Handbuch der Nanoanalytik Steiermark 2005 - lamp.tugraz.at
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Lösungen<br />
L28: Ortsaufgelöste Röntgenuntersuchung vor Rissspitzen<br />
L28: Ortsaufgelöste Röntgenstreuungsuntersuchung<br />
vor<br />
Rissspitzen in PE-Rohrwerkstoffen<br />
Bei Rohrwerkstoffen ist die durch mechanische<br />
Energie eingebrachte Schädigung von großem industriellem<br />
und volkswirtschaftlichem Interesse.<br />
Risse können eine Gefährdung <strong>der</strong> Bevölkerung<br />
hervorrufen (Gasleitungen), zu hohen Schäden<br />
an <strong>der</strong> Bausubstanz führen (Wasserleitungen)<br />
und sind in jedem Fall in <strong>der</strong> Repar<strong>at</strong>ur sehr teuer<br />
(Grabungsarbeiten usw.). Um Inform<strong>at</strong>ionen über<br />
Schädigungen und strukturelle Än<strong>der</strong>ungen vor <strong>der</strong><br />
makroskopischen Rissspitze in Poly(ethylen)-Rohrwerkstoffen<br />
zu erhalten, wird die Methode <strong>der</strong> ortsaufgelösten<br />
Röntgenkleinwinkelstreuung (Scanning<br />
SAXS) verwendet. Diese Methode ermöglicht es,<br />
Strukturinform<strong>at</strong>ionen mit <strong>der</strong> exakten Position auf<br />
einem Probenkörper zu kombinieren. Dazu wird<br />
eine Kombin<strong>at</strong>ion aus einer abbildenden Methode<br />
(Radiographie) und <strong>der</strong> eigentlichen Messung <strong>der</strong><br />
Streubil<strong>der</strong> verwendet. Die Abbildung mit Hilfe <strong>der</strong><br />
Radiographie basiert auf <strong>der</strong> Messung <strong>der</strong> Transmission<br />
<strong>der</strong> Probe, ähnlich einem Röntgenbild.<br />
Die Auflösung des Bildes beträgt 100 Pixel /mm 2 .<br />
Verän<strong>der</strong>ungen in <strong>der</strong> Probendicke, hervorgerufen<br />
Abbildung 1:<br />
Mikroskopische Aufnahme eines Risses<br />
in PE und ein Teil <strong>der</strong> Radiographie.<br />
Diese zeigt den Bereich vor <strong>der</strong> makroskopischen<br />
Rissspitze, wobei kräftigere<br />
Farben für weniger M<strong>at</strong>erial stehen.<br />
durch Einschnürungen, Hohlräume o<strong>der</strong> Ähnliches<br />
können damit lokalisiert werden. Diese Inform<strong>at</strong>ion<br />
wird dann genutzt, um die eigentliche Bestimmung<br />
<strong>der</strong> Struktur des M<strong>at</strong>erials vorzunehmen bzw. die<br />
Messpositionen festzulegen. In Abb. 1 ist dies an<br />
einem Beispiel dargestellt.<br />
In polymeren Werkstoffen sind grundsätzlich<br />
zwei Deform<strong>at</strong>ionsmechanismen vorherrschend,<br />
einerseits das sogenannte Scherfließen und an<strong>der</strong>erseits<br />
<strong>der</strong> Prozess über Hohlraumbildung und das<br />
sogenannte Crazing. Crazes sind Hohlräume, die<br />
von dünnen Polymerfasern (Fibrillen) überspannt<br />
sind. Mit <strong>der</strong> Scanning-SAXS-Methode kann man<br />
nun feststellen, ob <strong>der</strong> eine o<strong>der</strong> <strong>der</strong> an<strong>der</strong>e Mechanismus<br />
vorherrschend ist, und die Größe des<br />
plastischen Bereiches bestimmen. Im Beispiel<br />
<strong>der</strong> PE-Rohre ist immer <strong>der</strong> Scher-Mechanismus<br />
über die Hohlraumbildung vorherrschend. Diese<br />
Hohlräume sind elongiert und orientiert. Die Craze–Fibrillen<br />
sind ebenfalls stark orientiert und haben<br />
eine im Vergleich zum Bulk-M<strong>at</strong>erial verän<strong>der</strong>te<br />
Nanostruktur. Orientierungen können bestimmt<br />
werden, was unter an<strong>der</strong>em zu einem besseren<br />
Verständnis des Kräfteverlaufs im Bereich einer<br />
Rissspitze führt. Abb. 2a zeigt die Orientierung <strong>der</strong><br />
Risse bzw. Fasern, Abb. 2b die Än<strong>der</strong>ungen in <strong>der</strong><br />
Lamellenmorphologie des Polymers.<br />
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<strong>Handbuch</strong> <strong>der</strong> <strong>Nanoanalytik</strong> <strong>Steiermark</strong> <strong>2005</strong>