Auswahl eines Kennwertes für den Vergleich des mechanischen Leistungsniveaus von Polyethylenformstoffen für Gefahrgutverpackungen

Margit Weltschev

doi:10.3139/120.111025

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Auswahl eines Kennwertes für den Vergleich des mechanischen Leistungsniveaus von Polyethylenformstoffen für Gefahrgutverpackungen

Published/Copyright: April 29, 2017

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From the journal Materials Testing Volume 59 Issue 5

Kurzfassung

Zum Vergleich der Polyethylenformstoffe für eine Bauart von Gefahrgutverpackungen und IBC (Intermediate Bulk Container) wurden die folgenden Materialkennwerte der DIN EN 15507 (Verpackung – Verpackungen zur Beförderung gefährlicher Güter – Vergleichende Werkstoffprüfung von Polyethylensorten) ausgewählt: Schmelze-Massefließrate MFR, Dichte D, Kerbschlagzähigkeit a_cN bei −30 °C, Spannungsrissbeständigkeit (bestimmt mit dem Full Notch Creep Test) und Beständigkeit gegen oxidativen Abbau Ox (bestimmt durch den prozentualen Anstieg des MFR in Salpetersäure). Das Ziel der Untersuchungen war die Auswahl eines Kennwertes für die Bestimmung des mechanischen Leistungsniveaus von Polyethylenformstoffen, da unter Druck Verpackungen beulen oder knicken. Zur Auswahl standen drei Prüfverfahren: a) Bestimmung der Biegesteifigkeit S nach DIN 53350 (Prinzip von Ohlsen), b) Bestimmung der Biegefestigkeit σ_fM und Biegedehnung ∊_fM nach DIN EN ISO 178 und c) Bestimmung der Druckkraft F_max und Verformung dL bei F_max nach DIN EN ISO 604. Die Prüfmethode zur Bestimmung der Biegesteifigkeit nach DIN 53350 eignet sich zum Vergleich des mechanischen Leistungsniveaus der Formstoffe. Zur Verbesserung der Reproduzierbarkeit der Ergebnisse sollte der Skalierungsbereich der Prüfapparatur erweitert werden, um genauere Messergebnisse zu erzielen. Der Dreipunktbiegeversuch nach DIN EN ISO 178 eignet sich bei verformungsfähigen Kunststoffen, wie dem Polyethylen, zur Bestimmung der Biegefestigkeit σ_fM. Dieser Versuch besitzt den Nachteil, dass am Ort des maximalen Biegemoments in der Randschicht, wo auch die maximale Biegespannung erzeugt wird, zusätzlich der Biegestempel angreift. Die Messergebnisse haben gezeigt, dass die Druckprüfung nach DIN EN ISO 604 sich sehr gut zur Bewertung des mechanischen Verhaltens der Polyethylenformstoffe unter Druckbelastung (Stapeldruckprüfung der Verpackungen) eignet.

Abstract

For the comparison of the polyethylene molding materials, the parameters: density D, melt flow rate MFR, notched impact strength at −30 °C, environmental stress crack resistance (determined using full notch creep test (FNCT)) and resistance to oxidative degradation (determined by the increase of MFR) were defined in the standard EN 15507 (Transport packagings for dangerous goods – Comparative material testing of polyethylene molding materials). The aim of the investigations was the selection of a suitable parameter for the assessment of the mechanical behavior of polyethylene molding materials because packagings fail under pressure by bending or buckling. There were three test procedures available: a) determination of bending stiffness S according to DIN 53350 (principle of Ohlsen, b) determination of bending strength σ_fM and bending strain ∊_fM according to DIN EN ISO 178 and c) determination of compressive force F_max and deformation dL at F_max according to DIN EN ISO 604. The test method for the determination of the bending stiffness according to DIN 53350 is suitable for the comparison of the mechanical strength of the polyethylene molding materials. The scaling range of the test equipment should be extended for the improvement of the reproducibility of the results to achieve more precise measuring results. The three-point load test according to DIN EN ISO 178 is suitable for thermoplastics such as polyethylene for the determination of the bending strength σ_fM. This test has the disadvantage that the bending “bunching” additionally attacks the boundary layer of the test specimen at the location of maximum bending moment and bending strength. The test results have shown that the pressure test according to DIN EN ISO 604 is very well suited for the evaluation of the mechanical behavior of polyethylene molding materials under pressure (stacking test of the packagings).

*Korrespondenzadresse, Dr.-Ing. Margit Weltschev, Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM), Fachbereich 3.2: Gefahrguttanks und Unfallmechanik, Beständigkeitsbewertung von Tank- und Behälterwerkstoffen, Unter den Eichen 44–46, 12203 Berlin, Germany, E-mail: margit.weltschev@bam.de

Dr.-Ing. Margit Weltschev studierte an der Technischen Hochschule Leuna-Merseburg Verfahrenschemie und schloss das Studium 1977 mit dem Diplom ab. Seit November 1987 arbeitet sie in der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) und betreute mehrere Forschungsprojekte. In der Abteilung 3: Gefahrgutumschließungen der BAM arbeitet sie seit 1990, vorrangig auf dem Gebiet der Bewertung der Beständigkeit von metallischen und polymeren Werkstoffen für Tanks, IBCs und Verpackungen zum Transport von Gefahrgütern für die Datenbank Gefahrgut und die BAM-Liste-Anforderungen an Tanks zur Beförderung gefährlicher Güter. Sie hat die Promotionsarbeit zum Thema „Vergleich der Materialkennwerte von Formstoffen aus Polyethylen hoher Dichte mit dem Baumusterverhalten von Gefahrgutverpackungen“ im September 2009 an der Bergischen Universität Wuppertal abgeschlossen.

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Online erschienen: 2017-04-29

Erschienen im Druck: 2017-05-02

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https://doi.org/10.3139/120.111025