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Organisationseinheit der BAM
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.
Packaging containers for dangerous goods that include aggressive liquids require that any packaging material that is based on high-density polyethylene has a high degree of stability and durability. This work is focused on testing the environmental stress cracking of the high-density polyethylenes used for such containers in contact with crop protection formulations, in particular, two model liquids established in Germany as standardized test media representatives for crop protection formulations containing the various admixtures typical for such products. One of the liquids is water-based and contains mostly surface-active ingredients, while the other is solvent-based and includes some emulsifiers. Originally established for pin impression tests, these model liquids and their individual components were here used for the first time as environmental media in the Full Notch Creep Test, which addresses the resistance against environmental stress cracking. The Full Notch Creep Test was carried out on five high-density polyethylene types with both model liquids, and also on one selected material with its components. The evaluation was focused on the fracture surface structures, which were visualized by a scanning electron microscope and by optical in situ imaging of the notch opening. While the water-based model liquid and its surface-active individual components induced environmental stress cracking with the characteristic pattern for a craze-crack mechanism and so-called brittle fracture on the surface, the solvent-based model liquid and its soluble ingredients exhibited rather ductile failure behavior, caused by the plasticizing effect on the polymer that reduced the yield stress of the high-density polyethylene.
For both cases, fracture surface analysis, together with side views of the crack opening, showed a clear relation between surface pattern, notch deformation (e.g., by blunting), or crack opening due to crack growth with time to failure and the solubility of the liquids in high-density polyethylene.