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- 4.1 Biologische Materialschädigung und Referenzorganismen (1)
- 5.2 Metallische Hochtemperaturwerkstoffe (1)
Die zum Vergleich der Polyethylenformstoffe für eine Bauart in der DIN EN 15507: 2009 – Verpackung – Verpackungen zur Beförderung gefährlicher Güter – Vergleichende Werkstoffprüfung von Polyethylensorten ausgewählten Materialkennwerte Schmelze-Masse-Fließrate MFR, Dichte D, Kerbschlagzähigkeit acN bei -30 °C, Spannungsrissbeständigkeit FNCT (full notch creep test) und Beständigkeit gegen oxidativen Abbau Ox (bestimmt durch den prozentualen Anstieg der MFR in 55 %-iger Salpetersäure) stehen in einer systematischen Beziehung mit Baumusterprüfungen. So stehen die mit Prüfkörpern aus gepressten Platten bestimmte Kerbschlagzähigkeit acN bei -30 °C und die Beständigkeit gegen oxidativen Abbau der Polyethylenformstoffe in einem Zusammenhang mit den Fallprüfungen der Baumuster aus diesen Formstoffen bei -18 °C, wobei die Baumuster einer 21-tägigen Vorlagerung mit der Standardflüssigkeit 55 %-ige Salpetersäure bei 40 °C unterzogen werden. Untersuchungen in der Dissertation zum Thema: Vergleich der Materialkennwerte von Formstoffen aus Polyethylen hoher Dichte mit dem Baumusterverhalten von Gefahrgutverpackungen haben gezeigt, dass bei 21-tägiger Vorlagerung der Baumuster mit 55 %-iger Salpetersäure die Grenzfallhöhen ansteigen, anstatt zu sinken. Zur Bestätigung und Erweiterung dieser Untersuchungsergebnisse wurden die Abhängigkeit der Grenzfallhöhen in den Fallprüfungen bei -18 °C, der MFR sowie der Zugeigenschaften Zugfestigkeit, Bruchdehnung und E-Modul von der Dauer der Vorlagerung mit 55 %-iger Salpetersäure bei 40 °C und 23 °C untersucht. Verpackungsbaumuster aus drei Formstoffen verschiedener Hersteller wurden mit 55 %-iger Salpetersäure 21, 42 und 84 Tage bei 40 °C sowie 6 Monate bei 23 °C vorgelagert. Die MFR und die Zugeigenschaften wurden von Kanisterwandausschnitten bestimmt. In Fallprüfungen bei -18 °C wurden die Grenzfallhöhen der Baumuster ermittelt. Die Werte der Kerbschlagzähigkeit bei -30 °C der Formstoffe stehen nicht im Zusammenhang mit den in den Kältefallprüfungen ermittelten Grenzfallhöhen. Die Grenzfallhöhen der nicht vorgelagerten Kanister aus den Formstoffen mit niedrigerer Kerbschlagzähigkeit sind höher im Vergleich zum Formstoff mit höherer Kerbschlagzähigkeit. Der oxidativ schädigende Einfluss der Salpetersäure wirkt sich in höherem Maße bei dem Formstoff mit der niedrigeren Beständigkeit gegen oxidativen Abbau in einer stärkeren Reduzierung der Grenzfallhöhen mit zunehmender Vorlagerungsdauer aus. Die 21-tägige Vorlagerung mit 55 %-iger Salpetersäure bei 40 °C bewirkte bei den Kanistern aus Formstoffen mit höherer Beständigkeit gegen oxidativen Abbau eine Erhöhung der Grenzfallhöhe in den Kältefallprüfungen. Mit Erhöhung der Vorlagerungszeit der Kanister auf 42 und 84 Tage wurden auch die Grenzfallhöhen der Kanister aus diesen Formstoffen aufgrund der mit dem längeren Zeitraum der Einwirkung verbundenen stärkeren oxidativen Schädigung durch die Salpetersäure reduziert. Die Grenzfallhöhe der Kanister aus dem Formstoff mit der niedrigeren Beständigkeit gegen oxidativen Abbau wurde dagegen durch die 21-tägige Vorlagerung erniedrigt und stieg mit zunehmender Vorlagerungsdauer wieder an. Der Formstoff wurde durch die Einwirkung der Salpetersäure über einen längeren Zeitraum elastisch. Gemäß DIN EN ISO 16101 ist die oxidativ schädigende Wirkung der 55 %-igen Salpetersäure über einen Zeitraum von 21 Tagen bei 40 °C mit der oxidativ schädigenden Wirkung der 55 %-igen Salpetersäure innerhalb von 180 Tagen (6 Monaten) bei 23 °C zu vergleichen. Der Vergleich der Grenzfallhöhen der Kanister und der MFR von Wandausschnitten aus diesen Kanistern nach 21-tägiger Vorlagerung bei 40 °C und nach der sechsmonatigen Vorlagerung bei 23 °C zeigte, dass die oxidative Schädigung der Polyethylenformstoffe nach sechs Monaten Vorlagerung bei 23 °C stärker im Vergleich zur 21-tägigen Vorlagerung bei 40 °C ist. Die Messergebnisse zeigten deutlich, dass die sechsmonatige Vorlagerung der Kanister bei 23 °C einen höheren Anstieg der MFR und niedrigere Grenzfallhöhen der Kanister in den Kältefallprüfungen im Vergleich zur 21-tägigen Vorlagerung der Kanister bei 40 °C bewirkte. Als Folge der Diffusion von Salpetersäure in die Polyethylenformstoffe und ihrer Reaktion mit dem Polymeren verändern sich die mechanischen Eigenschaften. Die prozentualen Werte der Abnahme bzw. Zunahme der Zugfestigkeit und der Bruchdehnung von Probekörpern aus der Seitenwand der Baumuster nach unterschiedlichen Vorlagerungszeiten stehen nur teilweise mit den Grenzfallhöhen der Kanister in den Kältefallprüfungen im Zusammenhang. Bemerkenswert ist, dass beim Vergleich der Zugfestigkeit und der Bruchdehnung des Formstoffes mit einer hohen Beständigkeit gegen oxidativen Abbau mit den Grenzfallhöhen der Kanister aus diesem Formstoff diese Materialkennwerte mit zunehmender Vorlagerungsdauer ansteigen, aber die Grenzfallhöhe nur nach der 21-tägigen Vorlagerung ansteigt und anschließend mit zunehmender Vorlagerungsdauer abfällt. Zugfestigkeit und Bruchdehnung der Probekörper aus dem Formstoff mit der geringeren Beständigkeit gegen oxidativen Abbau sinken in Analogie zu den Grenzfallhöhen mit steigender Vorlagerungsdauer der Kanister mit der Säure. Der Vergleich der Werte des E-Moduls mit den Grenzfallhöhen zeigte, dass bei den Kanistern aus dem Formstoff mit der niedrigeren Beständigkeit gegen oxidativen Abbau sich E-Modul und Grenzfallhöhe analog verhalten. Mit zunehmender Vorlagerungsdauer der Kanister steigen der E-Modul und die Grenzfallhöhen in den Kältefallprüfungen an. Die, durch die Einwirkung der Salpetersäure, entstandenen Eigenspannungszustände sind die Ursache für den ansteigenden E- Modul der Probekörper aus diesen Formstoffen. Bei den Probekörpern von Kanistern aus dem Formstoff mit der höheren Beständigkeit gegen oxidativen Abbau wurde ein markanter Abfall des E-Moduls nach 21-tägiger Vorlagerung der Kanister gemessen. Der E-Modul sinkt noch geringfügig nach der 42-tägigen Vorlagerung und steigt mit zunehmender Vorlagerungsdauer dagegen wieder an. Die Grenzfallhöhen verhalten sich erwartungsgemäß gegenläufig.
Durch die Auswahl einer geeigneten Rezeptur werden hochzähe Polyethylen/Polypropylen- Mischungen mit Haftvermittlerzusatz entwickelt, deren Morphologie analysiert sowie die für die hohe Kerbschlagzähigkeit verantwortlichen Deformations- und Bruchmechanismen erläutert. Im Vordergrund der Betrachtungen stehen dabei werkstoffseitige Einflussfaktoren auf das Zähigkeitsverhalten der PE/PP-Mischungen, wobei die Abhängigkeit vom Volumenanteil der einzelnen Komponenten, der Einfluss der Phasenmorphologie und der Beitrag der Phasenhaftung untersucht werden. Zum Einsatz kommen u.a. die Elektronenmikroskopie, mechanische und bruchmechanische Prüfmethoden sowie die Schallemission. Durch die Zugabe eines Haftvermittlers werden feindisperse Morphologien und bessere Phasenhaftung in der Grenzschicht erzielt. Damit werden Zähigkeitsverbesserungen gegenüber den Homopolymeren um den Faktor 5 bis 8 erreicht.
Einleitung
Bei der Detektion von Mikrorissen und der Charakterisierung spezifischer Schädigungen von Polymer- und Kompositwerkstoffen kommt es neben quantitativen Bewertungen auch auf die Analyse von orientierungsabhängigen Struktureffekten an. Am Beispiel typischer Vertreter ausgewählter Materialien (PP/PE, CFK) wird dargestellt, inwieweit das Potential der Röntgen-Refraktions-Topographie vorteilhaft zur umfassenden Materialcharakterisierung genutzt werden kann. Die korrosiven Eigenschaften nichtmetallischer Werkstoffe werden maßgeblich vom mikrostrukturellen Aufbau der verwendeten Materialien bestimmt. Typische Versagens-mechanismen von Faser-Kompositen sind neben der Faserenthaftung vor allem durch Mikrorisse gekennzeichnet, die sich teils parallel, teils senkrecht zu den Fasern in der Matrix ausbreiten. Eine wichtige Anwendung der Röntgen-Refraktions-Topographie umfaßt die orientierungsselektive Detektion von Mikroriß-Oberflächen. Die Nachweisgrenze derartiger Schädigungen erstreckt sich bis zum Nanometerbereich. Definiert herbeigeführte Ermüdungsschäden an Kompositmaterialien lassen sich mit dieser Methode ausgezeichnet erfassen und gestatten eine quantitative Korrelation zu mechanischen Kenngrößen. Mittels schrittweiser Probenabtastung und der ortskorrelierten Speicherung von simultan erfassten Refraktions- bzw. Absorptionszählraten wird ein zweidimensionales Röntgen-Refraktions-Topogramm rekonstruiert, das u.a. die präzise Information der integralen Rissdichte enthält.
Studienziel: Zwei Nagelsysteme, zum einen der unaufgebohrte Tibianagel mit 3fach-Verriegelung in 2 Ebenen und großem Bolzenspiel (UTN® der Fa. Mathys®) mit der Möglichkeit von medial zweifach und von ventral einfach zu verriegeln und zum anderen der unaufgebohrte Tibianagel mit 3fach-Verriegelung in einer Ebene mit geringem Bolzenspiel (Targon®-Nagel der Fa. Aesculap®), der 3 mediale Verriegelungsmöglichkeiten besitzt, wurden im Biegeversuch statisch geprüft. Anatomisch besteht bei der ventralen Verriegelung immer die Verletzungsmöglichkeit von Sehnen, Nerven und Gefäßen. Andererseits besteht bei einem höheren Bolzenspiel immer ein höherer Instabilitätsgrad. Inwieweit ist die Verriegelung in zwei Ebenen notwendig?
Methode: Wir prüften statisch zwei intramedulläre Verriegelungssysteme an 8 Leichenknochen (matched pairs) in zwei Ebenen an einer Universalprüfmaschine der Firma Schenk-Trebel im Biegeversuch.
Ergebnisse: Die Untersuchungsergebnisse zeigen, dass nicht die Bolzenlage, sondern das so genannte Bolzenspiel für die Stabilität der distalen Fragmente entscheidend ist. Die Verriegelung sollte somit prinzipiell durch ein formschlüssiges winkelstabiles Bolzensystem möglich sein.
Schädigungsnachweis in kurzglasfaserverstärkten Thermoplasten mittels ortsauflösender ZfP-Methoden
(2001)
The damage mechanisms slow crack growth (SCG) and environmental stress cracking (ESC), relevant for PE-HD materials are characterized based on improved full notch creep testing (FNCT) of two selected typical PE-HD materials for container applications. In this context, a distinction of the failure mechanisms as well as a categorization of involved media is suggested. Employing a novel FNCT device, elongation data were obtained in addition to conventional time-to-failure results of stress-dependent as well as temperature-dependent measurements. Changes in failure behavior, as determined by fracture surface analysis based on light microscopy (LM) and laser scanning microscopy (LSM), are correlated with FNCT results and used to introduce an additional possibility for the identification of brittle/ductile fracture behavior.
The full-notch creep test (FNCT) is widely used to characterize the slow crack growth (SCG) behavior of polyolefin materials in “inert” media as well as effects of environmental stress cracking (ESC) in which the medium has decisive influence on damage mechanism and time to failure. The test is of greatest importance for pipe and blow molding types of polyethylene, high density (PE-HD). Usually the full-notch creep test is applied as a standardized testing method (ISO 16770) using a few universal liquid media, such as solutions of Arkopal N 100. In our study, selected relevant polyethylene, high density materials are investigated also in real media – practical formulations as well as representative pure chemicals – and influences of temperature and geometry of specimen and notch are explicitly addressed. Furthermore, the investigations comprise also the environmental stress cracking behavior of polyethylene, high density in media that are sorbed to a significant extent – examples are diesel and biodiesel – based on comparison with samples previously saturated with those media. Thus, also the underlying diffusion controlled sorption process has to be assessed before. The investigations were performed using a full-notch creep testing device with 12 individual sub-stations, each equipped with individual electronic stress and temperature control and continuous online monitoring of the specimen elongation.