Metody charakteryzowania powolnego wzrostu pęknięć
Rury wykonane z polietylenu, takiego jak PE80, PE100 lub ulepszony PE100RC, wykazują różny stopień wrażliwości na powolny rozwój pęknięć. Do opisania tego zachowania używa się terminu „Environmental Stress Cracking“, ESC lub „Slow Crack Growth“, SCG. Uszkodzenie takie następuje znacznie poniżej granicy plastyczności materiału i dlatego ma ogromne znaczenie dla długoterminowej oceny właściwości mechanicznych.
W czole pęknięcia pojawiają się tak zwane włókienka, które z czasem ulegają uszkodzeniu pod obciążeniem. Aby scharakteryzować ten mechanizm, przeprowadzono szereg badań. Należą do nich między innymi:
- Próby pełzania przy stałym ściskaniu wewnętrznym, ISO 1167, ISO 9080
- Slow crack growth on notched pipes, ISO 13479
- Full Notch Creep Test (FNCT), ISO 16770
- Polyethylene Notch Tensile (PENT) Test, ASTM F 1473, ISO 16241
- Bent strip ESCR test, ASTM D 1693
- Cone test method, ISO 13480
Dla określonego przyspieszenia badanie przeprowadza się z ostrym karbem początkowym, w podwyższonej temperaturze i w cieczy przyspieszającej, najczęściej Igepal® CO-630.
Ostatnie badania przyniosły dodatkowe metody badawcze, które pozwalają na dobrą ocenę właściwości SCG nawet przy bardzo krótkim okresie badania. Te metody testowania oznaczają znaczne zmniejszenie wysiłku związanego z badaniem i szybko dostępne wyniki pomiarów dla użytkowników.
W tym celu w 2015 roku opublikowano następujące normy:
- 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
Oznaczanie modułu Strain Hardening zgodnie z ISO 18488
Próbką stosowaną w tej metodzie badawczej jest mała próbka wiosełkowa o stosunkowo szerokim ramieniu, które mierzy się pod wpływem naprężenia rozciągającego. Moduł Strain Hardening mierzony jest dla PE w temperaturze 80°C i współczynniku odkształcenia λ pomiędzy 8 a 12. Odpowiada to przedziałowi wydłużenia wynoszącemu 400% pomiędzy punktami wydłużenia 700% i 1100%. W tym obszarze polimer jest już całkowicie rozciągnięty, tak że można zmierzyć zachowanie włókienek przy odkształceniu. Na wykresie rzeczywistego naprężenia w funkcji wydłużenia Neo-Hook (λ² - 1/λ) widać niemal liniowy postęp dla PE. Przebieg ten opisano równaniem linii prostej w postaci σ true = Gp (λ² - 1/λ) +C . Tutaj Gp jest współczynnikiem nachylenia linii.
Pasujące produkty do ISO 18488
Do pomiaru modułu Strain hardening zgodnie z normą ISO 18488 wymagana jest elektromechaniczna maszyna wytrzymałościowa, na przykład z następującym wyposażeniem:
- Maszyna wytrzymałościowa Z005 AllroundLine lub większa
- Komora temperaturowa, umożliwiająca ruch rozciągający zacisku co najmniej 360 mm
- Mechaniczny lub optyczny system pomiaru zmiany wydłużenia, np. ZwickRoell videoXtens
- Równolegle mocujące uchwyty mocujące, np. pneumatyczne równoległe uchwyty mocujące, standardowy program badania testXpert zgodnie z ISO 18488 ze wskazaniem „rzeczywistego naprężenia“ przez wydłużenia Neo-Hooka, jak i „rzeczywiste naprężenie“ ze stosunku odkształcenia, λ i obliczenia GP, i kontroli współczynnika regresji, r
Oznaczanie odporności na powolny wzrost pęknięć pod obciążeniem cyklicznym, zgodnie z normą ISO 18489
W metodzie tej wykorzystuje się cylindryczną próbkę badawczą, w której wykonano obwodowe początkowe nacięcie. Próbkę tę poddaje się cyklicznemu obciążeniu o stałej amplitudzie siły. Amplituda siły dobierana jest tak, aby możliwy był powolny rozwój pęknięć.
Wynikiem pomiaru jest liczba cykli do zniszczenia próbki, która jest rejestrowana jako funkcja przyłożonego naprężenia Δσ0 na początkowej długości pęknięcia.
Dzięki nowej procedurze badawczej zgodnej z normą ISO 18489 czas trwania badania zostaje skrócony do minimum. Wynika to głównie z poziomu obciążenia cyklicznego w zależności od geometrii próbki. Kolejną zaletą tej metody badawczej jest to, że można ją przeprowadzić w temperaturze pokojowej, dzięki czemu zostaje zachowana struktura polimerowa próbki.
Pasujące produkty ISO 18489
Do badania zgodnie z normą ISO 18489 firma ZwickRoell opracowała maszynę wytrzymałościową LTM z opatentowaną technologią napędu liniowego i pneumatycznymi uchwytami mocującymi o regulowanej sile.
- Cykle obciążeń są stosowane precyzyjnie i równomiernie. Oprócz regulacji siły możliwe są inne tryby regulacji, np. kontrola wartości wierzchołkowej, regulacja ruchu tłoka lub bezpośrednie
- Regulacja wydłużenia poprzez przyłączony ekstensometr.
- Uchwyty mocujące regulowane siła niezawodnie zapobiegają przeciążeniu próbki podczas procesu mocowania.
- Niezużywający się napęd i niski pobór mocy zapewniają niskie koszty eksploatacji.
- Oprogramowanie badawcze testXpert III kontroluje cały proces badawczy i udostępnia wyniki w przejrzystej formie, którą można eksportować.
To sprawia, że LTM firmy ZwickRoell idealnie nadaje się do wydajnego badania odporności na powolną propagację pęknięć zgodnie z normą ISO 18489.
Skorzystaj z wiodącego oprogramowania badawczego w badaniu materiałów
Oprogramowanie badawcze testXpert firmy ZwickRoell oferuje:
- Prosta obsługa: Rozpocznij badanie natychmiast i po prostu bądź ekspertem – z maksymalną ochroną.
- Bezpieczne i wydajne badanie: Skorzystaj z wiarygodnych wyników badań i maksymalnej wydajności badania.
- Elastyczna integracja: testXpert idealnie pasuje do wszystkich Twoich aplikacji i procesów – po prostu zapewnia bardziej efektywny Workflow
- Przyszłościowy Design: Oprogramowanie badawcze na cały cykl życia, gotowe na przyszłe zadania badawcze!
