Mechanische Kurzzeitprüfung zur Bewertung des Verhaltens von PE-Rohrwerkstoffen beim langsamen Risswachstum*

Beate Langer; Anja Berthold; Wolfgang Grellmann; Hans-Friedrich Enderle

doi:10.3139/120.110364

Article

Mechanische Kurzzeitprüfung zur Bewertung des Verhaltens von PE-Rohrwerkstoffen beim langsamen Risswachstum^*

Beate Langer , Anja Berthold , Wolfgang Grellmann and Hans-Friedrich Enderle

Published/Copyright: May 26, 2013

Published by

Become an author with De Gruyter Brill

Submit Manuscript Author Information

From the journal Materials Testing Volume 54 Issue 9

Kurzfassung

Die Kenntnis der Deformations- und Schädigungsmechanismen beim langsamen Risswachstum in Polyethylen (PE)-Rohrwerkstoffen ist im Hinblick auf ihre Lebensdauervorhersage von besonderer Bedeutung. Eine etablierte Möglichkeit der Simulation und Vorhersage des langsamen Risswachstums ist der Full-Notched Creep Test (FNCT), der besonders bei den heute verwendeten PE-Rohrwerkstoffen durch sehr lange Prüfzeiten gekennzeichnet ist. Aus diesem Grund wurde in der vorliegenden Arbeit nach Korrelationen gesucht, die zwischen Methoden der Kurzzeitprüfung und dem Full-Notched Creep Test bestehen. Als Methoden der Kurzzeitprüfung wurden die für Kunststoffe etablierten bruchmechanischen Konzepte “Essential Work of Fracture” und “Risswiderstandskurve” gewählt.

Abstract

Regarding life time prediction, the knowledge of the deformation and damage mechanisms at slow crack growth in polyethylene (PE) pipe materials is of particular importance. One of the established methods of simulation and prediction of slow crack growth is the Full- Notched Creep Test (FNCT). This test is characterized by very long testing times, particularly with the modern PE pipe materials. For this reason, the aim of the present work was to search for correlations between methods of short-term tests and the Full- Notched Creep Test. The used methods of short-term tests for polymers were the established fracture mechanics concepts “Essential Work of Fracture” and “Crack Resistance Curve”.

Erweiterte Fassung des Beitrages im Tagungsband Werkstoffprüfung

Prof. Dr.-Ing. Beate Langer, Jahrgang 1964, Studium der Polymerwerkstofftechnik (1983–1988), Promotion an der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg, heute Professorin für “Kunst-stofftechnik/Polymerwerkstoffe” an der Hochschule Merseburg und Geschäftsführerin der Polymer Service GmbH Merseburg, An-Institut an der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg, Geusaer Straße, 06217 Merseburg

Prof. Dr. Wolfgang Grellmann, Jahrgang 1949, studierte Physik an der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg, wo er 1978 promovierte. Er beschäftigt sich mit der Entwicklung experimenteller Methoden in der Werkstoffprüfung, Kunststoffdiagnostik und Technischen Bruchmechanik und der Anwendung in der Kunststoffoptimierung und Schadensfallanalyse. 1986 habilitierte er sich und wurde 1987 zum Hochschullehrer für das Fachgebiet “Werkstofftechnik” berufen. Seit 1995 leitet er die Professur Werkstoffdiagnostik/Werkstoffprüfung” und ist Herausgeber mehrerer Fach- und Lehrbücher auf dem Gebiet des “Deformations- und Buchverhalten von Kunststoffen. Er ist Wissenschaftlich-technischer Direktor des Kunststoff-Kompetenzzentrums Halle-Merseburg und Geschäftsführer der Polymer Service GmbH Merseburg, An-Institut an der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg. Seit 2011 ist Prof. Grellmann Präsident der Akademie Mitteldeutsche Kunststoffinnovationen (AMK).

Anja Berthold studierte von 2004–2011 Wirtschaftsingenieurwesen, mit dem Schwerpunkt Werkstofftechnik/Qualitätssicherung und Produktion/Logistik, an der Martin-Luther Universität in Halle-Wittenberg. Diplomarbeit: “Deformations- und Schädigungsmechanismen beim langsamen Risswachstum an PE-Rohwerkstoffen” Studienarbeit: “Korrosionsuntersuchen an einem Natriumsilikatglas der Zusammensetzung SiO2 3,3 Na2O”

Dr. Hans-Frieder Enderle arbeitet derzeit im Unternehmen Basell Polyolefine GmbH als Laborleiter in Forschung und Entwicklung in Frankfurt am Main.

Literatur

1 ISO 16770 (2004): Plastics-Determination of Environmental Stress Cracking (ESC) of Polyethylene, Full-Notch Creep Test (FNCT)Search in Google Scholar

2 W.Grellmann, S.Seidler (Hrsg.): Kunststoffprüfung, 2. Auflage, Carl Hanser Verlag, München (2011)10.3139/9783446429703Search in Google Scholar

3 J.Hessel: 100 Jahre Nutzungsdauer von Rohren aus Polyethylen, Rückblick und Perspektiven, 3R international46 (2007), No. 4, pp. 242–246Search in Google Scholar

4 G. H.Michler: Kunststoff-Mikromechanik, Morphologie, Deformations- und Bruchmechanismen, Carl Hanser Verlag, München (1992)Search in Google Scholar

5 A.Lustiger, R. L.Markham: Importance of tie-molecules in preventing Polyethylene fracture under long-term loading conditions, Polymer24 (1983), pp. 1647–1654Search in Google Scholar

6 Y. L.Huang, N.Brown: The effect of molecular weight on slow crack growth in linear Polyethylene homopolymers, Journal Material Science23 (1988), pp. 3648–3655Search in Google Scholar

7 N.Brown, Y.Huang: Dependence of slow crack growth in Polyethylene on Butylbranch density: Morphology and theory, Journal Polymer Science B29 (1991), pp. 129–137Search in Google Scholar

8 D.Lilge, H. F.Enderle: Lifetime determining processes in HDPE: From the molecular level to macroscopic properties, Proc. of the International Conference on Deformation, Yield and Fracture of Polymers, Kerkrade (2009), pp. 75–78Search in Google Scholar

9 Y. F.Men, J.Rieger, P.Lindner, H. F.Enderle, D.Lilge, M. O.Kristen, S.Mihan, S.Jiang: Structural Changes and Chain Radius of Gyration in Cold-Drawn Polyethylene after Annealing: Small- and Wide-Angle X-ray Scattering and Small-Angle Neutron Scattering Studies“, J. Phys. Chem. B 109, 2005, 1665010.1021/jp052723gSearch in Google Scholar PubMed

10 P.Lindner, T.Zemb, T. (Eds.): Neutrons, X-rays and Light: Scattering Methods Applied to Soft Condensed Matter, North-Holland (2002): J. Rieger: Use of Scattering methods in Chemical Industry -SAXS and SANS from Fibers and Films.Search in Google Scholar

11 R.Seguela: Critical review of molecular topology of semi-crystalline polymers: The origin and assessment of intercrystalline tie molecules and chain entanglements, Journal Polymer Science Part B: Polymer Physics43 (2005), pp. 1729–174810.1002/polb.20414Search in Google Scholar

12 Y. F.Men, J.Rieger, G.Strobl: Role of the entangled amorphous network in tensile deformation of semicrystalline polymers, Physical Review Letters91 (2003) 095502Search in Google Scholar

13 R. K.Krishnaswamy, Q.Yang, L.Fernandez-Bellester, J.Kornfield: Effect of the distribution of short-chain branches on crystallization, kinetics and mechanical properties of high-density polyethylene, Macromolecules41 (2008), pp. 1693–1704Search in Google Scholar

14 T.Barany, T.Czigany, J.Karger-Kocsis: Application of the essential work of fracture (EWF) concept for polymers, related blends and composites: A review, Progress in Polymer Science35 (2010), pp. 1257–1287Search in Google Scholar

15 Y. M.Mai, P.Powell: Essential work of fracture and J-integral measurements for ductile polymers, Journal of Polymers Science: Part B: Polymer Physics29 (1991), pp. 758–793Search in Google Scholar

16 B.Langer, W.Grellmann: Polymerdiagnostik: Der instrumentierte Kerbschlagbiegeversuch - Vorteile bei modifizierten Werkstoffen, Automotive Materials Vol.2 (2006), pp. 50–52Search in Google Scholar

17 W.Grellmann, S.Seidler, W.Hesse: Prüfung von Kunststoffen Instrumentierter Kerbschlagbiegeversuch-Prozedur zur Ermittlung des Risswiderstandsverhaltens aus dem Instrumentierten Kerbschlagbiegeversuch. MPK-Prozedur MPK-IKBV: (2012-03) http://www2.iw.uni-halle.de/ww/mpk/p_d.pdfSearch in Google Scholar

18 W.Grellmann, C.Bierögel, K.Reincke: Lexikon Kunststoffprüfung und Diagnostik (2011) (http://wiki.polymerservice-merseburg.de)10.3139/9783446429703Search in Google Scholar

19 T. R.Kratochvila, T.Koch, C.Zobl, H.Dragan: Short time test methods to predict long time slow crack growth behavior? Proc. 12. Problemseminar Deformation und Bruchverhalten von Kunststoffen, Merseburg (2009)Search in Google Scholar

20 R.Lach, P.Hutar, E.Nezbedova, Z.Knesl, C.Bierögel, W.Grellmann: Verfahren zur Bewertung der lokalen mechanischen Kurzzeiteigenschaften von Schweißnähten in PE 100-Rohren, Joining Plastics (2012), im DruckSearch in Google Scholar

Online erschienen: 2013-05-26

Erschienen im Druck: 2012-09-01

You are currently not able to access this content.

Articles in the same Issue

https://doi.org/10.3139/120.110364