Abstract
Polyethylen (PE) und Polypropylen (PP) gelten als die am meist verbreiteten Kunststoffe unserer Zeit. Durch die Eroberung großer Gebiete des Kunststoffmarktes, insbesondere auf dem Gebiet der langfristigen infrastrukturellen Ausrüstung, wie etwa Rohrsysteme, erzeugt die zunehmende Produktion dieser Polymere das Bedürfnis, diese enorme Menge an Folgeabfall zu recyceln. Diese Thematik führte dementsprechend zu weltweiten Diskussionen, die Empfehlungen für oder gegen die Verwendung von wiederverwerteten „post-consumer“ oder „post-industrial“ Kunststoffen (auch bekannt als „non-virgin“ Materialien), insbesondere in Rohranwendungen, hervorriefen. Das Implementieren eines nicht-fabrikneuen Materials in einem Rohrsystem bedeutet üblicherweise die Durchführung von Mischansätze (Blends) oder das Einbauen der „non-virgin“ Schichten in verschiedene Sandwichstrukturen. Der Einfluss von „non-virgin“ Materialien auf lebensdauerrelevante Eigenschaften von Neuware wurde jedoch nicht ausreichend untersucht. Werden Einflüsse von „non-virgin“ auf „virgin“ Kunststoff in drei Gruppen kategorisiert – •Einfluss von rein polymeren Verunreinigungen ohne damit verbundene nicht-polymere Kontaminationen (z.B. Menge an PP in PE), •Einfluss von Polymeradditiven und anorganische Verunreinigungen (z.B. Menge an Verträglichkeitsvermittler, Stabilisatoren, Füllstoffe oder metallische Verschmutzung) und •Einfluss von Änderungen der Molmasse und der Molmassenverteilung durch Wiederaufbereitungsschritte beim Recycling oder beim Mischen von Kunststoffen zur Erstellung unterschiedlicher Klassen(z.B. kurzkettige PE-Blasformen in PE100-Rohrgüten mit hohen Molekularmassen) – so kann der Kern dieser Arbeit der Analyse des Schweregrads von rein polymeren Verunreinigungen in Bezug auf Beständigkeit gegenüber Rissinitiierung und langsames Risswachstum zugeschrieben werden. Dabei liegt das Hauptaugenmerk auf das langsame Risswachstum (Slow Crack Growth, SCG), das sowohl in Strain Hardening (SH) und Cyclic Cracked Round Bar (CRB) Tests ermittelt werden kann. Dies wurde durch Beobachtung der Veränderungen der lebensdauerrelevanten Materialeigenschaften einer „virgin“ PE-Rohrklasse (PE80) mit sukzessiv steigenden Mengen eines „virgin“ PP-Blockcopolymers (PP-B) (sogenannte „scientific grades“) erreicht. Während berechnete SCG-Widerstände basierend auf Strain Hardening Tests, welche durch den SH-Modul ausgedrückt werden, unrealistische Ergebnisse liefern, betonen die vorhergesagten Resultate des langsamen Risswachstumsverhalten aus CRB Tests, die durch die Gesamtversagenszykluszahlen Nf reflektiert werden, eine auffällige Degradation von Widerständen gegen langsames Risswachstum, die sogar durch die Verwendung von minimalen Mengen an kontaminierenden Polyolefinen hervorgerufen wird. Bereits 5% Mischungsgehalt sind ausreichend um eine dramatische Abnahme der Widerstände gegen SCG zu evozieren (bis zu 40 % für PE80 bzw. 70 % für PP-B). Eine ähnliche Reduktion der Rissinitiierungszeiten Nini ist ebenfalls observierbar. Zusammenfassend bestätigen die Ergebnisse dieser Studie die Validität des CRB Tests als ein Werkzeug, um moderne PE und PP Klassen anhand ihrer tatsächlichen Resistenz gegen SCG zu bewerten. Auf der anderen Seite zeigen die Ergebnisse die hohe negative Auswirkung einer bereits geringen Menge an polymeren Verunreinigungen, was zu einer signifikanten Reduktion der des Widerstandes gegen langsames Risswachstum führt. Da die Beständigkeit gegen langsames Risswachstum eine wesentliche Materialeigenschaft für die langfristige Anwendung ist, muss dieser Effekt in allen Diskussionen über die Verwendung von „non-virgin“ Polymeren für Rohranwendungen sorgfältig berücksichtigt werden.
Titel in Übersetzung | Einfluss von Polyolefin-Verunreinigungen auf lebensdauerrelevante Eigenschaften von Polyethylen und Polypropylen |
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Originalsprache | Englisch |
Qualifikation | Dipl.-Ing. |
Gradverleihende Hochschule |
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Betreuer/-in / Berater/-in |
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Datum der Bewilligung | 23 März 2018 |
Publikationsstatus | Veröffentlicht - 2018 |
Bibliographische Notiz
nicht gesperrtSchlagwörter
- Polyethylen (PE)
- Polypropylen (PP)
- Plastik-Rohre
- Recycling
- langsames Risswachstumsverhalten
- zyklischer CRB Test