Stepped Isothermal Methode, Makroeindringprüfung

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Stepped Isothermal Methode (SIM), Makroeindringprüfung

Grundlage der Methode

Die Stepped Isothermal Methode (SIM) mittels Makroeindringprüfung stellt eine methodische Erweiterung der Stepped Isothermal Methode unter Zugbeanspruchung (siehe SIM-Zugbeanspruchung) dar. Statt, wie konventionell, die Dehnung als Funktion der Zeit zu erfassen, wird in diesem Fall die Eindringtiefe h als Funktion der Zeit t ermittelt. Die so erhaltenen Eindringtiefen-Zeit-Diagramme stellen die Basis der Masterkurvenkonstruktion, z. B. in Form des zeitabhängigen Eindringkriechens C_IT dar. Die Kenngröße C_IT ist dabei als die auf die Ausgangseindringtiefe bezogene Eindringtiefenänderung definiert.

Beispiel Polyethylen hoher Dichte (Kurzzeichen: PE-HD)

Als Beispiel werden Ergebnisse gezeigt, die mittels des Prototyps eines instrumentierten Makrohärteprüfsystems [1] erhalten wurden. Dieses Prüfsystem, das über eine Temperierkammer und eine Temperaturregelungseinheit zur Direktkontakttemperierung verfügt, wurde dazu steuerungstechnisch und softwaremäßig so aufgerüstet [2], dass es nun die Anwendung der Stepped Isothermal Methode gestattet.

Aus den in Bild 1a für PE-HD dargestellten Eindringtiefen (h)-Zeit (t)-Diagrammen (Rohdaten) wurden Masterkurven des Langzeitkriechverhaltens ermittelt (Bild 1b).

Bild 1:

Eindringtiefen(h)-Zeit(t)-Diagramme von PE-HD (a) und Masterkurven des Langzeitkriechverhaltens (b) für PE-HD (8 Temperaturstufen bei einer Belastung von 25 N mit einer jeweiligen Haltezeit von 180 min bei unterschiedlichen Bewitterungszeiten)

Prognose des Langzeitverhaltens

Die SIM mittels Makroeindringprüfung zeichnet sich durch einen nur sehr geringen Werkstoffbedarf aus, ist extrem zeitraffend und vergleichsweise einfach durchführbar. Mit Prüfzeiten von einem Tag und weniger kann das lokale Kriechverhalten werkstoffabhängig bis zu 100 Jahre vorausgesagt werden [3]. Die SIM mittels Makroeindringprüfung charakterisiert dabei als ein oberflächensensitives Verfahren Alterungsphänomene adäquater als andere Verfahren zur mechanischen Langzeitcharakterisierung, da die Alterung zumeist primär an der Oberfläche von Prüfkörpern bzw. Bauteilen erfolgt [2].

Literaturhinweise

[1]	Schöne, J., Lach, R., Bierögel, C., Grellmann, W.: A New Generation of Testing Machine: Recording Macroindentation Techniques for Fast Assessment of Temperature Dependent Material Properties. Polymer Testing 32 (2013) 1479–1486
[2]	Krolopp, T., Schöne, J., Arndt, S., Lach, R., Langer, B., Grellmann, W.: Registrierendes Makroeindringverfahren und Stepped Isothermal Methode – Zeitraffende Bewertung des lokalen Retardationsverhaltens thermoplastischer Kunststoffe. In: Fortschritte in der Werkstoffprüfung für Forschung und Praxis: Prüftechnik – Kennwertermittlung – Schadensanalyse. Werkstoffprüfung 2015, 03./04.12.2015, Bad Neuenahr, Tagungsband, S. 241–246
[3]	Krolopp, T., Lach, R., Schöne, J., Mecklenburg, T., Langer, B., Grellmann, W.: Time-Lapsing Evaluation of the Retardation Behaviour of Polypropylene Homo- and Copolymers using the Stepped Isothermal Method based on Depth-Sensing Macroindentation. Macromolecular Symposia 373 (2017) 1600137 (4 pages)