TY - THES

T1 - Medienbeständigkeit von Polyethylen für Langzeitanwendungen

AU - Wetscher, Sylvana

N1 - gesperrt bis 03-06-2016

PY - 2011

Y1 - 2011

N2 - Aufgrund des umfangreichen Anwendungsspektrums sind Rohre und Geomembrane aus Polyethylen (PE) während ihrer gesamten Lebensdauer dem Einfluss unterschiedlichster, aggressiver Medien ausgesetzt. Für die Erfassung der Medienbeständigkeit der Werkstoffe werden seit Jahrzehnten Auslagerungsversuche eingesetzt, welche sehr zeitintensiv sind. Um eine Charakterisierung des Langzeitverhaltens von PE-Werkstoffen unter Medieneinfluss innerhalb sinnvoller Prüfzeiten gewährleisten zu können ist die Werkstoffprüfung gefordert neue, beschleunigte Prüfmethoden zu generieren. Auf Basis dieser Problemstellung wurden in der vorliegenden Arbeit unterschiedliche PE-Rohrwerkstoffe für Hochtemperaturanwendungen und unterschiedliche PE-Geomembranwerkstoffe einerseits mittels konventioneller Auslagerungsversuche hinsichtlich des Medieneinflusses auf die Materialalterung und auf die mechanischen Eigenschaften untersucht. Dafür wurde ein umfangreiches Auslagerungsprogramm zusammengestellt und Charakterisierungen an Pressplatten der Werkstoffe durchgeführt. Zusätzlich wurde eine spezielle Medienprüfzelle entwickelt und implementiert um die Veränderung der Rissbeständigkeit der Geomembranwerkstoffe mittels zyklischer bruchmechanischer Versuche an Cracked Round Bar (CRB) Prüfkörpern im Medium untersuchen zu können. Für die Auslagerungsversuche wurden zwei unterschiedliche Medien und sieben unterschiedliche Auslagerungszeiten gewählt. Weiters wurden die Rohrwerkstoffe bei zwei unterschiedlichen Temperaturen ausgelagert, während die Geomembranwerkstoffe nur bei einer Temperatur ausgelagert wurden. Nach der Auslagerung folgte eine normgerechte Rücktrocknung und danach wurde die Materialalterung mit Hilfe der Infrarotspektroskopie, sowie mittels Dynamischer Differenzkalorimetrie zur Ermittlung der Oxidationsinduktionszeit (OIT) und des Kristallinitätsgrades untersucht. Die mechanischen Eigenschaften wurden über Zugversuche ermittelt. Im Wesentlichen wurde festgestellt, dass die Auslagerung nicht zur Alterung der Materialien führte. Dies zeigten die Ergebnisse der Dynamischen Differenzkalorimetrie, wobei die Kristallinität nicht beeinflusst wurde und die OIT zwar abnahm, aber selbst nach 90 Tagen Auslagerungszeit immer noch messbar war. Zusätzlich zeigte die Infrarotspektroskopie, dass sich aufgrund der Rücktrocknung Carbonylgruppen in den Materialien bildeten. Weiters wurde eine weichmachende Wirkung der Medien auf die Steifigkeit und die Rissbeständigkeit der Werkstoffe nachgewiesen, welche sich im Abfall des Elastizitätsmoduls und in einer Verschiebung der Versagenskurve der zyklischen CRB-Versuche zu höheren Zyklenzahlen äußerte. Ein Einfluss der Auslagerungstemperatur sowie Unterschiede zwischen den Einflüssen der beiden Medien konnten mit diesen Charakterisierungsmethoden nicht ermittelt werden.

AB - Aufgrund des umfangreichen Anwendungsspektrums sind Rohre und Geomembrane aus Polyethylen (PE) während ihrer gesamten Lebensdauer dem Einfluss unterschiedlichster, aggressiver Medien ausgesetzt. Für die Erfassung der Medienbeständigkeit der Werkstoffe werden seit Jahrzehnten Auslagerungsversuche eingesetzt, welche sehr zeitintensiv sind. Um eine Charakterisierung des Langzeitverhaltens von PE-Werkstoffen unter Medieneinfluss innerhalb sinnvoller Prüfzeiten gewährleisten zu können ist die Werkstoffprüfung gefordert neue, beschleunigte Prüfmethoden zu generieren. Auf Basis dieser Problemstellung wurden in der vorliegenden Arbeit unterschiedliche PE-Rohrwerkstoffe für Hochtemperaturanwendungen und unterschiedliche PE-Geomembranwerkstoffe einerseits mittels konventioneller Auslagerungsversuche hinsichtlich des Medieneinflusses auf die Materialalterung und auf die mechanischen Eigenschaften untersucht. Dafür wurde ein umfangreiches Auslagerungsprogramm zusammengestellt und Charakterisierungen an Pressplatten der Werkstoffe durchgeführt. Zusätzlich wurde eine spezielle Medienprüfzelle entwickelt und implementiert um die Veränderung der Rissbeständigkeit der Geomembranwerkstoffe mittels zyklischer bruchmechanischer Versuche an Cracked Round Bar (CRB) Prüfkörpern im Medium untersuchen zu können. Für die Auslagerungsversuche wurden zwei unterschiedliche Medien und sieben unterschiedliche Auslagerungszeiten gewählt. Weiters wurden die Rohrwerkstoffe bei zwei unterschiedlichen Temperaturen ausgelagert, während die Geomembranwerkstoffe nur bei einer Temperatur ausgelagert wurden. Nach der Auslagerung folgte eine normgerechte Rücktrocknung und danach wurde die Materialalterung mit Hilfe der Infrarotspektroskopie, sowie mittels Dynamischer Differenzkalorimetrie zur Ermittlung der Oxidationsinduktionszeit (OIT) und des Kristallinitätsgrades untersucht. Die mechanischen Eigenschaften wurden über Zugversuche ermittelt. Im Wesentlichen wurde festgestellt, dass die Auslagerung nicht zur Alterung der Materialien führte. Dies zeigten die Ergebnisse der Dynamischen Differenzkalorimetrie, wobei die Kristallinität nicht beeinflusst wurde und die OIT zwar abnahm, aber selbst nach 90 Tagen Auslagerungszeit immer noch messbar war. Zusätzlich zeigte die Infrarotspektroskopie, dass sich aufgrund der Rücktrocknung Carbonylgruppen in den Materialien bildeten. Weiters wurde eine weichmachende Wirkung der Medien auf die Steifigkeit und die Rissbeständigkeit der Werkstoffe nachgewiesen, welche sich im Abfall des Elastizitätsmoduls und in einer Verschiebung der Versagenskurve der zyklischen CRB-Versuche zu höheren Zyklenzahlen äußerte. Ein Einfluss der Auslagerungstemperatur sowie Unterschiede zwischen den Einflüssen der beiden Medien konnten mit diesen Charakterisierungsmethoden nicht ermittelt werden.

KW - Polyethylen

KW - Rohre

KW - Geomembran

KW - Medieneinfluss

KW - Langzeitanwendung

KW - Polyethylene

KW - pipes

KW - geomembrane

KW - impact of environments

KW - long-term applications

M3 - Masterarbeit

ER -