TY - THES

T1 - Zyklische Risswachstumsversuche an CRB-Proben als Qualitätssicherungstest zur Abschätzung des Langzeitverhaltens von PE-Rohrwerkstoffen

AU - Redhead, Anita

N1 - gesperrt bis null

PY - 2009

Y1 - 2009

N2 - In dieser Arbeit wurden unterschiedliche PE-Rohrwerkstoffe und Chargen mit der zyklischen CRB-Methode hinsichtlich ihres Risswachstumsverhaltens untersucht. Ziel war es, die Sensibilität und Eignung dieser Methode als schnelle Qualitätssicherungsmethode unter Erfassung des Einflusses von molekularen und morphologischen Unterschieden zu prüfen. Dafür waren umfangreiche molekulare und morphologische Charakterisierungen der Werkstoffe nötig. Mit Infrarotspektroskopie wurden die Comonomerkonzentrationen, mit der Gel Permeations Chromatographie die Molmassenverteilungen und mit Rotations-schwingungsviskosimeter die "Crossover-Punkte" (Schnittpunkt Speicher- und Verlustmodul) ermittelt. Die Molmasse wurde indirekt über den Schmelzindex und die Seitenkettenkonzentration und -länge mit Hilfe isothermer Kristallisationsexperimente abgeschätzt. Die Morphologie wurde mittels Röntgenstrahl-Strukturanalyse, Differentialthermoanalyse, dynamisch mechanischer Analyse und Dichte bestimmt. Die thermomechanische Analyse gab Aufschlüsse über Orientierungen und die Auswirkungen unterschiedlicher Pressparameter. Das langsame Risswachstumsverhalten wurde mit zyklischen CRB-Versuchen und mit instrumentierten Kerbschlagbiegeversuchen (Charpy) schnelles Risswachstum untersucht. Es war möglich mit der zyklischen CRB-Methode die unterschiedlichen PE-Rohrwerkstoffe und Chargen hinsichtlich ihres Risswachstumsverhaltens zu ranken. Die Prüfzeit pro Material/Maschine betrug weniger als 100 Stunden. Es war möglich, das Ranking über die Versagenszeit, als auch über die Rissinitiierungszeit durchzuführen, was eine Zeitersparnis von ca. 50 % darstellt. Das mit zyklischen CRB-Versuchen gefundene Ranking entsprach den Erwartungen aufgrund der gemessenen molekularen und morphologischen Eigenschaften der Materialien, wobei es besonders bemerkenswert ist, dass auch Auswirkungen von nur geringen Änderungen in der Molmasse und in der Comonomerkonzentration bei Chargenschwankungen zuverlässig und erwartungsgemäß nachgewiesen wurden. Bei der Auswirkung von Chargenschwankungen wurde gezeigt, dass das Ranking im CRB-Versuch exakt den Rankings bei Schmelzindex-, Dichte- und isothermen Kristallisationsexperimenten entspricht, womit die Möglichkeit besteht, diese Methoden als Qualitätssicherungsstandards innerhalb eines Materialtyps zu nutzen. Obwohl für schnelles Risswachstum andere molekular-physikalische Prozesse verantwortlich sind als für das langsame Risswachstum, entsprach das Ranking bei den instrumentierten Kerbschlagbiegeversuchen ebenfalls dem der zyklischen CRB-Versuche.

AB - In dieser Arbeit wurden unterschiedliche PE-Rohrwerkstoffe und Chargen mit der zyklischen CRB-Methode hinsichtlich ihres Risswachstumsverhaltens untersucht. Ziel war es, die Sensibilität und Eignung dieser Methode als schnelle Qualitätssicherungsmethode unter Erfassung des Einflusses von molekularen und morphologischen Unterschieden zu prüfen. Dafür waren umfangreiche molekulare und morphologische Charakterisierungen der Werkstoffe nötig. Mit Infrarotspektroskopie wurden die Comonomerkonzentrationen, mit der Gel Permeations Chromatographie die Molmassenverteilungen und mit Rotations-schwingungsviskosimeter die "Crossover-Punkte" (Schnittpunkt Speicher- und Verlustmodul) ermittelt. Die Molmasse wurde indirekt über den Schmelzindex und die Seitenkettenkonzentration und -länge mit Hilfe isothermer Kristallisationsexperimente abgeschätzt. Die Morphologie wurde mittels Röntgenstrahl-Strukturanalyse, Differentialthermoanalyse, dynamisch mechanischer Analyse und Dichte bestimmt. Die thermomechanische Analyse gab Aufschlüsse über Orientierungen und die Auswirkungen unterschiedlicher Pressparameter. Das langsame Risswachstumsverhalten wurde mit zyklischen CRB-Versuchen und mit instrumentierten Kerbschlagbiegeversuchen (Charpy) schnelles Risswachstum untersucht. Es war möglich mit der zyklischen CRB-Methode die unterschiedlichen PE-Rohrwerkstoffe und Chargen hinsichtlich ihres Risswachstumsverhaltens zu ranken. Die Prüfzeit pro Material/Maschine betrug weniger als 100 Stunden. Es war möglich, das Ranking über die Versagenszeit, als auch über die Rissinitiierungszeit durchzuführen, was eine Zeitersparnis von ca. 50 % darstellt. Das mit zyklischen CRB-Versuchen gefundene Ranking entsprach den Erwartungen aufgrund der gemessenen molekularen und morphologischen Eigenschaften der Materialien, wobei es besonders bemerkenswert ist, dass auch Auswirkungen von nur geringen Änderungen in der Molmasse und in der Comonomerkonzentration bei Chargenschwankungen zuverlässig und erwartungsgemäß nachgewiesen wurden. Bei der Auswirkung von Chargenschwankungen wurde gezeigt, dass das Ranking im CRB-Versuch exakt den Rankings bei Schmelzindex-, Dichte- und isothermen Kristallisationsexperimenten entspricht, womit die Möglichkeit besteht, diese Methoden als Qualitätssicherungsstandards innerhalb eines Materialtyps zu nutzen. Obwohl für schnelles Risswachstum andere molekular-physikalische Prozesse verantwortlich sind als für das langsame Risswachstum, entsprach das Ranking bei den instrumentierten Kerbschlagbiegeversuchen ebenfalls dem der zyklischen CRB-Versuche.

KW - fatigue CRB method PE pipe grades resistance against slow crack growth lot to lot variations

KW - Ermüdung CRB-Methode PE-Rohrwerkstoffe Risswachstumsverhalten Chargenschwankungen

M3 - Masterarbeit

ER -