Methoden voor karakterisering van trage scheurgroei
Buizen uit polyethyleen zoals PE80, PE100 of de verbeterde PE100RC zijn in verschillende mate gevoelig aan trage scheurgroei. Om dit gedrag te beschrijven worden de termen "Environmental Stress Cracking" (ESC) en "Slow Crack Growth" (SCG) gebruikt. Een beschadiging van dit type vindt reeds plaats ver beneden de vloeigrens van het materiaal en is daarom van enorm belang voor de evaluatie op lange termijn van de mechanische eigenschappen.
Aan het scheurfront zijn zogenaamde fibrillen zichtbaar, die onder belasting na verloop van tijd kapot gaan. Om dit mechanisme te karakteriseren, zijn een aantal tests ontstaan, waaronder:
- Kruiptests met constante binnendruk: ISO 1167, ISO 9080
- Trage scheurgroei op gekerfde buis: ISO 13479
- Kruiptest met volle kerf (FNCT): ISO 16770
- Polyethyleen gekerfde trektest (PENT): ASTM F1473, ISO 16241
- Bent strip ESCR test: ASTM D1693
- Conus testmethode: ISO 13480
Voor een gedefinieerde versnelling wordt de test uitgevoerd met een scherpe initiële kerf, bij verhoogde temperatuur en in een vloeistof met versnellend effect, veelal Igepal® CO-630.
Recent onderzoek heeft verdere testmethoden opgebracht, die reeds na zeer korte tijd een goede inschatting van de SCG-eigenschap leveren. Deze testmethoden betekenen voor de gebruiker een duidelijke makkelijkere test en snel beschikbare meetresultaten.
Daarvoor zijn in 2015 volgende normen gepubliceerd:
- 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
Bepaling van de Strain Hardening modulus volgens ISO 18488
Als monstervorm wordt voor deze testmethode een kleine trekstaaf met relatief brede schouders gebruikt, die op trek wordt belast. De meting van de Strain Hardening modulus vindt voor PE plaats bij een temperatuur van 80°C en een vervormingsverhouding λ tussen 8 en 12. Dit komt overeen met een rekinterval van 400 % tussen 700 % en 1100 %. In dit gebied is het polymeer al volledig uitgerokken, zodat de vervormingseigenschappen van de fibrillen meetbaar worden. In de grafiek voor de ware spanning over de neo-Hookse rek (λ² - 1/λ) verschijnt voor PE een nagenoeg lineair verloop. Dit verloop wordt beschreven door een rechte onder de vorm σ true = Gp (λ² - 1/λ) +C. Gp is de stijging van de rechte.
Passende producten voor ISO 18488
Voor de meting van de strain hardening modulus volgens ISO 18488 wordt een elektromechanische testmachine gebruikt, bijvoorbeeld met volgende uitrusting:
- Z005 AllroundLine testmachine of groter
- Temperatuurkast die een trekbeweging van minstens 360 mm tussen de klemmen toelaat
- Mechanische of optische rekmeter, bv. ZwickRoell videoXtens
- Parallel sluitende klemmen, bv. pneumatisch testXpert standaard testprogramma volgens ISO 18488 met weergave van "ware spanning" over neo-Hookse rek, "ware spanning" over vervormingsverhouding λ, berekening van GP en controle van de regressiecoëfficiënt r
Bepaling van de weerstand tegen langzame scheurgroei onder cyclische belasting volgens ISO 18489
Bij deze test wordt een cilindrisch sample gebruikt waarin over de diameter een initiële kerf werd aangebracht. Dit sample wordt belast met een cyclische krachtamplitude. De krachtamplitude wordt zo gekozen, dat een langzame groei van de scheur mogelijk is.
Het testresultaat is het aantal cycli tot breuk, die als functie van de aangebrachte spanning Δσ0 bij de initiële kerflengte wordt opgetekend.
Met de nieuwe testprocedure volgens ISO 18489 wordt de testduur tot een minimum beperkt. Dit is vooral te danken aan de grootte van de cyclische belasting ten opzichte van de geometrie. Een verder voordeel van deze test is dat deze op kamertemperatuur kan uitgevoerd worden, zodat de polymeerstructuur van het sample wordt behouden.
Passende producten voor ISO 18489
Voor de test volgens ISO 18489 heeft ZwickRoell de LTM testmachine met gepatenteerde lineaire aandrijftechnologie en krachtgeregelde pneumatische klemmen ontwikkeld.
- De belastingscycli worden exact en gelijkmatig uitgevoerd. Naast de krachtsturing zijn andere regelmodi mogelijk, bv. piekregeling, verplaatsingssturing of rechtstreeks
- reksturing via een aangesloten rekmeter.
- De krachtgestuurde klemmen beschermen het sample tegen overbelasting bij het sluiten van de klemmen.
- De slijtvaste aandrijving en het geringe stroomverbruik zorgen voor lage bedrijfskosten.
- De testXpert III testsoftware stuurt de volledige test en geeft de resultaten overzichtelijk weer voor export.
Dit maakt de LTM van ZwickRoell optimaal geschikt voor het efficiënt testen van de weerstand tegen langzame scheurgroei volgens ISO 18489.
Profiteer van de voornaamste testsoftware voor materiaaltests
De ZwickRoell testXpert testsoftware brengt:
- Eenvoudige bediening: begin meteen te testen en word een testXpert met oog voor maximale veiligheid.
- Betrouwbaar en efficiënt testen: Haal voordeel uit betrouwbare testresultaten en maximale testefficiëntie.
- Flexibele integratie: testXpert is de optimale oplossing voor al uw toepassingen en processen: eenvoudig gesteld, een effectievere workflow.
- Toekomstzeker design: testsoftware voor de volledige levenscyclus, klaar voor uw toekomstige testtaken!
