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Rissfortschritt - Strain Hardening (ESC, SCG)

ISO 18488, ISO 18489
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  • Branchenbrosch├╝re: Kunststoff & Gummi PDF 9 MB

Methoden zur Charakterisierung des langsamen Rissfortschritts

Rohre aus Polyethylen, wie PE80, PE100 oder dem verbesserten PE100RC zeigen eine unterschiedlich ausgepr├Ągte Empfindlichkeit auf langsames Risswachstum. Zur Beschreibung dieses Verhaltens wird der Begriff des ÔÇ×Environmental Stress CrackingÔÇť, ESC oder ÔÇ×Slow Crack GrowthÔÇť, SCG, verwendet. Ein solches Versagen findet bereits weit unterhalb der Streckspannung des Werkstoffs statt und ist deswegen f├╝r die Langzeitbeurteilung der mechanischen Eigenschaften von enormer Bedeutung.

In der Rissfront zeigen sich dabei sogenannte Fibrillen, die unter Belastung zeitabh├Ąngig versagen. Um diesen Mechanismus zu charakterisieren sind eine Reihe von Pr├╝fungen entstanden. Dazu z├Ąhlen unter anderem:

  • Zeitstandversuche mit konstantem Innendruck, ISO 1167, ISO 9080
  • Slow crack growth on notched pipes, ISO 13479
  • Full Notch Creep Test (FNCT), ISO 16770
  • Polyethylene Notch Tensile (PENT) Test, ASTM F 1473, ISO 16241
  • Bent strip ESCR test, ASTM D 1693
  • Cone test method, ISO 13480
     

Zur definierten Beschleunigung wird die Pr├╝fung mit einer scharfen Anfangskerbe, unter erh├Âhter Temperatur und in einer beschleunigend wirkenden Fl├╝ssigkeit, ├╝blicherweise  Igepal┬« CO-630 durchgef├╝hrt.

Neuere Forschungen haben weitere Pr├╝fverfahren hervorgebracht, die bereits mit sehr kurzer Pr├╝fdauer eine gute Absch├Ątzung der SCG-Eigenschaft erlauben. Diese Pr├╝fmethoden bedeuten f├╝r die Anwender eine erhebliche Reduzierung des Pr├╝faufwands und schnell verf├╝gbare Messergebnisse.

Hierzu sind in 2015 folgende Normen ver├Âffentlicht worden: 

  • ISO 18488 Polyethylene (PE) materials for piping systems -- Determination of Strain Hardening Modulus in relation to slow crack growth
  • ISO 18489 Polyethylene (PE) materials for piping systems -- Determination of resistance to slow crack growth under cyclic loading -- Cracked Round Bar test method

Bestimmung des Strain Hardening Moduls nach ISO 18488

Als Probenform wird f├╝r diese Pr├╝fmethode ein kleiner Schulterstab mit relativ breiter Schulter eingesetzt, der unter Zugbeanspruchung gemessen wird. Die Messung des Strain Hardening Moduls findet bei PE bei einer Temperatur von 80┬░C und einem Verformungsverh├Ąltinis ╬╗ zwischen 8 und 12 statt. Dies entspricht einem Dehnungsintervall von 400 % zwischen den Dehnungspunkten 700% und 1100 %. In diesem Bereich ist das Polymer bereits vollst├Ąndig verstreckt, so dass das Verformungsverhalten der Fibrillen messbar wird. Im Diagramm der wahren Spannung ├╝ber der Neo-Hookschen Dehnung (╬╗┬▓ - 1/╬╗) ergibt sich f├╝r PE ein nahezu linearer Verlauf. Dieser Verlauf wird mit einer Geradengleichung in der Form ¤â true = Gp (╬╗┬▓ - 1/╬╗) +C  beschrieben. Gp ist hier der Steigungsfaktor der Geraden. 

Passende Produkte zu ISO 18488

Zur Messung des Strain hardening Moduls nach ISO 18488 wird eine elektromechanische Pr├╝fmaschine, zum Beispiel in folgender Ausstattung ben├Âtigt:

  • Pr├╝fmaschine Z005 AllroundLine oder gr├Â├čer
  • Temperierkammer, die eine Zugbewegung der Klemmen von mindestens 360 mm erlaubt
  • Mechanisches oder optisches L├Ąngen├Ąnderungs-Messsystem, z.B. ZwickRoell videoXtens
  • Parallel spannende Probenhalter, z.B. Pneumatische Parallel-ProbenhaltertestXpert Standard-Pr├╝fvorschrift nach ISO 18488 mit Anzeige von ÔÇ×wahrer SpannungÔÇť ├╝ber Neo-Hookscher Dehnung, sowie ÔÇ×wahre SpannungÔÇť ├╝ber das Verformungsverh├Ąltnis, ╬╗ und der Berechnung von GP, und Kontrolle des Regressionskoeffizienten, r

Bestimmung des Widerstands gegen langsames Risswachstum unter zyklischer Beanspruchung, nach ISO 18489

Bei diesem Verfahren kommt ein zylindrischer Pr├╝fk├Ârper zum Einsatz in den eine umlaufende Anfangskerbe eingebracht wurde. Dieser Probek├Ârper wird mit einer zyklischen Beanspruchung mit konstanter Kraftamplitude belastet. Die Kraftamplitude wird dabei so gew├Ąhlt, dass ein langsames Risswachstum m├Âglich ist.

Das Messergebnis ist die Zyklenzahl bis zum Versagen des Probek├Ârpers, die als Funktion der aufgebrachten Spannung ╬ö¤â0 bei der Anfangsrissl├Ąnge aufgezeichnet wird.

Mit dem neuen Pr├╝fverfahren nach ISO 18489 wird die Pr├╝fdauer auf ein Minimum reduziert. Dies ist vor allem auf die H├Âhe der zyklischen Belastung in Abh├Ąngigkeit von der Probengeometrie zur├╝ckzuf├╝hren. Ein weiterer Vorteil diese Pr├╝fverfahrens ist, dass es unter Raumtemperatur durchgef├╝hrt werden kann, sodass die Polymerstruktur der Probe erhalten bleibt.

Passende Produkte ISO 18489

F├╝r die Pr├╝fung nach ISO 18489 hat ZwickRoell die Pr├╝fmaschine LTM mit patentierter linearer Antriebstechnologie und kraftgeregelten pneumatischen Probenhaltern entwickelt.

  • Die Beanspruchungszyklen werden exakt und gleichm├Ą├čig aufgebracht. Neben der Kraftregelung sind andere Regelmodi m├Âglich, z.B. Spitzenwertregelung, Kolbenwegregelung oder direkt
  • Dehnungsregelung ├╝ber ein angeschlossenes Extensometer.
  • Die kraftgeregelten Probenhalter schlie├čen ein ├ťberlasten der Probe w├Ąhrend des Spannvorgangs zuverl├Ąssig aus.
  • Der verschlei├čfreie Antrieb und die geringe Stromaufnahme sorgen f├╝r niedrige laufende Betriebskosten.
  • Die Pr├╝fsoftware testXpert III steuert den gesamten Pr├╝fablauf und stellt die Ergebnisse in ├╝bersichtlicher und exportierbarer Form zur Verf├╝gung.

Damit ist die LTM von ZwickRoell optimal geeignet f├╝r die effiziente Pr├╝fung des Widerstands gegen langsame Rissfortschritts gem├Ą├č ISO 18489.

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