Särönkasvu - Muokkauslujittuminen ESC SCG

ISO 18488, ISO 18489

Muokkauslujittuminen ESC SCG, ISO 18488 ja ISO 18489 mukaisesti

Menetelmiä hitaan särönkasvun luonnehdintaan

Polyeteenistä valmistetut putket kuten PE80, PE100, tai paranneltu PE100RC ovat eri tavoilla alttiita hitaalle särönkasvulle. Termejä jännityssäröily (Environmental Stress Cracking, ESC) ja hidas särönkasvu (Slow Crack Growth, SCG) käytetään tämän käyttäytymisen kuvaamiseen. Tämän tyyppinen murtuminen tapahtuu huomattavasti alle materiaalin myötöjännityksen, ja se on sen vuoksi erittäin tärkeää materiaalin pitkän aikavälin mekaanisten ominaisuuksien arvioinnin kannalta. Särörintamassa näkyy ns. fibrilleitä, joiden murtuminen kuormitettuna on ajasta riippuvaista. Tämän mekanismin luonnehtimiseen on kehitetty joukko erilaisia testejä. Näitä ovat muun muassa:

  • Virumiskokeet, joissa sisäinen paine on vakio: ISO 1167, ISO 9080
  • Lovetettujen putkien hidas särön kasvu: ISO 13479
  • Täyslovivirutuskoe (FNCT): ISO 16770
  • Polyeteenin lovetettu vetokoe (PENT-koe): ASTM F1473, ISO 16241
  • Bent strip ESCR -koe: ASTM D1693
  • Cone test -menetelmä: ISO 13480

Jos koetta halutaan nopeuttaa, se suoritetaan käyttäen terävää alkulovea, korotettua lämpötilaa, ja tapahtumaa nopeuttavaa nestettä, yleensä IGEPAL® CO-630.

Viimeaikaisten tutkimusten ansiosta on kehitetty uusia testausmenetelmiä, jotka mahdollistavat ECG-ominaisuuksien hyvän arvioinnin hyvin lyhytkestoisilla kokeilla. Käyttäjän kannalta nämä menetelmät tarkoittavat merkittävästi alhaisempia testauskustannuksia, sekä tulosten nopeaa valmistumista.

Seuraavat standardit julkaistiin vuonna 2015: 

  • 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

Muokkauslujittumisen moduulin määrittäminen ISO 18488 mukaisesti

Tässä menetelmässä käytetty näyte on koiranluun muotoinen suhteellisen leveillä päillä; mittaus suoritetaan vetokuormituksen alaisena. PE-muovin muokkauslujittumisen moduuli mitataan 80 °C lämpötilassa muodonmuutossuhteen λ ollessa 8 – 12. Tämä vastaa 400 %:in venymäväliä venymäpisteiden 700 % ja 1100 % välissä. Tällä alueella polymeeri on jo täysin venytetty, mikä mahdollistaa fibrillien muodonmuutoskäyttäytymisen mittaamisen. Kuvaaja, joka osoittaa todellisen jännityksen suhteessa yleistetyn Hooken lain mukaiseen venymään (λ² - 1/λ) näyttää PE-muoville käytännössä lineaarisen gradientin. Tämä gradientti kuvataan yhtälöllä σ true = Gp (λ² - 1/λ) +C, missä σ true on todellinen jännitys ja Gp on viivojen gradienttitekijä. 
ISO 18488 Muokkauslujittuminen kuvankaappaus uusi

Aiheeseen liittyviä tuotteita 

Muokkauslujittumisen moduulin mittaus ISO 18488 mukaisesti vaatii elektromekaanisen koestuskoneen, esimerkiksi:

  • Z005 AllroundLine (tai suurempi) koestuskone
  • Olosuhdekammio, joka mahdollistaa vetokiinnittimelle vähintään 360 mm liikkeen
  • Mekaaninen tai optinen venymänmittausjärjestelmä, esim. ZwickRoell videoXtens
  • Yhdensuuntaisesti kiinnittyvät kiinnittimet, esim. pneumaattiset kiinnittimet. testXpert:in ISO 18488 mukainen standardinmukainen testausohjelma näyttää "todellisen jännityksen" suhteessa yleistetyn Hooken lain mukaiseen venymään, samoin "todellisen jännityksen" suhteessa muodonmuutossuhteeseen λ, sekä GP:n laskennan ja regressiokertoimen r tarkistuksen

Hitaan särönkasvun vastustuskyvyn määrittäminen syklisen kuormituksena alaisena ISO 18489 mukaisesti.

Menetelmässä käytetään lieriömäistä näytettä, johon on tehty ympäri menevä alkulovi. Näytteeseen kohdistetaan syklinen kuormitus tasaisella voimalla. Voiman suuruus valitaan siten, että särön kasvu on hidasta.

Testaustuloksena saadaan se määrä syklejä, joka tarvittiin näytteen murtumiseen, ja tulokset esitetään kohdistetun jännityksen funktiona Δσ0 suhteessa särön alkupituuteen.

Näytteet hitaan särönkasvun vastustuskyvyn määrittämiseen syklisen kuormituksena alaisena ISO 18489 mukaisesti.

Oikeanpuoleinen kuva: Lieriömäinen PE100-näyte, jossa ympäri menevä lovi

Uusi ISO 18489 -testausmenetelmä pitää testauksen keston minimissä. Kestoa tulisi lyhentää erityisesti syklisen kuormituksen huippuvaiheessa näytteen geometrian mukaan. Tämän menetelmän toinen etu on, että se voidaan suorittaa huoneenlämpötilassa, jolloin näytteen polymeerirakenne ei muutu.

Aiheeseen liittyviä tuotteita

ZwickRoell on kehittänyt LTM-koestuskoneen, jossa on patentoitu lineaarikäyttö-tekniikka ja voimaohjatut pneumaattiset kiinnittimet ISO 18489 mukaiseen testaamiseen.

  • Kuormitussyklit toteutetaan tarkasti ja yhdenmukaisesti. Voimaohjauksen lisäksi voidaan käyttää myös muita ohjaustapoja, kuten huippuarvoihin tai männän matkaan perustuvaa ohjausta, tai suoraa
  • venymäohjausta liitetyn ekstensometrin avulla.
  • Voimaohjatut kiinnittimet estävät luotettavasti näytteen ylikuormittumisen kiinnityksen aikana.
  • Kulumaton käyttö ja alhainen tehonkulutus takaavat matalat käyttökustannukset.
  • testXpert III -testausohjelmisto ohjaa koko testaustapahtuman ja esittää tulokset selkeästi ja helposti siirrettävässä muodossa.

ZwickRoell LTM -koestuskone soveltuu ihanteellisesti särön hitaan kasvun vastustuskyvyn testaamiseen ISO 18489 mukaisesti.

Ylös