Kerbbarer Dauerstresstester für Bänder - ToronNCLS™
Der Notched Constant Ligament Stress Tester (NCLS-Tester) ermöglicht die präzise Bestimmung der Beständigkeit gegen langsames Risswachstum (SCG) bei Polyethylen hoher Dichte (HDPE) und Wellrohren für Entwässerungs-, Durchlass- und Infrastrukturanwendungen. Der ToronNCLS™ kann bis zu 30 Teststationen gleichzeitig betreiben und ist somit eine Lösung mit hohem Durchsatz für die Produktionsqualitätskontrolle und die Qualifizierung von Kunststoffen. Jede Station arbeitet unabhängig, sodass mehrere Proben unter verschiedenen Spannungsniveaus oder Testbedingungen gleichzeitig und ohne gegenseitige Beeinflussung geprüft werden können.
Das ToronNCLS™ wurde für die Durchführung sowohl des Kerbzugversuchs (ASTM F2136) als auch des Rissversuchs ohne Kerbe (ASTM F3181) entwickelt und deckt somit alle Anforderungen der HDPE-Rissprüfung mit konstanter Spannung in einem einzigen Gerät ab. Das System heizt und hält ein temperiertes Bad automatisch, belädt die Proben pneumatisch, erfasst die Ausfallzeiten pro Station und setzt den Betrieb nach einem Stationsausfall ohne manuelle Eingriffe fort. Der Schutz vor Stromausfällen sichert alle Zeitdaten und Badparameter und gewährleistet so die Fortsetzung des Versuchs auch nach unerwarteten Stromausfällen.
Das ToronNCLS™ wurde für Labore entwickelt, die konsistente und nachvollziehbare SCG-Daten von HDPE-Wellrohren, Neuware-Harzplatten oder recycelten HDPE-Mischungen benötigen. Die Konstruktion aus Edelstahl 316L und PTFE-Bad ist korrosionsbeständig gegenüber der Tensidlösung, die bei ASTM F2136-Prüfungen verwendet wird. Das integrierte Lastberechnungstool ermittelt automatisch die erforderliche Eigenlast für jede Station anhand der Probengeometrie und der angestrebten Stegspannung. Dadurch werden Einrichtungsfehler reduziert und die Testvorbereitung beschleunigt.
Anwendungen
Das ToronNCLS™ GT-UCLS-30 dient Laboren und Qualitätsabteilungen überall dort, wo die Leistungsfähigkeit von HDPE-Rohrmaterialien vor der Feldinstallation oder Zertifizierung überprüft werden muss. Zu den typischen Anwendern zählen Rohrhersteller, Harzproduzenten, Verkehrsbehörden und unabhängige Prüflaboratorien, die nach den Beschaffungsrichtlinien von AASHTO M294 arbeiten.
- Herstellung von HDPE-Wellrohren: Wareneingangs- und prozessbegleitende Qualitätskontrolle von Rohrauskleidungsmaterial für Regenwasserableitung, Straßendurchlässe und Abwasserkanalisation gemäß ASTM F2136 und AASHTO M294
- Qualifizierung von neuem HDPE-Harz: Lieferantenzulassungstests zur Bestätigung der SCG-Beständigkeit von formgepressten Platten vor Produktionsfreigabe
- Bewertung von Post-Consumer-Recycling-HDPE: Beurteilung von PCR-HDPE-Mischungen in Wellrohren gemäß ASTM F3181, wobei die gleiche Vorrichtung wie bei F2136 verwendet wird, jedoch mit ungekerbten Proben und Wasserimmersion.
- Verkehrinfrastrukturbehörden: Unabhängige Überprüfung, ob gewellte HDPE-Entwässerungsrohre die Anforderungen der AASHTO M294 SCG-Normen erfüllen, vor der Abnahme von Straßen- und Kommunalprojekten
- Prüfung von Geokunststoffen und Geomembranen: Bewertung von Polyethylen-Geomembranen nach dem zugehörigen ASTM D5397-Verfahren mit Kerbzugversuch unter konstanter Belastung (NCTL) unter Verwendung desselben Prüfbades und derselben Belastungsvorrichtung.
- Polymerforschung und -entwicklung: vergleichende SCG-Charakterisierung von experimentellen HDPE-Typen, Additiven und Verarbeitungsbedingungen in akademischen und industriellen F&E-Laboren
- Drittparteien- und Akkreditierungslabore: ASTM F2136- und F3181-Referenzprüfungen für Rohrhersteller, Spezifizierungsbehörden und Zertifizierungsstellen, die unabhängige SCG-Daten benötigen.
Grundsätze
- ASTM 5397–99: Prüfverfahren zur Bewertung der Spannungsrissbeständigkeit von Polyolefin-Geomembranen mittels Kerbzugversuch
- ASTM F2136-18: Kerbprüfung mit konstanter Bänderspannung zur Bestimmung der Beständigkeit von HDPE-Harzen oder HDPE-Wellrohren gegen langsames Risswachstum
Testmethoden
- Bestimmung der Sprödübergangszeit
Mit dieser Methode wird geprüft, ob eine Probe innerhalb einer vorgegebenen Zeit bricht. Eine gebrochene Probe gilt als ungeeignet, eine intakte als akzeptabel. Der Test wird automatisch beendet und gibt nach Erreichen der eingestellten Zeit eine Meldung aus. - Messung der Sprödübergangszeit
Bei dieser Methode wird die Dauer unter konstanter Belastung gemessen, bis die Probe bricht. Die Belastungszeit wird während des Versuchs automatisch aufgezeichnet.
ToronNCLS™ – Merkmale des gekerbten, konstanten Bandstress-Testers
Das ToronNCLS™ kombiniert parallele Hochleistungstests mit automatischem Lastmanagement, korrosionsbeständiger Konstruktion und integrierten Datenintegritätsfunktionen für anspruchsvolle Laborumgebungen.
- Kapazität von 30 Stationen mit unabhängiger Steuerung: Jede der 30 Stationen lädt, misst und stoppt unabhängig, wodurch simultane Tests bei unterschiedlichen Belastungsniveaus oder Probenarten ohne gegenseitige Beeinflussung möglich sind.
- Betrieb im Dual-Testmodus: Unterstützt sowohl die Bestimmung der Sprödbruchübergangszeit (bestanden/nicht bestanden) als auch den Messmodus für die Ausfallzeit und deckt damit den gesamten Anwendungsbereich von ASTM F2136 und den zugehörigen SCG-Protokollen ab.
- Automatisches pneumatisches Be- und Entladen: Jede Probenhaltergruppe mit fünf Stationen wird per Knopfdruck über die Frontplatte beladen; das System erhöht die Last schrittweise und startet die Zeitmessung automatisch.
- Datensicherung bei Stromausfall: Bei unerwartetem Stromausfall speichert das System automatisch alle Testzeiten und Badparameter; nach Wiederherstellung der Stromversorgung wird die Heizung wieder aufgenommen und die Zeitmessung vom gespeicherten Zustand fortgesetzt.
- Präzise Füllstandskontrolle: Der Füllstand der Immersionslösung wird mit einer Genauigkeit von 2 mm gehalten, wodurch die Tensidkonzentration während des gesamten Testlaufs erhalten bleibt.
- Benetzte Oberflächen aus Edelstahl 316L und PTFE: Alle Komponenten, die mit der Tensidlösung in Kontakt kommen, sind aus Edelstahl 316L oder Polytetrafluorethylen (PTFE) gefertigt, um dem chemischen Angriff durch die Igepal-Testumgebung zu widerstehen.
- Unterteilte Stationsgestelle: Physische Trennwände zwischen den Testgestellen reduzieren den Dampfverlust im Testbad und begrenzen die Kreuzkontamination zwischen den Stationen, wodurch eine gleichbleibende Tensidkonzentration gewährleistet wird.
- Integrierter automatischer Lastrechner: Das Bildschirmtool berechnet die erforderliche Eigenlast für jede Station anhand der Probenabmessungen und der angestrebten Bandspannung und minimiert so Bedienungsfehler.
- Konstruktion mit geneigtem Bodenablauf: Der mittig angeordnete, geneigte Ablauf entfernt Kondensat oder Lösung von defekten Stationen umgehend und verhindert so Flüssigkeitsansammlungen, die die verbleibenden Teststationen beeinträchtigen könnten.
- Automatischer Stopp bei 13 % Dehnung gemäß ASTM F3181: Bei UCLS-Prüfungen erkennt das System, sobald eine Probe eine Dehnung von 13 % (endgültige Messlänge 7.35 Zoll) erreicht, und stoppt den Test automatisch gemäß den Anforderungen der Norm F3181.
- Maximaler Timer mit 9,999 Stunden Laufzeit und 10-Sekunden-Auflösung: Der Zeitbereich deckt die gesamte Dauer erweiterter SCG-Tests ab und bietet gleichzeitig eine ausreichende Auflösung für die Ausfallzeitmeldung auf 0.1 Stunden genau.
Theorie und Methode
Kerbbarer konstanter Bandstresstester ToronNCLS™
Langsames Risswachstum (SCG) in HDPE tritt auf, wenn anhaltende Zugspannung zur Entstehung spröder Risse an Spannungskonzentrationen führt, die sich mit der Zeit, weit unterhalb der Kurzzeit-Streckgrenze, schrittweise durch das Material ausbreiten. Dieser Versagensmechanismus ist die Hauptsorge hinsichtlich der Langzeitbeständigkeit von erdverlegten, gewellten HDPE-Entwässerungsrohren. Da SCG unter Betriebsbedingungen über Jahrzehnte fortschreitet, werden in beschleunigten Labortests erhöhte Temperaturen und eine aktive Tensidumgebung eingesetzt, um denselben Sprödbruchmechanismus innerhalb von Stunden bis Hunderten von Stunden anstatt Jahren zu simulieren.
Das NCLS-Prüfverfahren (ASTM F2136) präpariert eine hantelförmige Probe aus einer formgepressten Platte aus HDPE-Harz oder Rohrauskleidungsmaterial. Anschließend wird eine präzise Kerbe in den verengten Messbereich eingebracht. Diese Kerbe dient als kontrollierte Spannungskonzentration und definiert den Ort der Rissinitiierung. Die Probe wird in eine 10%ige Igepal CO-630-Tensidlösung bei 50 °C eingetaucht und mit einem Gewicht belastet, das so kalibriert ist, dass eine definierte Nettospannung im Querschnitt unterhalb der Kerbe erzeugt wird. Das Tensid plastifiziert die amorphe Polymerphase und reduziert die für den Rissbruch benötigte Energie. Dadurch wird der spröde Spannungsrisskorrosionsmodus beschleunigt, der andernfalls bei Umgebungstemperatur über lange Betriebszeiten dominieren würde.
Das ToronNCLS™ GT-UCLS-30 überträgt die Last mittels eines Hebelarmmechanismus mit pneumatischer Be- und Entlastung. Jede Station startet die Zeitmessung automatisch beim Lastaufbringen und stoppt beim Versagen der Probe. Die Versagenszeit wird auf 10 Sekunden genau erfasst. Zur Bestimmung der Sprödbruchübergangszeit (Bestanden/Nicht bestanden-Modus) vergleicht das System die verstrichene Zeit mit dem vom Benutzer festgelegten Zielwert und stoppt automatisch, sobald dieser erreicht ist. Im Versagenszeitmessmodus arbeitet jede Station unabhängig voneinander bis zum Bruch und erfasst die Zeit bis zum Versagen, ohne benachbarte Stationen zu beeinflussen. Die ASTM F3181 UCLS-Variante verwendet dasselbe Gerät, jedoch mit einer größeren, ungekerbten Hantelprobe, die in deionisiertem Wasser eingetaucht ist. Sie dient der Untersuchung von durch Verunreinigungen verursachten Rissen in PCR-HDPE.
Technische Spezifikationen des ToronNCLS™-Geräts zur Bestimmung der konstanten Bandspannung
Gerätespezifikationen
Parameter | Normen |
Anzahl der Teststationen | 30/20 |
Testtemperaturbereich | Raumtemperatur (RT) bis 95 °C |
Temperaturkontrolle | Automatische Heizung mit Temperaturhaltung |
| Max Last | 1.5 kg (die Belastung der Probe beträgt bis zu 4.5 kg) |
| Hebel rasio | 1.3 |
Zeitbereich | 0 zu 9,999 Stunden |
Timing-Genauigkeit | ±10 Sekunden |
Einhaltung von Standards | ASTM F2136, ASTM F3181 |