Pennsylvania Edge Notch Tensile (PENT) Test

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Pennsylvania Edge Notch Tensile (PENT) Test

Der Pennsylvania Edge Notch Tensile (PENT) Test (Bild 1), entwickelt von N. Brown und seinen Mitarbeitern [1] und standardisiert in ISO 16241 [2], bewirkt dieselbe Art von Sprödbruch (siehe Brucharten), wie er auch in Rohren nach deren langzeitigen praktischen Nutzung auftreten kann [3–5]. Er wird daher zur beschleunigten Charakterisierung des langsamen Risswachstums (SCG – Slow Crack Growth) herangezogen. Allerdings besteht aufgrund des hohen Widerstands moderner PE-Werkstoffe gegen SCG – wie beim Full Notch Creep Test (FNCT) – derzeit die Notwendigkeit einer Modifizierung des PENT-Test bzw. der Entwicklung völlig neuer Versuche, wie des Crack Round Bar (CRB) Tests oder des Strain Hardening Tests (SHT).

Die Prüfkörpergeometrie entspricht der von einseitig gekerbten Zugprüfkörpern (SENT-Prüfkörper, SENT – Single-Edge-Notched Tension), die entweder aus Pressplatten oder Rohren entnommen werden. Für Rohre besteht dabei die Möglichkeit der Prüfkörperentnahme in (axial Bild 2a) oder senkrecht (tangential Bild 2b) zur Extrusionsrichtung, wodurch der Einfluss der Orientierung analysiert werden kann. Der Kerb wird durch Einpressen einer frischen Metallklinge in den Werkstoff mit einer konstanten Geschwindigkeit von 330 μm/min erzeugt (siehe Kerbeinbringung). Die Kerbtiefe wird dabei so gewählt, dass die Versagenszeit zwar minimiert wird, jedoch kein ausgeprägtes Fließen über den verbleibenden Prüfkörperrestquerschnitt auftritt. Sowohl die Breite und Dicke der Prüfkörper als auch Seitenkerben werden so gewählt, dass der Bruch unter der Bedingung eines überwiegend ebenem Dehnungszustand abläuft.

Die Kinetik des Versagensprozesses wird bei einer konstanten nominellen Spannung von 2,4 MPa und einer Temperatur von 80 °C in Luft beobachtet.

Bild 1:

Pennsylvania Edge Notch Tensile (PENT) Test: Experimenteller Versuchsaufbau (a) und seine schematische Darstellung (b).

Die Rissöffnungsverschiebung ( siehe Erweitertes CTOD-Konzept) wird mittels Lichtmikroskops mit einer Auflösung von etwa 2 μm gemessen. Die wichtigste Zeit anhand der die PE-HD-Typen hinsichtlich ihres Langzeitversagens unterschieden werden können, ist die Bruchzeit t_f. Der minimaler Anstieg im linearen Teil der COD-Zeit-Diagramme (Bild 2c) repräsentiert die stabile Rissausbreitungsgeschwindigkeit und ist eine weitere wichtige Kenngröße zur Beschreibung der Kinetik des langsamen Risswachstums (SCG – Slow Crack Growth). Eine weitere Kenngröße ist die Zeit t_i bis zur Initiierung des SCG. Verglichen mit dem Full Notch Creep Test (FNCT) hat der bruchmechanisch basierte PENT Test durch die mehrparametrige Beschreibung (siehe: Erkenntnisniveauebenen der Bruchmechanik) des Rissausbreitungs- und Bruchprozesses somit einen deutlich höheren Informationsgehalt.

Bild 2:

Gekerbte Prüfkörper aus Rohren entnommen in axialer Richtung (a), in tangentiale Richtung (b) und schematische Risswiderstandskurve (c) in Form der Rissöffnungsverschiebung (COD) als Funktion der Zeit (t)(b).

Literaturhinweise

[1]	Lu, X., Brown, N.: A Test for Slow Crack Growth Failure in Polyethylene under a Constant Load. Polymer Testing 11 (1992) 309–319
[2]	ISO 16241 (2005-02): Notch Tensile Test to Measure the Resistance to Slow Crack Growth of Polyethylene Materials for Pipe and Fitting Products (PENT)
[3]	Nezbedová, E., Kučera, J.: Experimentelle Methoden zur Charakterisierung des Bruchverhaltens von HDPE-Rohren. In: Grellmann, W., Seidler, S. (Hrsg.): Deformation und Bruchverhalten von Kunststoffen. Springer, Berlin Heidelberg (1998), S. 91–98, (ISBN 3-546-63671-4; e-Book (2014): ISBN 978-3-642-58766-5; siehe AMK-Büchersammlung unter A 6)
[4]	Nezbedova, E., Hodan, J., Kotek, J., Krulis, Z., Hutar, P., Lach, R.: Lifetime of Polyethylene (PE) Pipe Materials – Prediction using Strain Hardening Test. In: Grellmann, W., Langer, B. (Eds.): Deformation and Fracture Behaviour of Polymer Materials. Springer, Berlin (2017) S. 203–210, (ISBN 978-3-319-41877-3; e-Book: ISBN 978-3-319-41879-7; siehe AMK-Büchersammlung unter A 19)
[5]	Lach, R., Nezbedova, E., Langer, B., Grellmann, W.: Schnelle Abschätzung des mechanischen Langzeitverhaltens moderner Werkstoffe für Kunststoffrohre mittels des einachsigen Zugversuchs. In: Frenz, H., Langer, J. B. (Hrsg.): Fortschritte in der Werkstoffprüfung für Forschung und Praxis. Prüftechnik – Kennwertermittlung – Schadensvermeidung, (ISBN 978-3-9814516-7-2; siehe AMK-Büchersammlung unter A 20), Tagungsband „Werkstoffprüfung 2017“, 30.11./01.12.2017, Berlin, S. 259–264 (ISBN 978-3-9814516-7-2; siehe AMK-Büchersammlung unter A 20)