Datei herunterladen - neue

44
neue verpackung> 02.2002
technik> Transport
VCI-Verpackungen
Prozesssicherer Korrosionsschutz
Von Wolfgang Reimers
Die zunehmende Globalisierung der
Produktionsabläufe und Märkte
stellt besondere Anforderungen an
die Produkte und deren Verpackungen. Bauteile, Komponenten oder
gesamte Anlagen werden über weite Strecken transportiert und sind
sehr oft hohen klimatischen Belastungen ausgesetzt. Verluste, die aus
Schäden durch unsachgemäßen Korrosionsschutz entstehen, verschlingen
Milliardenbeträge.
Weltumspannende Produktionsabläufe erfordern hohe Anforderungen an
den Produktionsschutz. (Fotos: nv-Archiv)
> Ein prozesssicherer
Korrosionsschutz, der eine ausreichende Schutzwirkung gewährleistet, ist für alle
Hersteller von großer Bedeutung. Jedes Unternehmen, das Teile aus Metall
versendet, steht vor dem Problem, seine
Produkte vor Korrosion während der gesamten Versanddauer (Transport, Umschlag, Lagerung) zu schützen.
Für diesen temporären Korrosionsschutz werden im wesentlichen drei Methoden verwendet.
> Überzüge: Hierbei werden die Metallteile mit flüssigen Überzugsmitteln
versehen, die den Zutritt von Wasser verhindern.
> Trockenmittel: Die zu schützenden
Teile werden mit einem Sperrschichtmaterial umhüllt und die Luft innerhalb
der Verpackung durch wasserdampfabsorbierende Materialien getrocknet.
> VCI (volatile corrosion inhibitor): Ein
Korrosionsschutzsystem, das hemmend
in den Korrosionsprozess eingreift. Die
VCI-Wirkstoffe sind in unterschiedlichen
Trägermaterialien
eingearbeitet, wie
z. B. Kunststoff-Folie, Papier, Pappe
oder Schaumstoffe. Sie
verdampfen aus diesem Reservoir, sättigen den Luftraum innerhalb
der Verpackung und kondensieren auf
den blanken Oberflächen der metallischen Packgüter in einer monomolekularen Schicht. Dadurch wird ein unsichtbarer Schutzmantel erzeugt, der die Reaktion von Sauerstoff mit der Metalloberfläche verhindert (Passivierung)
und so das Metall vor Korrosion schützt.
Eine geeignete Umhüllung des Packgutes sorgt dafür, dass sich die Wirkstoffe nicht außerhalb der Verpackung verflüchtigen können und sichert eine anhaltende VCI-Sättigung innerhalb der
Verpackung.
Nach dem Öffnen der Verpackung
kommt es zu einer Desorption der Korrosionsinhibitoren und die Metallteile
können ohne Nachreinigung weiter verarbeitet werden. Die VCI-Methode findet
heute in der Verpackungstechnik ein
weit verbreitetes Anwendungsspektrum.
Die VCI-Hersteller bieten ein breites
Spektrum an Produkten an, die entweder für den Schutz einzelner Metalle
oder auch für den Schutz von verschiedenen Metallsystemen geeignet sein
sollen. In den vergangenen Jahren wurden insbesondere VCI-Folien aufgrund
ihrer Multifunktionalität (Umhüllung
und Trägermaterial in einem) immer
häufiger verwendet .
Prüfmethoden
Der Nachweis eines ausreichenden Korrosionsschutzes ist dabei ein zentrales
Thema sowohl für die VCI-Hersteller als
auch insbesondere für die Produzenten
von metallischen Gütern (Verwender der
VCI-Produkte).
Die Prüfung der Schutzwirkung von
Dipl.-Ing. Wolfgang Reimers
Institut für BFSV an der Hochschule für Angewandte
Wissenschaften ,Hamburg
neue verpackung> 02.2002
VCI-Produkten bei metallischen Gütern
wird heute in sehr unterschiedlicher
Weise von den VCI-Herstellern und teilweise auch von den VCI-Verwendern
durchgeführt. Diese Prüfungen sind
nicht immer eindeutig reproduzierbar,
so dass die Ergebnisse nur teilweise vergleichbar sind.
Ein Standard-Prüfverfahren, welches
alle metallischen Güter und alle VCI-Produkte berücksichtigt, ist nicht ohne weiteres realisierbar.
Für die Verwender der VCI-Produkte
ist es aber von entscheidender Bedeutung, ob das ausgewählte VCI-Produkt
bei ihrem konkreten metallischen Gut
für den vorgesehenen Versand einen
ausreichenden Korrosionsschutz bietet.
Transport
<technik
2
3
4
Prüfmethode für den Korrosionsschutz von
Stahl: Dabei wird ein Glasgefäß (1) mit einem
Gummistopfen (2) verschlossen, in dem ein
Prüfkörper aus Baustahl (3) mit geschliffener
Oberfläche und zwei Streifen VCI-Papier oder
–Folie (4) befestigt ist. Im Glasgefäß befindet
sich ein Wasser-Glyzerin-Gemisch (5).
1
5
Korrosionsschutz von Stahl (Methode 1)
Im Folgenden werden einige Prüfverfahren für unterschiedliche Anwendungsfälle beschrieben. Ein von der Bundeswehr standardisiertes Verfahren dient
zur Bestimmung der korrosionsschützenden Wirkung von VCI-Papieren und
–Folien bei einem definierten Prüfkörper
aus Baustahl (siehe Foto oben).
Nach einer Zeit von 22 Stunden, die
zur Aufbauphase für die VCI-Wirkstoffe
dient, wird das Glasgefäß mit Raumtemperatur in einem Umluftofen auf 40 °C
erwärmt. Dabei kondensiert Wasser auf
der Oberfläche des Prüfkörpers und
führt bei dem Referenzmuster ohne VCI
zu Korrosion.
Die Prüfkörper in den Gefäßen mit
VCI sollen keine oder geringere Korrosion aufweisen. Die Korrosionserscheinungen werden dokumentiert und die
Schutzwirkung im Vergleich zum Referenzmuster beurteilt.
Korrosionsschutz von mehreren
Metallen (Methode 2)
Diese vom Institut für BFSV entwickelte
Prüfmethode soll durch möglichst praxisnahe Randbedingungen eine Aussage
über die Schutzwirkung von VCI-Folien
bei unterschiedlichen Standard-Metallen ermöglichen. Hierzu wird ein „Musterpackstück“ hergestellt, das aus den
Metallen besteht, die alle einen einheitlichen Ausgangszustand haben sowie
eine VCI-Folienumhüllung.
Folien:
> Für die Null-Probe (Referenzmuster):
PE-Folie ohne VCI (gleiche Dicke wie VCIFolien),
> für die VCI-geschützten Proben: VCIFolien.
Metall-Proben (die Proben aus verzinktem Stahl werden nur mit Methanol gereinigt):
> Stahl, verzinkter Stahl, Messing, Kupfer, Aluminium und Grauguss.
> Abmessungen:75 x 50 mm (Länge x
Breite), 3 mm dick.
> Oberfläche: Geschliffen (Schleifpapier-Körnung: 320), Reinigung mit
Methanol.
Prüfaufbau
Für jeden Prüfling werden die MetallProben auf einer Kunststoff-Schiene befestigt (Probenhalterung) an deren Enden sich zwei Kunststoff-Ringe befinden,
die einen entsprechenden Luftraum gewährleisten und eine Berührung der Folie mit den Proben verhindern.
Von der Folie ohne VCI-Wirkstoff (Referenzmuster) sowie von den VCI-Folien
werden mit einem Schweißgerät Hüllen
hergestellt (Volumen ca. 10 l), die MetallProbenhalterungen eingesetzt und die
Hüllen an den Enden verschlossen. Die
so vorbereiteten Prüflinge werden bei
Raumtemperatur (ca. 20 °C) gelagert
(Konditionierungsphase, Aufbau einer
gesättigten VCI-Atmosphäre innerhalb
der Verpackung, Dauer:24 h). Anschließend wird in jede Hülle ein mit 5 ml
deionisiertem Wasser getränktes Papier
eingelegt und die Hüllen an den Enden
wieder verschlossen. Hierdurch werden
bei der anschließenden Klimawechselprüfung zyklische Betauungen an den
Metall-Proben erzeugt und damit klimatische Belastungen simuliert, die auf
den Metallen des Referenzmusters zu
Korrosion führen.
Klimazyklus (12 h):
> 10 °C / 90 Prozent RF, Dauer: 5 Std.
> Wechsel auf 40 °C / 90 Prozent RF,
Dauer: 1 Std.
> 40 °C / 90 Prozent RF, Dauer: 5 Std.
> Wechsel auf 10 °C / 90 Prozent RF,
Dauer: 1 Std.
> Zyklen-Anzahl: 20 (10 Tage).
Nach Beendigung der Prüfung werden die Folien-Hüllen aufgeschnitten,
die Metall-Proben bei Raumtemperatur
getrocknet (1 Std.) und die Korrosionserscheinungen visuell begutachtet und
dokumentiert. Unter Zugrundelegung
47
48
neue verpackung> 02.2002
technik> Transport
Korrosionsschutz von Metallen: Proben werden auf einer Halterung befestigt und anschließend bei einer Raumtemperatur von 20° Grad gelagert. Nach dem Aufbau einer gesättigten VCI-Atmosphäre kann mit dem Versuch begonnen werden. (Fotos: BFSV)
der Korrosionserscheinungen auf den
ungeschützten Metallen des Referenzmusters wird die Korrosionsschutzwirkung der VCI-Folien bei den verschiedenen Metallen beurteilt.
Korrosionsschutz von Blechen
(Methode 3)
Diese Prüfmethode wurde entwickelt,
um die Korrosionsschutzwirkung von
VCI-Folien bei Blechen, wie sie z. B. in der
Autoindustrie verwendet werden, zu untersuchen. Ähnlich wie bei der Prüfmethode von Metallen werden mit einem Prüfblech aus einem definierten
Metall „Musterpackstücke“ hergestellt.
Auch eine Kombination von zwei unterschiedlichen Metallen ist möglich.
Folien:
> Für die Null-Probe (Referenzmuster):
PE-Folie ohne VCI-Wirkstoffe (gleiche
Dicke wie VCI-Folien).
> Für die VCI-geschützten Proben: VCIFolien.
Prüfbleche:
> Als Prüfbleche können sowohl standardisierte Bleche verwendet werden als
auch Bleche direkt aus der Produktion.
Bei den standardisierten Blechen ist der
Oberflächenzustand immer gleich, so
dass reproduzierbare Ausgangsbedingungen für einen Vergleich verschiedener VCI-Folien vorliegen.
> Die Bleche aus der Produktion können mit dem original Oberflächenzustand verwendet werden (z. B. Verzinkung, Beölung etc.), so dass eine Prü-
fung unter praxisnahen Bedingungen
möglich ist.
Prüfaufbau:
> Die Prüfbleche werden in die Einkerbungen eines Polyethylen-Distanzrahmens (90 x 90 x 60 mm) eingebracht,
die Rahmen in Folienbeutel (ca. 180 x
180 mm) eingesetzt und die Folien durch
Verschweißen verschlossen.
> Die so vorbereiteten Prüflinge werden bei Raumtemperatur 24 Std. gelagert (Aufbauphase).
Klimaprüfung:
> Klimazyklus nach IEC 68–2–30 (obere Lufttemperatur 55 °C).
> Simulation extremer Klimabelastungen bei einem weltweiten Überseeversand.
Auswertung:
> Die Prüfbleche werden kontinuierlich durch die Folien hindurch auf Korrosionserscheinungen begutachtet. Die
endgültige Beurteilung der Korrosionsschutzwirkung der VCI-Folien erfolgt
nach dem Entfernen der Folien unter Zugrundelegung der Korrosionserscheinungen auf den ungeschützten Blechen
des Referenzmusters.
Die Zyklenanzahl bis zur sichtbaren
Korrosion ist das Maß für die Güte der
Schutzwirkung. Ein sachgerechter VCIKorrosionsschutz für den Überseeversand ist gewährleistet, wenn eine Anzahl von über 28 Zyklen erreicht wird.
Ein konkretes technisches Gut, welches für den Versand vor Korrosion zu
schützen ist, hat in der Regel andere Eigenschaften als die standardisierten
Metalle, so dass eine Prüfung der Korrosionsschutzwirkung am Original-Packstück mit der entsprechenden Verpackung für viele Hersteller nützliche Informationen geben kann, bevor der Versand beginnt.
Prüfung mit versandfertigen
Packstücken (Methode 4)
In diesen Fällen werden Prüfungen mit
den Versand-Verpackungen durchgeführt. Dies geschieht prinzipiell in
gleicher Weise wie bei den anderen Methoden durch Simulation von klimatischen Versandbelastungen (z. B. Klimazyklus nach IEC 68–2–30). Die Packstückgröße ist hierbei allerdings durch die Klimakammerabmessungen begrenzt.
Das Institut für BFSV hat eine Vielzahl an Prüfungen mit diversen technischen Gütern durchgeführt und durch
die erzielten Ergebnisse den Herstellern
eine Basis für die Optimierung Ihrer Verpackungen geliefert. Dadurch können
künftig Schäden durch Korrosion vermieden werden. Der temporäre Korrosionsschutz mit Dampfphaseninhibitoren
(VCI) findet heute beim weltweiten Versand von metallischen Gütern ein weites Anwendungsspektrum. Um die Produktqualität dieser Güter während des
gesamten Versandes vom Hersteller bis
zum Empfänger sicher zu stellen, ist es
notwendig, dass ein objektiver, möglichst praxisnaher Nachweis der Schutzwirkung der VCI-Produkte vorgenommen wird. >|
Prüfmethoden im Überblick
Die Prüfmethoden 1 – 3 sind Prüfungen mit simulierten
kleinen Verpackungen im Labormaßstab mit definierten
Randbedingungen zum Vergleich verschiedener VCI-Produkte oder zur Untersuchung der generellen Wirksamkeit
bei diesen Randbedingungen.
Prüfmethode 1 ist geeignet für eine schnelle Aussage, ob
ein VCI-Produkt bei Stahl wirkt oder nicht. Generelle Beurteilungen über einen Langzeit-Schutz sind mit dieser Methode nicht möglich.
Prüfmethode 2 ist eine Prüfung bei der die Korrosionsschutzwirkung von VCI-Folien bei unterschiedlichen Standard-Metallen bestimmt werden kann. Diese Prüfmethode
dient dazu, VCI-Folien verschiedener Hersteller unter Berücksichtigung reproduzierbarer und praxisnaher Randbedingungen zu vergleichen. Somit ist es möglich eine definierte Qualitätsbestimmung vorzunehmen und Herstellern sowie Käufern von VCI-Folien eine Entscheidungshilfe
für konkrete Einsatzfälle zu geben.
Unser Institut hat diese Prüfung im Laufe der vergangenen Jahre für viele VCI-Hersteller in Deutschland und anderen europäischen Ländern durchgeführt und ist dabei zu
sehr unterschiedlichen Ergebnisse gekommen. Die Bandbreite der Güte des Korrosionsschutzes der untersuchten
VCI-Folien reicht bei allen Metallen von „keine“ bis „gute“
Schutzwirkung. Die Ergebnisse belegen eindeutig, daß VCIFolie nicht gleich VCI-Folie ist.
Prüfmethode 3 ist insbesondere für Bleche – wie sie z.
B. die Autoindustrie verwendet – geeignet. Mit dieser Prüfmethode lässt sich die Korrosionsschutzwirkung von VCIFolien sowohl bei standardisierten Prüfblechen als auch
bei Blechen direkt aus der Produktion untersuchen.
Insbesondere für die Autoindustrie, die für den weltweiten CKD-Versand von Autoteilen einen großen Bedarf
an VCI-Folien hat, ist dies von Bedeutung, da die unterschiedlichen Oberflächen der Karosserieteile häufig ein
Problem bei der Auswahl eines geeigneten Korrosionsschutzes darstellen.
Prüfmethode 4 mit versandfertigen Packstücken wird
als Ergänzung zu den beschriebenen Prüfmethoden 1 – 3
durchgeführt, wenn der Hersteller von korrosionsempfindlichen Metall-Produkten einen Nachweis der Schutzwirkung bei seinem konkreten Gut benötigt. Hierbei können
alle Randbedingungen, die Einflüsse auf den Korrosionsschutz haben, berücksichtigt werden.