Das Kunststoff-Zentrum SKZ setzt auf fortschrittliche Prüfverfahren zur Qualitätssicherung von Kunststoffen aus Polyolefinen. Der Strain Hardening Test (SHT) ermöglicht eine präzise Überprüfung der Spannungsrissbeständigkeit von Kunststoffen, insbesondere von Rohren aus PE80, PE100 und dem verbesserten PE100RC.
Die Empfindlichkeit von Polyethylen gegenüber langsamem Risswachstum, auch bekannt als "Environmental Stress Cracking" (ESC) oder "Slow Crack Growth" (SCG), ist von entscheidender Bedeutung für das Langzeitverhalten von Polymeren. Herkömmliche Testverfahren, wie der (accelerated) Full Notch Creep Test (aFNCT, FNCT), der (accelerated) Notched Pipe Test (aNPT/NPT) oder der Notched Constant Tensile Load (NCTL) Test erweisen sich aufgrund der langen Prüfzeiten als zunehmend ungeeignet für hochentwickelte polymere Rohrwerkstoffe. Die bisher dafür verwendeten Netzmittel fallen unter REACH und dürfen daher in Europa nicht mehr verkauft werden. Daher sind dringend alternative, umweltfreundliche Testverfahren zu etablieren. Für Dichtungsbahnen ist der NCTL-Test bereits seit einiger Zeit ein anerkanntes Prüfverfahren.
Deutliche Reduzierung des Prüfaufwands
Durch den SHT werden nicht nur die herkömmlichen Prüfzeiten erheblich verkürzt, sondern es ermöglicht auch eine präzise Abschätzung der SCG-Eigenschaften, da die Reproduzierbarkeit bzw. Genauigkeit besser ist. Dies führt zu einer deutlichen Reduzierung des Prüfaufwands und ermöglicht schnell verfügbare Messergebnisse. Der Test entspricht einem Zugversuch bei einer Temperatur von 80°C. Das Dehnverfestigungsmodul wird aus der Steigung des neo-hookeschen Werkstoffmodells zwischen einem Verstreckungsgrad von 8 bis max. 12 berechnet. Grundlage des Tests ist die Annahme, dass das Verhalten der Kunststoff-Fibrillen unter Verformung dem Verhalten des Dehnverfestigungsmoduls oberhalb des natürlichen Verstreckungsgrades bei erhöhter Temperatur entspricht.
Zwei Normen mit sehr ähnlichen Testverfahren
Für den SHT gibt zwei Normen mit zwei sehr ähnlichen Testverfahren: Zum einen ISO 18488 für Rohrwerkstoffe: Aus Granulaten werden Pressplatten hergestellt und Probekörper durch Stanzen entnommen. Zum anderen DIN EN 17096 für Dichtungsbahnen: Probekörper werden direkt aus der Dichtungsbahn ausgestanzt.
„Ein bedeutender Schritt in der Kunststoffprüfung“
Dr. Andrea Monami, Bereichsleitung Kunden- und Projektmanagement, erklärt: „Die Einführung des Strain Hardening Tests ist ein bedeutender Schritt in der Kunststoffprüfung. Diese innovative Methode ermöglicht es uns, die Spannungsrissbeständigkeit von Polyethylen-Rohren effizienter und genauer zu bewerten, was von entscheidender Bedeutung für die langfristige Zuverlässigkeit und Performance dieser Materialien ist.“
Laufende Forschungen zur Korrelation zwischen dem SHT und anderen etablierten Prüfverfahren
Das SKZ weist darauf hin, dass in den gängigen Normen und Regelwerken, wie z.B. DIN EN 1555-1 bis DIN EN 1555-4 für die Gasversorung oder DIBt-Zulassungen für LAU-Anlagen, bereits Anforderungen an den Strain Hardening Modul bestehen. Darüber hinaus gibt es laufende Forschungen zur Korrelation zwischen dem Strain Hardening Test und anderen etablierten Prüfverfahren wie FNCT, aFNCT und NCTL.
Mehr Informationen zu den Prüfverfahren am SKZ
Das SKZ ist ein Klimaschutzunternehmen und Mitglied der Zuse-Gemeinschaft. Diese ist ein Verbund unabhängiger, industrienaher Forschungseinrichtungen, die das Ziel verfolgen, die Leistungs- und Wettbewerbsfähigkeit der Industrie, insbesondere des Mittelstandes, durch Innovation und Vernetzung zu verbessern.
Die Empfindlichkeit von Polyethylen gegenüber langsamem Risswachstum, auch bekannt als "Environmental Stress Cracking" (ESC) oder "Slow Crack Growth" (SCG), ist von entscheidender Bedeutung für das Langzeitverhalten von Polymeren. Herkömmliche Testverfahren, wie der (accelerated) Full Notch Creep Test (aFNCT, FNCT), der (accelerated) Notched Pipe Test (aNPT/NPT) oder der Notched Constant Tensile Load (NCTL) Test erweisen sich aufgrund der langen Prüfzeiten als zunehmend ungeeignet für hochentwickelte polymere Rohrwerkstoffe. Die bisher dafür verwendeten Netzmittel fallen unter REACH und dürfen daher in Europa nicht mehr verkauft werden. Daher sind dringend alternative, umweltfreundliche Testverfahren zu etablieren. Für Dichtungsbahnen ist der NCTL-Test bereits seit einiger Zeit ein anerkanntes Prüfverfahren.
Deutliche Reduzierung des Prüfaufwands
Durch den SHT werden nicht nur die herkömmlichen Prüfzeiten erheblich verkürzt, sondern es ermöglicht auch eine präzise Abschätzung der SCG-Eigenschaften, da die Reproduzierbarkeit bzw. Genauigkeit besser ist. Dies führt zu einer deutlichen Reduzierung des Prüfaufwands und ermöglicht schnell verfügbare Messergebnisse. Der Test entspricht einem Zugversuch bei einer Temperatur von 80°C. Das Dehnverfestigungsmodul wird aus der Steigung des neo-hookeschen Werkstoffmodells zwischen einem Verstreckungsgrad von 8 bis max. 12 berechnet. Grundlage des Tests ist die Annahme, dass das Verhalten der Kunststoff-Fibrillen unter Verformung dem Verhalten des Dehnverfestigungsmoduls oberhalb des natürlichen Verstreckungsgrades bei erhöhter Temperatur entspricht.
Zwei Normen mit sehr ähnlichen Testverfahren
Für den SHT gibt zwei Normen mit zwei sehr ähnlichen Testverfahren: Zum einen ISO 18488 für Rohrwerkstoffe: Aus Granulaten werden Pressplatten hergestellt und Probekörper durch Stanzen entnommen. Zum anderen DIN EN 17096 für Dichtungsbahnen: Probekörper werden direkt aus der Dichtungsbahn ausgestanzt.
„Ein bedeutender Schritt in der Kunststoffprüfung“
Dr. Andrea Monami, Bereichsleitung Kunden- und Projektmanagement, erklärt: „Die Einführung des Strain Hardening Tests ist ein bedeutender Schritt in der Kunststoffprüfung. Diese innovative Methode ermöglicht es uns, die Spannungsrissbeständigkeit von Polyethylen-Rohren effizienter und genauer zu bewerten, was von entscheidender Bedeutung für die langfristige Zuverlässigkeit und Performance dieser Materialien ist.“
Laufende Forschungen zur Korrelation zwischen dem SHT und anderen etablierten Prüfverfahren
Das SKZ weist darauf hin, dass in den gängigen Normen und Regelwerken, wie z.B. DIN EN 1555-1 bis DIN EN 1555-4 für die Gasversorung oder DIBt-Zulassungen für LAU-Anlagen, bereits Anforderungen an den Strain Hardening Modul bestehen. Darüber hinaus gibt es laufende Forschungen zur Korrelation zwischen dem Strain Hardening Test und anderen etablierten Prüfverfahren wie FNCT, aFNCT und NCTL.
Mehr Informationen zu den Prüfverfahren am SKZ
Das SKZ ist ein Klimaschutzunternehmen und Mitglied der Zuse-Gemeinschaft. Diese ist ein Verbund unabhängiger, industrienaher Forschungseinrichtungen, die das Ziel verfolgen, die Leistungs- und Wettbewerbsfähigkeit der Industrie, insbesondere des Mittelstandes, durch Innovation und Vernetzung zu verbessern.
