test method is described in BAM’s Dangerous Goods Rule BAM-GGR 015. This test was carried out with 1l PET bottles, which were filled with a 5% wetting solution and mounted with a clamping tool for 28 days at 40°C. Tensile test specimens were cut out afterwards from the middle of the bottles in the deformed areas. The tensile properties of the PET specimens couldn’t be determined due to the hardness of the material.
The only test method to provide information about the stress cracking resistance of PET was to perform stacking tests with PET design types of packagings. 1l bottles made of PET were filled with the standard liquid (5 % wetting solution) and stored with a stacking load for 28 days at 40°C according to EN ISO 16495. The test bottles of PET passed the stacking tests.
In conclusion, samples of PET design types of packagings for dangerous goods must be pre-stored with the original filling good for six months at 23 °C, before the design type tests can be carried out.
The chemical industry has expressed great interest in using polyethylene terephthalate (PET) as material for packagings for the transport of dangerous goods. Due to the high strength and stiffness of PET, the wall thickness and weight of packagings can be reduced.
The aim of this work was to find a laboratory test method for the determination of the stress cracking resistance of PET. One test method is the Full Notch Creep Test (FNCT), which was developed for polyethylene (PE) and is described in the standards EN ISO 13274 and EN 15507. It was investigated whether testing specimens made of PET with a full coplanar notch around the middle of the specimens show weakening after the impact of a tensile force in a wetting solution at 50°C. Unfortunately, this method couldn’t be used for PET because the specimens broke during notching due to the high brittleness of PET. The molding of the sheets and the following temper process for twelve hours are very time-consuming, Another possibility is laid down in BAM’s Dangerous Goods Rule BAM-GGR 015. This test was carried out with 1l PET bottles, which were filled with a 5% wetting solution and mounted with a clamping tool for 28 days at 40°C. Tensile test specimens were cut out afterwards from the middle of the bottles in the deformed areas. The tensile properties of the PET specimens couldn’t be determined due to the hardness of the material.
In conclusion, the only way to provide information about the stress cracking resistance of PET was to perform stacking tests with PET design types of packagings. 1l bottles made of PET were filled with a 5% wetting solution and stored with a stacking load for 28 days at 40°C according to EN ISO 16495. The test bottles of PET passed the stacking tests.
The objective of this research was to determine the resistance of frequently used sealing materials such as EPDM, FKM, FVMQ, CR, CSM, IIR, NBR, PA, PUR and VMQ in aged biodiesel and heating oil B10 with 10 % biodiesel.
The mass, tensile strength, breaking elongation and Shore hardnesses of the test specimens were determined before and after exposure in non-aged, one-year, two-year, three-year and four-year aged biodiesel and B10 at 20 °C, 40 °C and 70 °C.
A threshold for the reduction in tensile properties and Shore hardness is not set in the international standards. Therefore, a threshold of 15 % was set for the evaluation of the compatibility. The decrease in tensile properties and Shore hardness increased with the age and the temperature of the biodiesel and the heating oil.
The age of the biodiesel was not relevant for the sealing materials CR, CSM, EPDM, IIR and NBR, which were generally not resistant to biodiesel and B10. FKM and PA showed high compatibility in non-aged and aged biodiesel. FVMQ and PA could be evaluated as resistant in non-aged and aged B10 at 20°C and 40°C, whereas FKM was resistant up to 70°C despite of the age of B10.
The objective of this research was to determine the resistance of frequently used sealing materials such as EPDM, FKM, FVMQ, CR, CSM, IIR, NBR, PA, PUR and VMQ in aged biodiesel and heating oil B10 with 10 % biodiesel.
The mass, tensile strength, breaking elongation and Shore hardnesses of the test specimens were determined before and after exposure in non-aged, one-year, two-year, three-year and four-year aged biodiesel and B10 at 20 °C, 40 °C and 70 °C.
A threshold for the reduction in tensile properties and Shore hardness is not set in the international standards. Therefore, a threshold of 15 % was set for the evaluation of the compatibility. The decrease in tensile properties and Shore hardness increased with the age and the temperature of the biodiesel and the heating oil.
The age of the biodiesel was not relevant for the sealing materials CR, CSM, EPDM, IIR and NBR, which were generally not resistant to biodiesel and B10. FKM and PA showed high compatibility in non-aged and aged biodiesel. FVMQ and PA could be evaluated as resistant in non-aged and aged B10 at 20°C and 40°C, whereas FKM was resistant up to 70°C despite of the age of B10.
Ziel dieser Untersuchungen war die Bewertung der Beständigkeit häufig eingesetzter Dichtungswerkstoffe, wie Fluorkautschuk (FKM), Fluorsiliconkautschuk (FVMQ), Siliconkautschuk (VMQ), Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk (EPDM), Chloroprenkautschuk (CR), chlorsulfoniertes Polyethylen (CR), Butylkautschuk (IIR), Acrylnitril-Butadien-Kautschuk (NBR), Polyes-terurethankautschuk (PUR) und Polyamid (PA) in Kraftstoffen und Heizöl mit und ohne bioge-ne Zusätze bei 20 °C, 40 °C und 70 °C. E10 (Kraftstoff mit max. 10 % Ethanol), E85 (Kraftstoff mit 85 % Ethanol), Dieselkraftstoff mit max. 5 % Biodiesel, Super mit max. 5 % Ethanol, un-gealtertes und gealtertes B10 (Heizöl mit 10 % Biodiesel) sowie zum Vergleich reiner Dieselkraftstoff, Heizöl und Kraftstoff Super plus zählten zu den Testsubstanzen.
Masse, Zugfestigkeit und Bruchdehnung wurden von den Prüfkörpern vor und nach der 84-tägigen Auslagerung in den Kraftstoffen und Heizöl bestimmt. Die visuelle Begutachtung einiger Elastomerprüfkörper zeigte eindeutig die hohe Quellung bis zur partiellen Auflösung.
Die Shore-Härte A und D (für PA) der Prüfkörper wurden vor und nach der 42-tägigen Auslagerung in den Kraftstoffen bestimmt.
In den internationalen Normen wird zur Bewertung der Beständigkeit von Elastomeren kein Grenzwert der Reduzierung der Zugeigenschaften und der Shore-Härte definiert. Deshalb wurde für die Beständigkeitsbewertung ein Grenzwert von 15 % festgelegt. Zusammenfassend kann die Aussage getroffen werden, dass die Beständigkeit der Fluorpolymere FKM und FVMQ in den Kraftstoffen und Heizöl mit und ohne biogene Zusätze die beste ist.
Die BAM-Liste - Anforderungen an Tanks für die Beförderung gefährlicher Güter – mit den Beständigkeitsbewertungen metallischer und polymerer Werkstoffe ist Grundlage für die stoffbezogenen Baumusterzulassungen für Tankcontainer und ortsbewegliche Tanks zur Beförderung gefährlicher Güter durch die BAM seit der Herausgabe der 1. Auflage 1989. Diese Beständigkeitsbewertungen werden nicht nur bundesweit, sondern weltweit als Erkenntnisquelle genutzt. Für die Zulassung von Kesselwagen und Tankfahrzeugen werden diese Daten auch herangezogen. Die Werkstoffbeständigkeitsdaten und der damit verbundene Informationsservice der BAM haben mit Sicherheit dazu beigetragen, Leckagen von Tanks aufgrund des Einsatzes von Tanks/Kesselwagen aus einem gegenüber dem Füllgut unbeständigem Tankwerkstoff oder Dichtungswerkstoff zu vermeiden.
Seitens der Industrie besteht großes Interesse, Polyethylenterephthalat (PET) als Werkstoff für Verpackungen zum Transport von Gefahrgütern einzusetzen, da aufgrund der hohen Festigkeit und Steifigkeit von PET die Wanddicken und somit die Kosten der Verpackungen reduziert werden können. Die Prüfung der Spannungsrissbeständigkeit von Polyethylenformstoffen als Werkstoffe von Verpackungen erfolgt mit Labormethoden unter Verwendung einer Standardflüssigkeit als Prüfmedium für die Spannungsrisse auslösende Wirkung auf Polyethylen (PE), wodurch Zeit und Kosten der Prüfungen reduziert werden.
Ziel dieser Arbeit war es, eine Laborprüfmethode zum Vergleich der Spannungsrissbeständigkeit von PE und PET auf ihre Anwendbarkeit zu prüfen, wie z.B. den Full Notch Creep Test (FNCT). Es wurde untersucht, ob die Prüfkörper aus PE und PET mit umlaufender Kerbe in dieser durch die chemische Industrie entwickelten und von der BAM konzipierten Apparatur auf der Basis des FNCT zu messbaren Ergebnissen unter Einfluss eines Ölsäureamidethoxylates als Netzmittel bei 50 °C führen.
Die Testergebnisse bestätigten die Eignung des Prüfverfahrens für die acht eingesetzten Formstoffe aus PE. Dieses Prüfverfahren konnte nicht für PET angewandt werden, da die Prüfkörper aufgrund der hohen Festigkeit und Steifigkeit des PET beim Kerbvorgang zerbrachen. Die gleiche Aussage konnte für den Nachweis der der Spannungsrissbeständigkeit von Verpackungen, der in der BAM Gefahrgutregel BAM-GGR 015 beschrieben wird, getroffen werden. Die einzige Möglichkeit zum Nachweis der Spannungsrissbeständigkeit von PET besteht in der Durchführung von Stapeldruckprüfungen.
The objective of this research was to determine the resistance of frequently used sealing materials such as fluorocarbon rubber (FKM), fluorosilicone rubber (FVMQ), silicone rubber (VMQ), ethylene-propylene-diene rubber (EPDM), chloroprene rub-ber (CR), chlorosulfonated polyethylene (CSM), butyl rubber (IIR), acrylonitrile buta-diene rubber (NBR), polyester urethane rubber (PUR) and polyamide (PA) in non-aged/aged biodiesel and heating oil with 10 % biodiesel at 20 °C, 40 °C and 70 °C. Mass, tensile properties and Shore hardness A/D (for polyamide) of the test speci-mens were determined before and after the exposure for 84/42 days in the aged and non-aged fuels of different age.
Biodiesel fuels are easily oxidized and contain acids and water. The sealing materi-als: acrylonitrile butadiene rubber, butyl rubber, chloroprene rubber, chlorosulfonated polyethylene and ethylene-propylene-diene rubber and were generally not resistant to biodiesel and heating oil with 10 % biodiesel. Fluorocarbon rubber, fluorosilicone rubber and polyamide were the most resistant materials in all tested fuels up to 70 °C. The degree of damage to the sealing materials increased with higher test temperatures and the age of the fuels.
Plastic storage tanks for heating oil have been on the market since the early 1970s in Germany, mainly made from polyethylene grades. Tank manufacturers and experts examining the tanks recommend the replacement of the tanks to ensure the safety after a period of 30 years. The tank manufacturer is legally obliged to specify the service life of the tanks.
Polyethylene is subject to ageing by alteration of the properties during its life cycle. A distinction is made between internal and external ageing processes. The internal ageing, such as the breakdown of internal stresses, post-crystallization, phase sepa-ration of multicomponent systems and plasticizer migration is attributed to thermodynamically instable conditions of the plastic material. The external ageing in form of stress cracking, fatigue cracking, thermooxidative degradation or swelling is based on physical or chemical effects of the environment of the polyethylene grade. The degree of ageing and the nature of the degradation process mainly depend on the chemical degradation of the polyethylene, the wall thickness of the tank and the environmental conditions. There are no results available on the long-term behaviour of the polyethylene grades used as materials for heating oil storage tanks, especially after a service life of more than 25 years.
The aim of this investigation was the determination of the factual degree of damage in comparison to the uncontaminated polyethylene grades. Data on the melt flow rate (MFR) and density of the used polyethylene grades are available because the BAM was the competent authority for the approval of the plastic heating oil storage tanks until the end of the 1980s.
The technical service of specialist companies for fuel tank disposal supplied tank sections from the bottom, the shell and the roof of 8 segregated heating oil storage tanks. Some of the tanks had been in service for more than 30 years. Two polyethylene grades mainly were used as materials for these tanks over this time. The determination of the MFR according to EN ISO 1133 and the FTIR spectroscopy followed standard test methods.
The highest average percentage increase in the MFR was determined as 31- 43 % for the bottom section of the tanks, for both the inner shell and the outer shell. The lowest increase in MFR was measured for the top of the tank, with 6 - 12 % for the inner shell and 0 - 8 % for the outer shell. The tank shell sections had an average percentage increase in MFR of 10 - 33 % for the inner shell and of 14 - 40 % for the outer shell.
The oxidative damage of the polyethylene grades was highest in the bottom area due to the permanent contact with the heating oil and degradation products.
The microtome cuttings were analyzed with image-guided infrared microscopy in the transmission mode and confirmed the results obtained with the MFR measurements.
In summary it can be concluded that the oxidative damage of the polyethylene grades after long-term contact with heating oil is relative low.
Changes in fuel composition and the introduction of alternative fuels often create problems of corrosion and degradation in materials. The objective of this research was to determine the corrosion behaviour of commercial metallic tank materials (unalloyed steels, austenitic CrNi- and CrNiMo-steels, aluminium and its alloys) in fuels and heating oil with admixtures of biogenic sources, such as gasoline with addition of ethanol (E10, E85), pure biodiesel and heating oil with 10 % biodiesel (B10).
Metallic tank materials were evaluated as resistant in a liquid if the annual corrosion rate due to uniform corrosion did not exceed 0.1 mm/year, and localized corrosion effects in the form of pitting corrosion, stress corrosion cracking and crevice corrosion did not occur.
The corrosion rates of the tank materials after exposure to E10, E85, non-aged and two-year aged pure biodiesel, and non-aged and one-year aged heating oil B10 for four weeks at 50 °C, according to DIN 50905/4, were well below the limit of 0.1 mm/year. For the unalloyed steels, the formation of rust was observed independently of the biofuels amount of ageing. U-bend specimens made of unalloyed steel were not damaged in form of stress corrosion cracking in all test fuels at this test temperature.
Changes in fuel composition and the introduction of alternative fuels often create problems of corrosion and degradation in materials. The objective of this research was to determine the corrosion behaviour of commercial metallic tank materials (unalloyed steels, austenitic CrNi- and CrNiMo-steels, aluminium and its alloys) in fuels and heating oil with admixtures of biogenic sources, such as gasoline with addition of ethanol (E10, E85), pure biodiesel and heating oil with 10 % biodiesel (B10).
Metallic tank materials were evaluated as resistant in a liquid if the annual corrosion rate due to uniform corrosion did not exceed 0.1 mm/year, and localized corrosion effects in the form of pitting corrosion, stress corrosion cracking and crevice corrosion did not occur.
The corrosion rates of the tank materials after exposure to E10, E85, non-aged and two-year aged pure biodiesel, and non-aged and one-year aged heating oil B10 for four weeks at 50 °C, according to DIN 50905/4, were well below the limit of 0.1 mm/year. For the unalloyed steels, the formation of rust was observed independently of the biofuels amount of ageing. U-bend specimens made of unalloyed steel were not damaged in form of stress corrosion cracking in all test fuels at this test temperature.
Heizöllagerbehälter aus Kunststoffen (z.B. Polyethylen) sind für einen sicheren Betrieb von 30 Jahren, dem Zeitraum der Produkthaftung, ausgelegt. Die Tankhersteller empfehlen zur Gewährleistung der Sicherheit nach Ablauf von 30 Jahren den Ersatz dieser Behälter. Kunststoffe unterliegen im Laufe ihrer Nutzungsdauer der Alterung durch die Veränderung ihrer Eigenschaften. Das Ausmaß der Alterung und die Art des Abbauvorganges hängen im Wesentlichen vom chemischen Abbau des Kunststoffes, der Wanddicke des Behälters und den Umgebungsbedingungen ab. Aufgrund der Komplexität der Alterungsvorgänge sind Aussagen zum Langzeitverhalten bzw. zur Lebensdauer der Heizöllagerbehälter ohne geeignete Langzeitprüfungen problematisch. Bisher liegen keine Untersuchungen zum Langzeitverhalten der Kunststoffe vor, insbesondere nach einer Nutzungsdauer über 20 Jahre. In der BDH-Broschüre: Effiziente Systeme und erneuerbare Energien wird darauf hingewiesen, dass ca. 45 % der Heizöllagerbehälter aus Kunststoffen in Deutschland 26 Jahre und älter sind. Viele dieser Tankanlagen sind zudem noch nie von einem Sachverständigen überprüft worden. Schätzungen gehen davon aus, dass mehr als 10.000.000 Tankanlagen aus Kunststoffen in Deutschland vor 1987 errichtet wurden.
Ziel der Untersuchungen ist, den Schädigungsgrad der Kunststoffe im Vergleich zu den unbelasteten Werkstoffen zu ermitteln. Da die BAM bis Ende der 80-iger Jahre für die Zulassung dieser Behälter zuständig war, sind die Daten über den eingesetzten Werkstoff für den Vergleich noch vorhanden. Der Bundesverband Lagerbehälter e.V. und das Institut für Wärme und Oeltechnik (IWO) befürworten diese Untersuchungen, um eine Überalterung der Tankanlagen zu vermeiden. Diese Überalterung könnte die zukünftige Gefahr für die Heizöltankanlage sein, nicht der Wettbewerb mit anderen Energieformen.
Biofuels including ethanol and biodiesel (FAME) represent a renewable fuel alternative to petroleum-derived transport fuels. The aim of this work was to study the interaction between high density polyethylene (HDPE) with permeation barriers in form of polyamide (PA) and fluorination, and biofuels such as E85 (fuel with 85 % ethanol), biodiesel and B10 (heating oil with 10 % biodiesel). 10 l jerrycans made of polyethylene with permeation barrier of PA were filled with E85 and biodiesel and exposed to temperatures of 20 °C and 40 °C for 5 years. Half of the 20 l jerrycans of HDPE for filling with B10 were fluorinated at the inner layer to prevent permeation before the exposure. Tensile properties were determined once a year, and FTIR-spectroscopy was used to evaluate possible changes.
The tensile properties tensile strength and breaking elongation of HDPE jerrycan cuttings with permeation barrier decreased, but not significantly, after immersion in E85, biodiesel and B10. The elasticity modulus of the polyethylene grades was especially reduced during exposure to E85.
The FTIR spectra of HDPE jerrycan cuttings with permeation barrier showed that immersion tests for five years with the test fuels at 20 °C and 40 °C did not lead to a decomposition of the permeation barriers.
Biofuels including ethanol and biodiesel (FAME) represent a renewable fuel alternative to petroleum-derived transport fuels. The aim of this work was to study the interaction between high density polyethylene (HDPE) with permeation barriers in form of polyamide (PA) and fluorination, and biofuels such as E85 (fuel with 85 % ethanol), biodiesel and B10 (heating oil with 10 % biodiesel). 10 l jerrycans made of polyethylene with permeation barrier of PA were filled with E85 and biodiesel and exposed to temperatures of 20 °C and 40 °C for 5 years. Half of the 20 l jerrycans of HDPE for filling with B10 were fluorinated at the inner layer to prevent permeation before the exposure. Tensile properties were determined once a year, and FTIR-spectroscopy was used to evaluate possible changes.
The tensile properties tensile strength and breaking elongation of HDPE jerrycan cuttings with permeation barrier decreased, but not significantly, after immersion in E85, biodiesel and B10. The elasticity modulus of the polyethylene grades was especially reduced during exposure to E85.
The FTIR spectra of HDPE jerrycan cuttings with permeation barrier showed that immersion tests for five years with the test fuels at 20 °C and 40 °C did not lead to a decomposition of the permeation barriers.
The monitoring of oil and gas pipelines by means of distributed fibre optic sensors is becoming common. The most recent development in the field of fibre optic sensing is the distributed acoustic sensing (DAS), which allows to detect and to localize third party threats to pipelines. For this purpose, fibre optic telecommunication cables located close to the pipelines are usually used. However, DAS carries a far greater potential for continuous condition monitoring of pipelines.
The interdisciplinary research project AGIFAMOR (Ageing Infrastructures – Fibre Optic Monitoring of Pipes) at BAM investigates a new technical approach to extend the application field of DAS towards the detection and localization of acoustic signals that indicate critical alterations and certain damage scenarios originated from within the pipeline or the pipe wall. Therefore, the optical fibre sensors are applied onto the pipe itself and the application procedure towards an optimal acoustic signal transduction is optimized.
A number of laboratory scale experiments were performed focusing on the signal transmission of acoustic signals as well as the detection of damages in the pipe wall by means of DAS. Furthermore, real-scale tests on a pipeline DN100 of 38m length have been carried out at the BAM test site for technical safety (BAM-TTS) to study the detection and localization of leaks and of changing flow profiles due to corrosion or sedimentation processes.
Schäden an Rohrleitungen können zu hohen Umweltbelastungen und wirtschaftlichen Schäden führen. Um die dauerhafte Verfügbarkeit der Infrastruktur zu gewährleisten, wird im Rahmen des Projekts AGIFAMOR an der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) erprobt, inwiefern das Verfahren der verteilten akustischen faseroptischen Sensorik (Distributed acoustic sensing – DAS) zur kontinuierlichen Überwachung von Rohrleitungen eingesetzt werden kann. Neben der DAS werden erprobte Verfahren der zerstörungsfreien Prüfung wie Schallemissionsanalyse (SEA) und Beschleunigungssensoren eingesetzt. An dieser Stelle soll detailliert auf die Hauptschadensursachen an Rohrleitungen, den Versuchsstand zur mechanischen Belastung von Rohren sowie die Möglichkeiten zu Untersuchungen im Realmaßstab eingegangen werden.
Heizöllagerbehälter aus Polyethylenformstoffen werden seit Beginn der 70-iger Jahre in Deutschland hergestellt. Die Hersteller empfehlen zur Gewährleistung der Sicherheit nach Ablauf von 30 Jahren den Ersatz dieser Behälter. Polyethylenformstoffe unterliegen im Laufe ihrer Nutzungsdauer der Alterung durch die Veränderung ihrer Eigenschaften. Das Ausmaß der Alterung und die Art des Abbauvorganges hängen im Wesentlichen vom chemischen Abbau des Polyethylens, der Wanddicke des Behälters und den Umgebungsbedingungen ab. Bisher lagen keine Untersuchungen zum Langzeitverhalten der Polyethylenformstoffe vor, insbesondere nach einer Nutzungsdauer der Tanks über 30 Jahre. Ziel der Untersu-chungen war, den tatsächlichen Schädigungsgrad der Polyethylenformstoffe im Vergleich zu den unbelasteten Formstoffen zu ermitteln. Da die BAM bis Mitte der 90-iger Jahre für die Prüfungen und Gutachten zur Zulassung dieser Behälter zuständig war, sind die Werkstoffdaten noch vorhanden.
Als Untersuchungsmethoden wurden die Bestimmung der Schmelze-Masse-Fließrate (MFR) und die Fourier-Transformation-IR-Spektroskopie (FTIR) von Tankausschnitten aus dem Bereich des Bodens, des Mantels und des Daches von 10 ausgesonderten Behältern aus den Polyethylenformstoffen A und B herangezogen. Die Messungen der MFR der Tankaus-schnitte aus diesen Bereichen zeigten Unterschiede in den Werten in Abhängigkeit vom Ge-wicht (5 kg oder 21,6 kg), welches eingesetzt wurde. Eine Abnahme der MFR-Werte wurde für die größere Anzahl der Tankwandungsausschnitte aus dem Formstoff B nach einer Lebensdauer der Tanks > 30 Jahre gemessen. Dieser Formstoff wurde hauptsächlich durch innere Alterung infolge Vernetzungen, Verzweigungen und Weichmacherverlust und weniger durch oxidativen Abbau geschädigt. Die FTIR-Messungen der Proben aus dem Bereich des Bodens und des Mantels der Tanks zeigten, dass die Intensität der asymmetrischen/symmetrischen CH2 -Streckschwingungen im Bereich: 2800 - 2900 cm-1 und der CH2 -Biegeverformungsschwingung bei 1400 cm-1 aufgrund von Kettenspaltungen zugenommen haben. Die Intensität der Carbonylstreckschwingung C=O bei 1740 cm-1 ist niedrig. Sie ist ein Maß für die Oxidation des Polymerwerkstoffes.
Materials compatibility is a major concern whenever the fuel composition is changed. The question arises of whether sealing materials are resistant to fuels with bioethanol and biodiesel (rapeseed oil fatty acid methyl ester).
Previous research considered the resistance of frequently used sealing materials such as FKM (fluorocarbon rubber), FVMQ (methyl-fluoro-silicone rubber), VMQ (methyl-vinyl-silicone rubber), EPDM (ethylene-propylene-diene rubber), CR (chloroprene rubber), CSM (chlorosulfonated polyethylene), IIR (butyl rubber), PA (polyamides), NBR (acrylonitrile-butadiene rubber) and PUR (polyester urethane rubber) in fuels and heating oil with admixtures of biogenic substances such as biodiesel and B10 (heating oil with 10 % biodiesel) under purely static conditions.
The aim of this study was to evaluate the fluorocarbon rubber performance under compressed conditions. For the investigations, the mass and the compression set of the FKM test specimens were determined before and after exposure for 3, 7, 14, 28, 56 and 90 days in E10 (fuel with 10 % ethanol), E85 (fuel with 85 % ethanol), biodiesel (fatty acid methyl ester, FAME), Super (fuel with max. 5 % ethanol), diesel fuel with max. 5 % biodiesel, pure diesel fuel, Super Plus (fuel without ethanol) and heating oil with 10 % biodiesel (B10) at 40 °C according to ISO 815-1 “Rubber, vulcanized or thermoplastic - determination of compression set – Part 1: At ambient or elevated temperatures”. The compression set test belongs beside the determination of the Shore hardness, the density and the tensile properties to the basic test methods for elastomers. It was measured in regular time intervals up to a re-drying of more than 90 days after relaxation of test specimens. For comparison, FKM test specimens were exposed without fuel under compressed conditions at 40 °C.
The highest mass increase of FKM test specimens was measured after 90 days exposure in E10 by 9 %, followed by 8 % in Super fuel, by 4 % in E85 and by 0.6 % in biodiesel. Mass increase and swelling of the test specimens in E10 and Super fuel with max. 5 % ethanol had an influence on the compression set values which were subject to high fluctuations in comparison to the values obtained after exposure to other fuels such as biodiesel, diesel fuel and B10.
The results of the present work confirmed the higher swelling of the elastomers such as FKM in E10 obtained under static condition. It can be concluded on the basis of the mass increase and compression set values that FKM is resistant in all fuels under compressed conditions at 40 °C.
Tanks for heating oil made of polyethylene grades have been on the market since the early 1970s in Germany. Tank manufacturers recommend the replacement of the tanks after a period of 30 years due to guarantee safety. Polyethylene grades are subject to ageing by alteration of the properties during their life cycle. The degree of ageing and the nature of the degradation process mainly depend on the chemical degradation of the polyethylene, the wall thickness of the tank and the environmental conditions. There are no results available on the long-term behavior of the polyethylene grades, especially after a service life of more than 30 years. The aim of this investigation was the determination of the factual degree of damage in comparison to the uncontaminated polyethylene grades. Material data of the used polyethylene grades are available because the BAM was the competent authority for the tests and expert reports for the approval of these tanks until the middle of the 1990s.
The determination of the Melt Flow Rate (MFR) and the Fourier Transmission IR Spectroscopy (FTIR) of tank sections from the bottom, the shell and the roof of 10 segregated heating oil storage tanks produced of polyethylene grades A and B were used as tests methods.
The MFR measurements of the tank sections showed differences in the values depending on the weight which was used (5 kg or 21.6 kg). A reduction of the MFR values was measured for most of the sections of tanks made of polyethylene grade B after a service life of the tanks of more than 30 years. This grade is mainly subject to the internal ageing by cross-linkages, increased degree of branched molecules and loss of the plasticizer, and to a lesser extent by oxidative degradation. The FTIR analysis, especially of tank sections of the bottom and the shell showed that the intensity of the CH2 asymmetric and symmetric stretching vibrations in the range: 2800 - 2900 cm-1 and the CH2 bending deformation vibration at 1400 cm-1 increased due chain scissions. The intensity of the carbonyl stretching vibration C=O at 1740 cm-1 is low. The carbonyl index characterizes the degree of oxidation.
The feasibility study „AGIFAMOR. Ageing infrastructures – distributed acoustic monitoring of pipes” is an interdisciplinary research project at BAM internally financed from 2015 to 2018. Therefore, the quite young fibre optic sensing technology of distributed acoustic sensing (DAS) was investigated to possibly be extended towards a global condition monitoring system for pipelines operating in real time.
DAS is a highly dynamic fibre optic sensing technology based on the method of coherent optical time domain reflectometry (C-OTDR). DAS allows capturing strain changes in the range of kHz. For the experimental work, the most suitable application yielding an optimum sensitivity was proven by wrapping a standard single-mode silica fibre around the pipe.
The DAS sensitivity was investigated regarding the detection of 1) incidents that initiate propagation of acoustic waves in the pipe wall, 2) changes inside the pipeline causing altered flow and 3) damage development in the pipe wall. Therefore, several testing setups in laboratory as well as in real scale were realized. For comparison purposes, experiments were accompanied by acoustic emission analyses and by measurements with accelerometers.
DAS was found to be very sensitive to gas ignition and its propagation across the pipe. Furthermore, the ability of DAS to detect and localize acoustic signals associated with pipeline leakage was demonstrated. The detection of crack formation and propagation within the pipe wall by means of DAS was studied during bending tests on several pipe segments, but was not proven so far with certainty. As expected, these studies turned out as the most difficult challenge due to the random occurrence and transient nature of microscopic damage phenomena.
The objective of this research was to determine the resistance of frequently used sealing materials such as FKM (fluorocarbon rubber), FVMQ (methyl-fluoro-silicone rubber), VMQ (methyl-vinyl-silicone rubber), EPDM (ethylene-propylene-diene rubber), CR (chloroprene rubber), CSM (chlorosulfonated polyethylene), IIR (butyl rubber), PA (polyamides), NBR (acrylonitrile-butadiene rubber) and PUR (polyester urethane rubber) in fuels and heating oil with admixtures of biogenic sources such as E10 (fuel with 10 % ethanol), E85 (fuel with 85 % ethanol), non-aged and aged biodiesel, diesel fuel with 5 % biodiesel, non-aged and aged B10 (heating oil with 10 % biodiesel) at 20 °C, 40 °C and 70 °C.
Mass, tensile strength and breaking elongation of the test specimens were determined before and after the exposure for 84 days in the fuels. The visual examination of some elastomer test specimens clearly showed the great volume increase until break or partial dissolution. Shore hardness A and D (for PA) were determined before and after exposure of the test specimens in the biofuels for 42 days.
There is not determined a threshold for the reduction in tensile properties and Shore hardness in the international standards. Therefore a threshold of 15 % was determined for the evaluation of the compatibility.
In summary, it can be therefore stated that the chemical resistance of the fluoropolymers FKM and FVMQ in fuels and biofuels is the best one.
Heizöllagerbehälter aus Polyethylenformstoffen werden seit Beginn der 70-iger Jahre in Deutschland hergestellt. Die Hersteller empfehlen zur Gewährleistung der Sicherheit nach Ablauf von 30 Jahren den Ersatz dieser Behälter. Polyethylenformstoffe unterliegen im Laufe ihrer Nutzungsdauer der Alterung durch die Veränderung ihrer Eigenschaften. Das Ausmaß der Alterung und die Art des Abbauvorganges hängen im Wesentlichen vom chemischen Abbau des Polyethylens, der Wanddicke des Behälters und den Umgebungsbedingungen ab. Bisher lagen keine Untersuchungen zum Langzeitverhalten der Polyethylenformstoffe vor, insbesondere nach einer Nutzungsdauer der Tanks über 30 Jahre. Ziel der Untersu-chungen war, den tatsächlichen Schädigungsgrad der Polyethylenformstoffe im Vergleich zu den unbelasteten Formstoffen zu ermitteln. Da die BAM bis Mitte der 90-iger Jahre für die Prüfungen und Gutachten zur Zulassung dieser Behälter zuständig war, sind die Werkstoffdaten noch vorhanden.
Als Untersuchungsmethoden wurden die Bestimmung der Schmelze-Masse-Fließrate (MFR) und die Fourier-Transformation-IR-Spektroskopie (FTIR) von Tankausschnitten aus dem Bereich des Bodens, des Mantels und des Daches von 10 ausgesonderten Behältern aus den Polyethylenformstoffen A und B herangezogen. Die Messungen der MFR der Tankaus-schnitte aus diesen Bereichen zeigten Unterschiede in den Werten in Abhängigkeit vom Ge-wicht (5 kg oder 21,6 kg), welches eingesetzt wurde. Eine Abnahme der MFR-Werte wurde für die größere Anzahl der Tankwandungsausschnitte aus dem Formstoff B nach einer Lebensdauer der Tanks > 30 Jahre gemessen. Dieser Formstoff wurde hauptsächlich durch innere Alterung infolge Vernetzungen, Verzweigungen und Weichmacherverlust und weniger durch oxidativen Abbau geschädigt. Die FTIR-Messungen der Proben aus dem Bereich des Bodens und des Mantels der Tanks zeigten, dass die Intensität der asymmetrischen/symmetrischen CH2 -Streckschwingungen im Bereich: 2800 - 2900 cm-1 und der CH2 -Biegeverformungsschwingung bei 1400 cm-1 aufgrund von Kettenspaltungen zugenommen haben. Die Intensität der Carbonylstreckschwingung C=O bei 1740 cm-1 ist niedrig. Sie ist ein Maß für die Oxidation des Polymerwerkstoffes.
Die Bewertung der Werkstoffbeständigkeit ist von großer Bedeutung bei Änderung der Zusammensetzung der Kraftstoffe und des Heizöls, insbesondere die Frage nach der Beständigkeit der Dichtungswerkstoffe bei Zusätzen von Bioethanol und Biodiesel (Rapsölfettsäuremethylester).
Vorhergehende Untersuchungen (Messungen der Veränderungen der Masse, der Zugeigenschaften und der Härte) bezogen sich auf die Bewertung der Beständigkeit häufig verwendeter Dichtungswerkstoffe wie FKM, FVMQ, VMQ, EPDM, CR, CSM, IIR, PA, NBR und PUR in Kraftstoffen und Heizöl mit 10 % Biodiesel (nicht gealtert und bis zu 5 Jahre gealtert) unter statischen Bedingungen.
Ziel der Untersuchungen war die Bewertung der Beständigkeit von Fluorkautschuk unter verpressten Bedingungen in Analogie zu den Einsatzbedingungen in der Praxis. Die Masse und der Druckverformungsrest von Prüfkörpern aus FKM wurden vor und nach der Auslagerung über einen Zeitraum von 3, 7, 14, 28, 56 und 90 Tagen in E10 (Kraftstoff mit max. 10 % Ethanol), E85 (Kraftstoff mit 85 % Ethanol), Biodiesel (Rapsölfettsäuremethylester), Super (Kraftstoff mit max. 5 % Ethanol), Dieselkraftstoff mit max. 5 % Biodiesel, Super Plus (Kraftstoff ohne Ethanolzusatz) und Heizöl mit 10 % Biodiesel (B10) bei 40 °C gemäß ISO 815-1 bestimmt. Die Druckverformungsrestprüfung zählt neben der Messung der Härte, der Dichte und der Zugeigenschaften zu den wichtigsten Grundprüfverfahren der Elastomerindustrie. Nach Ende der Auslagerung in den Kraftstoffen und der Aufhebung der Verpressung wurde der Druckverformungsrest der Prüfkörper in regelmäßigen Zeitabständen bis zu einer Rücktrocknung > 90 Tage bestimmt. Zum Vergleich wurden Prüfkörper aus FKM ohne Kraftstoff oder Heizöl unter Verpressung bei 40 °C ausgelagert.
Die Masseänderung der Prüfkörper aus FKM betrug nach 90 Tagen Auslagerung in E10 9 %, in Super 8 %, in E85 4% und 0,6 % in Biodiesel. Die Erhöhung der Masse und die damit verbundene Quellung der Prüfkörper in E10 und Super mit 5 – 10% Ethanolzusatz hatte einen Einfluss auf den Druckverformungsrest, der sprunghaften Veränderungen unterlag im Vergleich zu den Werten nach Auslagerung in Biodiesel, Dieselkraftstoff und Heizöl B10 bei 40 °C. Zum Vergleich, unter statischen Bedingungen verringerte sich die Zugfestigkeit der Prüfkörper aus FKM nach Auslagerung in E10 bei 40 °C um 31 % und die Reißdehnung um 18 %.
Heizöllagerbehälter aus Polyethylenformstoffen werden seit Beginn der 70-iger Jahre in Deutschland hergestellt. Die Hersteller empfehlen zur Gewährleistung der Sicherheit nach Ablauf von 30 Jahren den Ersatz dieser Behälter. Polyethylenformstoffe unterliegen im Laufe ihrer Nutzungsdauer der Alterung durch die Veränderung ihrer Eigenschaften. Das Ausmaß der Alterung und die Art des Abbauvorganges hängen im Wesentlichen vom chemischen Abbau des Polyethylens, der Wanddicke des Behälters und den Umgebungsbedingungen ab. Bisher lagen keine Untersuchungen zum Langzeitverhalten der Polyethylenformstoffe vor, insbesondere nach einer Nutzungsdauer der Tanks über 30 Jahre. Ziel der Untersu-chungen war, den tatsächlichen Schädigungsgrad der Polyethylenformstoffe im Vergleich zu den unbelasteten Formstoffen zu ermitteln. Da die BAM bis Mitte der 90-iger Jahre für die Prüfungen und Gutachten zur Zulassung dieser Behälter zuständig war, sind die Werkstoffdaten noch vorhanden.
Als Untersuchungsmethoden wurden die Bestimmung der Schmelze-Masse-Fließrate (MFR) und die Fourier-Transformation-IR-Spektroskopie (FTIR) von Tankausschnitten aus dem Bereich des Bodens, des Mantels und des Daches von 10 ausgesonderten Behältern aus den Polyethylenformstoffen A und B herangezogen. Die Messungen der MFR der Tankaus-schnitte aus diesen Bereichen zeigten Unterschiede in den Werten in Abhängigkeit vom Ge-wicht (5 kg oder 21,6 kg), welches eingesetzt wurde. Eine Abnahme der MFR-Werte wurde für die größere Anzahl der Tankwandungsausschnitte aus dem Formstoff B nach einer Lebensdauer der Tanks > 30 Jahre gemessen. Dieser Formstoff wurde hauptsächlich durch innere Alterung infolge Vernetzungen, Verzweigungen und Weichmacherverlust und weniger durch oxidativen Abbau geschädigt. Die FTIR-Messungen der Proben aus dem Bereich des Bodens und des Mantels der Tanks zeigten, dass die Intensität der asymmetrischen/symmetrischen CH2 -Streckschwingungen im Bereich: 2800 - 2900 cm-1 und der CH2 -Biegeverformungsschwingung bei 1400 cm-1 aufgrund von Kettenspaltungen zugenommen haben. Die Intensität der Carbonylstreckschwingung C=O bei 1740 cm-1 ist niedrig. Sie ist ein Maß für die Oxidation des Polymerwerkstoffes.
Compatibility of polymeric materials with heating oil/biodiesel blends at different temperatures
(2019)
Materials compatibility is a major concern whenever the fuel composition is changed. The question arises of whether polymeric materials are resistant to heating oil with admixtures of 10 % biodiesel (B10) and 20 % biodiesel (B20).
The polarity of biodiesel increases its solvency and facilitates permeation and extrac-tion. Solvation, swelling and/or extraction lead to changes in the physical properties and chemical changes of polymeric materials.
The objective of this research was to determine the resistance of frequently used sealing materials such as FKM, EPDM, CR, CSM, NBR, IIR, VMQ, FVMQ, PA and PUR in up to four-year aged B10 for 84 days at 20 °C, 40 °C and 70 °C.
The polymeric materials: ACM, FKM, HNBR, PA, PE; POM, PUR and PVC were ex-posed to B20 for 84 days at 40°C and 70°C in another research project.
Mass, tensile strength, breaking elongation and Shore hardness A (D) of the test specimens were determined before and after the exposure for 84 (42) days in the heating oil blends B10 and B20.
There is not determined a threshold for the reduction in tensile properties and Shore hardness in the international standards. Therefore, a threshold of 15 % was deter-mined for the evaluation of the compatibility.
Measurements of the variations in mass, tensile properties and Shore hardness after exposure of the polymers in non-aged and aged heating oil B10 showed clearly that FKM, FVMQ and PA were the most resistant materials in B10. The elastomers CR, CSM, EPDM, IIR, NBR and VMQ were generally not resistant to B10. Damage to the materials increased with higher test temperatures and the age of B10.
FKM, POM and PVC showed high compatibility in B20 at 40°C and 70 °C. ACM, HNBR and PA were evaluated as resistant in B20 at 40 °C but not at 70°C.
Biofuels including ethanol and biodiesel (fatty acid methyl ester, FAME) represent an important renewable fuel alternative to petroleum-derived transport fuels. Increasing biofuels use would bring some benefits, such as a reduction in oil demands and greenhouse gas emissions, and an improvement in air quality. Materials compatibility is a major concern whenever the fuel composition is changed in a fuel system.
The objective of this research was to determine the resistance of frequently used sealing materials such as CR (chloroprene rubber), CSM (chlorosulfonated polyethylene), EPDM (ethylene-propylene-diene rubber), FKM (fluorocarbon rubber), FVMQ (methyl-fluorosilicone rubber), IIR (butyl rubber), NBR (acrylonitrile-butadiene rubber), PA (polyamides), PUR (polyester urethane rubber) and VMQ (methyl-vinyl-silicone rubber), in heating oil with admixtures of biogenic sources such as E10 (fuel with max. 10 % ethanol), E85 (fuel with 85 % ethanol), non-aged and aged biodiesel, diesel fuel with 5 % biodiesel, non-aged and aged B10 (heating oil with 10 % biodiesel) at 20 °C, 40 °C and 70 °C. Mass, tensile strength and breaking elongation of the test specimens were determined before and after the exposure for 84 days in the fuels. The visual examination of some elastomer test specimens clearly showed the great volume increase until break or partial dissolution. Shore hardness A and D (for PA) were determined before and after exposure of the test specimens in the biofuels for 42 days.
There is not determined a threshold for the reduction in tensile properties and Shore hardness in the international standards. Therefore, a threshold of 15 % was set for the evaluation of the compatibility. The sealing materials CR, CSM, EPDM, IIR and NBR were generally not resistant to biodiesel and B10. In summary, it can be therefore stated that the chemical resistance of the fluoropolymers FKM and FVMQ in fuels and biofuels is the best one.
In der Bundesrepublik Deutschland werden über 400 Mio.t Gefahrgüter jährlich in Tankfahrzeugen, Aufsetztanks, Batteriefahrzeugen, Eisenbahnkesselwagen und Tankcontainern befördert, davon etwa 150 Millionen Tonnen im Straßengüterverkehr. Zu den Hauptschadensursachen zählt die Korrosion, wobei die gleichmäßige und ungleichmäßige Flächenkorrosion die Korrosionsart ist, die beim Chemikalientransport in Tanks am häufigsten auftritt. Viele Schäden durch Lochkorrosion entstehen beim Transport von chloridhaltigen Medien bei Anwesenheit von Feuchtigkeit.
Die BAM-Liste - Anforderungen an Tanks für die Beförderung gefährlicher Güter - ist Grundlage für die stoffbezogenen Baumusterzulassungen für Tankcontainer und ortsbewegliche Tanks zur Beförderung gefährlicher Güter durch die BAM seit der Herausgabe der 1. Auflage 1989. In die BAM-Liste wurden vorrangig solche gefährlichen Güter aufgenommen, die potenziell in Tanks befördert werden können. Die Beständigkeitsbewertungen gebräuchlicher metallischer Tankwerkstoffe und polymerer Dichtungs-, Beschichtungs- und Auskleidungswerkstoffe werden auch bei der Zulassung von Kesselwagen und Tankfahrzeugen als Erkenntnisquelle verwendet. Diese Daten sind aber unter sorgfältiger Überprüfung der Übertragbarkeit auch für andere praktische Anwendungen und unter Berücksichtigung der jeweiligen Praxisbedingungen auch als Ratgeber für Verpackungen, IBC, Lagerbehälter, Rohrleitungen usw. aus metallischen Werkstoffen anwendbar.
In den internationalen Gefahrgutverordnungen ADR, RID und IMDG-Code wird nach einer vorgegebenen Prüffrist eine innere Besichtigung der Tanks gefordert. Bei Tankcontainern beträgt diese Prüffrist im ADR/RID, Kap. 6.8 , fünf Jahre (bei der Beförderung von ortsbeweglichen Tanks nach ADR/RID, Kap. 6.7, und nach dem IMDG-Code 2½ Jahre) und bei Tankfahrzeugen sechs Jahre. Im RID wird für Eisenbahnkesselwagen eine Prüffrist von acht Jahren für die Innenbesichtigung vorgeschrieben. Für die Dauer der Prüfintervalle muss die Werkstoffbeständigkeit der Tankwerkstoffe gewährleistet sein.
Biodiesel is subject to degradation processes like oil and grease. The oxidative degradation products of vegetable oil esters in biodiesel particularly lead to enhanced sedimentation in blended fuels.
The polarity of biodiesel increases its solvency and facilitates permeation and extraction. Solvation, swelling and/or extraction lead to changes in the physical properties and chemical changes of polymeric materials. It also accelerates the degradation (hydrolysis and oxidation) of these materials with the loss of additives and stabilizers.
The objective of this research was to determine the resistance of frequently used polymeric materials such as ACM, EPDM, FKM, FVMQ, CR, CSM, IIR, HNBR, NBR, PA, PE; POM, PUR, PVC and VMQ in biodiesel and heating oil with 10 %/20 % biodiesel (B10/B20) at 40°C and 70°C.
Mass, tensile strength and breaking elongation of the test specimens were determined before and after the exposure for 84 days in the biodiesel heating oil blends. The visual examination of some elastomer test specimens clearly showed the great volume increase until break or partial dissolution. Shore hardness A and D were determined before and after exposure of the test specimens in the biofuels for 42 days.
The elastomers CR, CSM, EPDM, IIR, NBR and VMQ were generally not resistant to biodiesel and B10 at 40°C and 70°C. FKM, ACM, HNBR, PA, PE, POM, and PVC showed high compatibility in B10/B20 at 40°C. A lower compatibility was determined for ACM in biodiesel. ACM and HNBR were not resistant in B20 at 70°C.
Biodiesel is viewed as a major source of energy. In areas such as the European Union, where 80 % of the oil-based fuel is imported, there is also the desire to reduce dependence on external oil supplies.
Materials compatibility is a major concern whenever the fuel composition is changed. The question arises of whether polymeric materials are resistant to heating oil with 20 % biodiesel (B20) in comparison to pure heating oil.
The polarity of biodiesel increases its solvency and facilitates permeation and extraction. Solvation, swelling and/or extraction lead to changes in the physical properties. Extraction alters the fuel chemistry. These chemical changes could also accelerate the degradation (hydrolysis and oxidation) of the polymeric material with the loss of additives and stabilizers.
The objective of this research was to determine the resistance of frequently used materials for components in middle distillate facilities such as ACM, FKM, HNBR, PA, PE, POM, PUR and PVC in heating oil and heating oil blend B20 for 84 days at 40 °C, and FKM, HNBR, PA, POM, PUR and PVC at 70 °C.
Mass, tensile strength, breaking elongation and Shore hardness A (D) of the test specimens were determined before and after exposure for 84 (42) days in the test fuels under static conditions.
For the investigations under compressed conditions, the mass and the compression set of FKM test specimens were determined before and after exposure for 3, 7, 14, 28, 56 and 90 days in B20 at 40 °C and 70 °C according to ISO 815-1 “Rubber, vul-canized or thermoplastic - determination of compression set – Part 1: At ambient or elevated temperatures”.
There is not determined a threshold for the reduction in tensile properties and Shore hardness in the international standards. Therefore, a threshold of 15 % was determined for the evaluation of the compatibility.
The change of tensile strength and breaking elongation of test specimens made of ACM, FKM, HNBR, PA, PE, POM, PUR and PVC exposed to heating oil and the blend B20 was less than 15 % at 40 °C. A maximum reduction in Shore hardness A of 14 % was determined for ACM at 40 °C and for HNBR of 15 % at 70 °C.
It can be concluded that ACM, FKM, HNBR, PA, PE, POM, PVC and PUR were resistant in B20 at 40°C. FKM, PA, POM and PVC were evaluated as resistant in heat-ing oil and B20 at 70 °C, HNBR and PUR were not resistant in these fuels at 70°C.
Based on the mass increase and compression set values of FKM test specimens it can be stated that FKM is resistant in B20 under compressed conditions at 40 °C and 70 °C.
Die Bewertung der Werkstoffbeständigkeit ist von großer Bedeutung bei Änderung der Zusammensetzung der Kraftstoffe und des Heizöls, insbesondere die Frage nach der Beständigkeit der Dichtungswerkstoffe bei Zusätzen von Bioethanol und Biodiesel (Rapsölfettsäuremethylester).
Vorhergehende Untersuchungen (Messungen der Veränderungen der Masse, der Zugeigenschaften und der Härte) bezogen sich auf die Bewertung der Beständigkeit häufig verwendeter Dichtungswerkstoffe wie FKM, FVMQ, VMQ, EPDM, CR, CSM, IIR, PA, NBR und PUR in Kraftstoffen und Heizöl mit 10 % Biodiesel (nicht gealtert und bis zu 5 Jahre gealtert) unter statischen Bedingungen.
Ziel der Untersuchungen war die Bewertung der Beständigkeit von Fluorkautschuk unter verpressten Bedingungen in Analogie zu den Einsatzbedingungen in der Praxis. Die Masse und der Druckverformungsrest von Prüfkörpern aus FKM wurden vor und nach der Auslagerung über einen Zeitraum von 3, 7, 14, 28, 56 und 90 Tagen in E10 (Kraftstoff mit max. 10 % Ethanol), E85 (Kraftstoff mit 85 % Ethanol), Biodiesel (Rapsölfettsäuremethylester), Super (Kraftstoff mit max. 5 % Ethanol), Dieselkraftstoff mit max. 5 % Biodiesel, Super Plus (Kraftstoff ohne Ethanolzusatz) und Heizöl mit 10 % Biodiesel (B10) bei 40 °C gemäß ISO 815-1 bestimmt. Die Druckverformungsrestprüfung zählt neben der Messung der Härte, der Dichte und der Zugeigenschaften zu den wichtigsten Grundprüfverfahren der Elastomerindustrie. Nach Ende der Auslagerung in den Kraftstoffen und der Aufhebung der Verpressung wur-de der Druckverformungsrest der Prüfkörper in regelmäßigen Zeitabständen bis zu einer Rücktrocknung > 90 Tage bestimmt. Zum Vergleich wurden Prüfkörper aus FKM ohne Kraftstoff oder Heizöl unter Verpressung bei 40 °C ausgelagert.
Die Masseänderung der Prüfkörper aus FKM betrug nach 90 Tagen Auslagerung in E10 9 %, in Super 8 %, in E85 4% und 0,6 % in Biodiesel. Die Erhöhung der Masse und die damit verbundene Quellung der Prüfkörper in E10 und Super mit 5 – 10% Ethanolzusatz hatte einen Einfluss auf den Druckverformungsrest, der sprunghaften Veränderungen unterlag im Vergleich zu den Werten nach Auslagerung in Biodiesel, Dieselkraftstoff und Heizöl B10 bei 40 °C. Zum Vergleich, unter statischen Bedingungen verringerte sich die Zugfestigkeit der Prüfkörper aus FKM nach Auslagerung in E10 bei 40 °C um 31 % und die Reißdehnung um 18 %.
Für Bauteile (Komponenten) von Versorgungsanlagen für flüssige Brenn- und Kraftstoffe muss die Beständigkeit der metallenen Werkstoffe und Polymere nachgewiesen werden. Im Anwendungsfall von Heizöl mit 20 % biogenen Anteilen in Form von Rapsölfettsäuremethylester (FAME, Biodiesel) ist es für eine konservative Beurteilung des Korrosionssystems Werkstoff/Medium/Umgebung wichtig, die Alterungseffekte des Mediums einzubeziehen.
Entwicklung eines Prüfverfahrens für die Untersuchung der Beständigkeit von metallenen Werkstoffen und Polymeren in Heizöl und Heizöl-FAME-Blends, das für eine Vorauswahl der Werkstoffe und zum Nachweis der Beständigkeit im Hinblick auf die bauaufsichtlichen Zulassungsverfahren geeignet ist. Ein Schwerpunkt wird bei den metallenen Werkstoffen auf der Erprobung von Messmethoden liegen, mit denen sich in kurzer Versuchszeit ein Korrosionsangriff detektieren lässt.
Metallene Werkstoffe:
Weder örtliche Korrosion noch erhöhte Flächenkorrosion (Korrosionsrate:< 0,1 m/Jahr) sind bei den bisher geprüften Werkstoffen: Aluminium,
C-Stahl 1.0037, austenitischer CrNi-Stahl 1.4301, Kupfer und Messing in Heizöl und B20 (Heizöl mit 20% Biodiesel) aufgetreten. Diese Werkstoffe sind in den Prüfmedien Heizöl und B20 als beständig zu bewerten.
Es wurde keine signifikante Veränderung des pH-Wertes der Prüfmedien gemessen.
Polymere:
Massebestimmung:
Die Prüfkörper der Elastomere ACM, HNBR und PUR sowie in geringerem Maße PE neigten zur Quellung in Heizöl und B20 nach 42 d und 84 d Auslagerung; für PA 6, POM und PVC wurde keine Masseänderung gemessen. Die Masseänderung der Prüfkörper in Heizöl und B20 ist mit Ausnahme von PUR vergleichbar. Bei PE traten Verfärbungen durch die Brennstoffe auf.
Zugeigenschaften:
ACM, HNBR, PE und PVC sind in Heizöl und B20 beständig, da die Änderung der Zugfestigkeit und der Reißdehnung < 15 % beträgt. PA und POM sind bedingt beständig, da die Änderung der Zugfestigkeit und der Reißdehnung < 30% beträgt.
Für Bauteile (Komponenten) von Versorgungsanlagen für flüssige Brenn- und Kraftstoffe muss die Beständigkeit der metallenen Werkstoffe und Polymere nachgewiesen werden. Im Anwendungsfall von Heizöl mit 20 % biogenen Anteilen in Form von Rapsölfettsäuremethylester (FAME, Biodiesel) ist es für eine konservative Beurteilung des Korrosionssystems Werkstoff/Medium/Umgebung wichtig, die Alterungseffekte des Mediums einzubeziehen.
Entwicklung eines Prüfverfahrens für die Untersuchung der Beständigkeit von metallenen Werkstoffen und Polymeren in Heizöl und Heizöl-FAME-Blends, das für eine Vorauswahl der Werkstoffe und zum Nachweis der Beständigkeit im Hinblick auf die bauaufsichtlichen Zulassungsverfahren geeignet ist. Ein Schwerpunkt wird bei den metallenen Werkstoffen auf der Erprobung von Messmethoden liegen, mit denen sich in kurzer Versuchszeit ein Korrosionsangriff detektieren lässt.
Die untersuchten Werkstoffe Aluminium, Stahl 1.0037, 1.4301, Kupfer, Messing (CuZn40Pb) und Zink (ZP0410) sind in B0, B20, B100 und in 6 Jahre altem B100 beständig.
Auch in einem Jahr alten B20 und in einem Jahr alten B100 sind die Werkstoffe beständig.
Bei Kupfer blieb die Korrosionsrate in der Flüssigphase sowohl in B20 (0 μ m/ a) als auch in B100 (4 μ m/ a) nach einem Jahr unverändert. Für das 6 Jahre alte B100 stieg die Korrosionsrate des Kupfers an (16 μ m/a). Im Gegensatz dazu sank bei Messing die Korrosionsrate in der Flüssigphase mit dem Alter des Brennstoffs, nach einem Jahr für B20 von 4 μ m/ a auf 1 μ m/a und für B100 von 36 μ m/ a auf 6 μ m/ a, im 6 Jahre alten B100 lag die Korrosionsrate des Messings bei 0 μ m/ a.
In 8 Jahre altem B10 trat bei Zink in der Flüssigphase Flächenkorrosion auf, es ist in dem Medium demnach nicht beständig. Messing zeigte örtliche Korrosion in der Gasphase, es ist folglich unbeständig und für den Einsatz in stark gealterten B10 nicht geeignet.
Aluminium, 1.0037, 1.4301 und Kupfer sind in dem 8 Jahre alten B10 beständig.
Die Änderung der Zugfestigkeit und der Reißdehnung von ACM, HNBR und FKM in Heizöl, B20 und gealterten B10 beträgt < 15 %. Diese Werkstoffe sind in Heizöl, B20 und in gealterten B10 unter Berücksichtigung des von der BAM zur Beurteilung der Beständigkeit festgelegten Grenzwertes von 15 % bei 40 °C als beständig zu bewerten.
PUR ist bei 40 °C nicht beständig in B20 und in gealtertem B10. Bei 70 °C ist HNBR nicht in B20 beständig aufgrund der Verringerung der Zugfestigkeit (40 %) und der Reißdehnung (50 %). FKM ist bei 70 °C in Heizöl und in B20 beständig.
Heating oil storage tanks made of polyethylene grades have been on the market in Germany since the early 1970s. To ensure safety, their replacement is recommended by tank manufacturers after a period of 30 years. Polyethylene is subject to ageing by alteration of the properties during its life cycle. The degree of degradation and the nature of the process mainly depend on the chemical alteration of the polyethylene, the wall thickness of the tank and the environmental conditions. There are no data available on the long-term behaviour of the polyethylene grades, especially after a service life of more than 30 years.
The aim of this investigation was to find a suitable test method to determine the factual degree of damage in comparison to the uncontaminated polyethylene grades. Material data of the used polyethylene grades are available because the BAM was the competent authority for the tests and expert reports for the approval of these tanks until the middle of the 1990s. Therefore, tank sections from the bottom, the shell and the roof of 22 individual storage tanks produced of polyethylene grades A and B have been examined by Melt Flow Rate (MFR) and Attenuated Total Reflectance (ATR). Their service life was in the range between 20 and 41 years.
The MFR measurements of the tank sections showed differences in the values depending on the weight which was used (5 kg or 21.6 kg). An increase of the MFR was determined for the samples of polyethylene grade A, whereas a reduction of the MFR values was measured for most samples of polyethylene grade B. This grade is mainly subject to the internal ageing by cross-linkages, increased degree of branched molecules and loss of the plasticizer.
ATR analysis exhibits an absorption band at 909 cm‒1 predominantly in samples of polyethylene grade A indicating chain scission and concomitantly formed terminal vinyl groups. This absorption band can be used for the characterization of the ageing of the polyethylene grades.
Im Vorhaben wurde eine forcierte Prüfmethode zur Bestimmung der Beständigkeit von metallenen Werkstoffen gegenüber Brennstoffen aus Mitteldestillaten und Gemischen aus Mitteldestillat und paraffinischen Kohlenwasserstoffen, die jeweils Fettsäuremethylester (FAME) als biogene Komponente enthalten, entwickelt. Bei der Prüfmethode werden Prüfkörper des jeweiligen Werkstoffes in speziellen Prüfmedien ausgelagert. Die Zusammensetzung von zwei Prüfmedien wurde im Vorhaben erarbeitet. Diese Prüfmedien erfassen die Effekte der Alterung des FAME, die zu erwarten sind, wenn der Brennstoff länger als 2 Jahre im Feld lagert. Sie decken den Bereich bis 20 % (V/V) FAME-Anteil ab. Die Auslagerung kann bei geringem Aufwand unter Atmosphärendruck durchgeführt werden.
Die Eignung einer Auswahl von metallenen Werkstoffen und Polymerwerkstoffen, die für Versorgungsanlagen für Mitteldestillat relevant sind, wurde durch Auslagerung in folgenden nicht gealterten Brennstoffen bestimmt: Heizöl EL schwefelarm (B0), Heizöl EL schwefelarm mit 20 % (V/V) FAME (B20), FAME (B100) und hydriertes Pflanzenöl (HVO). Die Werkstoffe wurden auch in einem 1 Jahr gealterten B20 und einem 8 Jahre gealtertem B10 ausgelagert. Die Temperatur bei der Auslagerung betrug 50 °C für die metallenen Werkstoffe und 40 °C und 70 °C für die Polymerwerkstoffe. Die Ergebnisse der Beständigkeitsbewertung wurden in Beständigkeitslisten zusammengefasst. Die mit B20 erhaltenen Bewertungen gelten generell für Gemische aus Heizöl EL schwefelarm und FAME mit einem FAME-Gehalt bis 20 % (V/V). Sie sind auch auf Gemische aus Dieselkraftstoff und FAME mit einem FAME-Gehalt bis 20 %(V/V) übertragbar.
Die forcierte Prüfmethode kann insbesondere KMUs bei der Weiterentwicklung von bestehenden Produkten und der Entwicklung von neuen Produkten als ein kostengünstiger Schnelltest zur Überprüfung der Werkstoff- und Bauteilbeständigkeit gegenüber Mitteldestillaten mit hohem FAME-Anteil dienen. Sie kann für die Hersteller die Sicherheit erhöhen, dass Bauteile die Freigabeprüfungen der Bauaufsicht bestehen, wobei die Freigabe jedoch nur für Deutschland gültig ist.
Die Erkenntnisse des Forschungsvorhabens können in eine harmonisierte Europäische Norm für alternative Brenn- und Kraftstoffe einfließen. Diese ist für die Bauteilhersteller die Voraussetzung für die Erschließung des europäischen Marktes.
Für Bauteile (Komponenten) von Versorgungsanlagen für flüssige Brenn- und Kraftstoffe muss die Beständigkeit der metallenen Werkstoffe und Polymere nachgewiesen werden. Im Anwendungsfall von Heizöl mit 20 % biogenen Anteilen in Form von Rapsölfettsäuremethylester (FAME, Biodiesel) ist es für eine konservative Beurteilung des Korrosionssystems Werkstoff/Medium/Umgebung wichtig, die Alterungseffekte des Mediums einzubeziehen.
Entwicklung eines Prüfverfahrens für die Untersuchung der Beständigkeit von metallenen Werkstoffen und Polymeren in Heizöl und Heizöl-Biodiesel-Blends, das für eine Vorauswahl der Werkstoffe und zum Nachweis der Beständigkeit im Hinblick auf die bauaufsichtlichen Zulassungsverfahren geeignet ist. Ein Schwerpunkt wird bei den metallenen Werkstoffen auf der Erprobung von Messmethoden liegen, mit denen sich in kurzer Versuchszeit ein Korrosionsangriff detektieren lässt.
Biodiesel is viewed as a major source of energy. In areas such as the European Un-ion, where 80 % of the oil-based fuel is imported, there is also the desire to reduce dependence on external oil supplies.
Materials compatibility is a major concern whenever the fuel composition is changed. The question arises of whether polymeric materials are resistant to heating oil with 20 % biodiesel (B20) in comparison to pure heating oil.
The polarity of biodiesel increases its solvency and facilitates permeation and extrac-tion. Solvation, swelling and/or extraction lead to changes in the physical properties. Extraction alters the fuel chemistry. These chemical changes could also accelerate the degradation (hydrolysis and oxidation) of the polymeric material with the loss of additives and stabilizers.
Exposure tests to determine the resistance of polymers frequently used for compo-nents in middle distillate facilities, such as ACM, FKM, HNBR, PA, PE, POM, PUR and PVC in heating oil and a blend of heating oil and 20 % biodiesel (B20) were al-ready performed.
The objective of this research was to determine the resistance of these polymers in 8-year aged heating oil blend B10 and 1-year aged blend B20 at 40 °C.
Mass, tensile strength, breaking elongation and Shore hardness A (D) of the test specimens were determined before and after exposure for 84 (42) days in the test fuels under static conditions.
There is not determined a threshold for the reduction in tensile properties and Shore hardness in the international standards. Therefore, a threshold of 15 % was deter-mined for the evaluation of the compatibility.
A significant reduction in Shore hardness was determined after exposure of ACM and PUR test specimens in 1-year aged B20.
The tensile strength of PUR test specimens in 1-year aged B20 was reduced by more than 50 %, and the breaking elongation by more than 30 %.
A decrease in breaking elongation was measured for POM test specimens after ex-posure to 1-year aged B20 by 25 % (limited resistance).
8-year aged B10 had a stronger effect than 1-year aged B20 on the polymers. ACM test specimens were softened by B10 resulting in a drop of Shore hardness by over 20 %. B10 reduced tensile strength and breaking elongation of PUR test specimens by over 50 %. In contrast, the breaking elongation of POM was increased by over 270 %.
It can be concluded that the polymers HNBR, FKM, PA6, PE and PVC are resistant in 1-year aged B20 whereas ACM and POM are limited resistant. PUR is not re-sistant.
HNBR, FKM, PA6, PE and PVC are resistant in 8-year aged B10, whereas PUR and POM are not resistant, and ACM just limited resistant.
Biodiesel (FAME) from rapeseed is an environmentally friendly alternative to common fossil fuels. It is also suitable to serve as blending component to fuels like heating oil. If the fuel composition is changed, materials compatibility must be guaranteed. Adding polar biodiesel to nonpolar heating oil, changes the blend’s solvency and might cause swelling, extraction and solvation of polymers. The objective of this research was to investigate the compatibility of polymeric materials, which are commonly used for components in middle distillate facilities, along with blends of heating oil and 20 % biodiesel (B20). For this propose, ACM, HNBR, FKM, PE, PA 6, POM, PUR and PVC were exposed to heating oil and B20 for 42 and 84 days at 40 °C. In addition, the polymers HNBR, FKM, PA, POM and PVC were also exposed at 70 °C. Furthermore, the resistance of polymers in eight-year aged B10 at 40 °C was evaluated. Ageing of biodiesel increases acidity which might propagate polymer corrosion. The materials were evaluated as resistant, if the loss in tensile properties (tensile strength and elongation at break) and Shore hardness remained under 15 % compared to the initial unexposed material values. For investigations under compressed conditions, the compression set was determined for specimens of ACM, FKM and HNBR after exposure in heating oil B0 and B20 for 3,7,14, 28, 56 and 90 days at 40 °C according to ISO 815-1. It was found that the resistance in B20 at 40 °C was given for all tested polymers except PUR. In the 8 years aged B10, PUR and POM were not compatible and ACM just conditionally compatible. At 70 °C, FKM and PVC were resistant in B20, whereas HNBR and PA 6 were not compatible. Swelling occurred for the elastomers ACM, HNBR and PUR.