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Hochdruck-Autoklaven-Test

Wie lange können Kunststoffprodukte ihre Funktion erfüllen? Diese Frage ist von zentraler Bedeutung, wenn Kunststoffe in Bauwerken wie Deponien, Kanälen, Rückhaltebecken, Dämme und Tunnel oder im Bereich Rohrleitungen oder Gebäuden eingesetzt werden. Die angestrebte Nutzungsdauer beträgt heutzutage nicht mehr 10 Jahre sondern häufig 30, 50 oder sogar 100 Jahre. Zur Überprüfung ob die Materialqualität für die Anwendung geeignet ist und zur Vermeidung teurer Reparatur- und Instandhaltungskosten ist eine Nutzungsdauerabschätzung ratsam.

Mit zeitraffenden Prüfverfahren wird die „natürliche Alterung“ im Labor beschleunigt simuliert. Dabei wird häufig die thermo-oxidative Alterung betrachtet. In der Anwendung ist der Kunststoff nicht nur dem Angriff von Sauerstoff und Wärme, sondern auch Chemikalien oder UV-Strahlung ausgesetzt.

Mit fortschreitender Entwicklung bei der Kunststoffstabilisierung stoßen die etablierten Verfahren, wie die Alterung im Wärmeofen, an ihre Grenzen. Heutzutage kann die Prüfzeit im Wärmeofen bis zum Versagen der Produkte teilweise bis zu mehreren Jahren dauern. Aus diesem Grund beschäftigt sich das SKZ seit über einem Jahrzehnt mit der alternativen zeiteffizienten Prüfmethode „Hochdruck-Autoklaventest“ (HPAT).

Normativ ist der Hochdruck-Autoklaventest bereits in der DIN EN ISO 13438 verankert.

Beim Hochdruck-Autoklaventest werden Proben in wässrigem Medium einer erhöhten Temperatur (zwischen 60 °C und 90 °C) und einem erhöhten Sauerstoffüberdruck (0,5 bar bis 50 bar) ausgesetzt. Nach bestimmten Zeitintervallen werden Proben entnommen und Indexprüfungen wie z. B. dem Zugversuch unterzogen.

Zeitgleich wird der Sauerstoffdruck und damit der Sauerstoffverbrauch durch die Oxidation der Probe kontinuierlich aufgezeichnet. Der Sauerstoffdruck kann Hinweise auf den Beginn der beschleunigten Alterungsprozesse nach dem Verbrauch der Stabilisatoren geben.

Die größere Verfügbarkeit von Sauerstoff führt zu einer beschleunigten thermo-oxidativen Alterung und zu vertretbaren Prüfzeiten von Wochen bis  Monaten,  bis das Versagenskriterium (z. B. Rückgang der mechanischen Eigenschaften um 50 %) erreicht ist.

Mittels (3D-) oder Arrhenius-Auswertung der Versagenszeiten bei unterschiedlichen Prüfbedingungen wird eine Lebensdauerabschätzung unter Anwendungsbedingungen (Atmosphärendruck und z. B. 40 °C) erhalten.
 

Vorteile des Hochdruck-Autoklaven-Tests

  • deutliche Zeit- und Energieeinsparung
  • Auswaschung der Stabilisatoren durch Alterung in wäsrigem Medium
  • ein der Anwendung angepasster pH-Wert (pH 3 bis pH 10)
     

Produkte

  • Geokunststoffe
  • Dichtungsbahnen
  • Vliesstoffe
  • Bändchengewebe
  • Rohre
  • Bauteile
  • u. a. m.
     

Werkstoffe

  • Polyethylen (PE)
  • Polypropylen (PP)
  • Polyvinylalkohol (PVA)
  • Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuke (EPDM)
  • Polyvinylchlorid (PVC)
  • u. a. m.
     

Indexprüfungen

  • Zugversuch
  • Weiterreißversuch
  • Dicke
  • Biegeeigenschaften
  • Schlagzähigkeit
  • Härte
  • Flächengewicht
  • Spannungsrissbeständigkeit
  • Oxidations-Induktions-Zeit (OIT)
  • Infrarotspektroskopie (IR)
  • Viskositätszahl (VZ)
  • u. a. m.