Alterung von Polypropylen-Vliesstoffen bei künstlicher ... - AK GWS
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Dr.-Ing. Marcus Heindl, Helmut Zanzinger, Artur Schönlein: <strong>Alterung</strong> <strong>von</strong> <strong>Polypropylen</strong>-<strong>Vliesstoffen</strong><br />
<strong>bei</strong> <strong>künstlicher</strong> und <strong>bei</strong> natürlicher Bewitterung<br />
Würzburg<br />
Weiterbildungs<br />
-Zentrum<br />
Das Kunststoff-Zentrum.<br />
<strong>Alterung</strong> <strong>von</strong> <strong>Polypropylen</strong>-<strong>Vliesstoffen</strong><br />
<strong>Polypropylen</strong> <strong>Vliesstoffen</strong><br />
<strong>bei</strong> <strong>künstlicher</strong> k nstlicher und <strong>bei</strong> natürlicher nat rlicher Bewitterung<br />
Dr.-Ing. Marcus Heindl, Helmut Zanzinger, Artur Schönlein*<br />
Würzburg<br />
Technologie-Zentrum,<br />
Verar<strong>bei</strong>tungstechnikum<br />
(* Fa. Atlas MTT GmbH)<br />
Halle<br />
Produktqualität • Weiterbildung • Forschung • Zertifizierung<br />
Peine<br />
Stuttgart<br />
Dubai, Iran, China<br />
Produktqualität • Qualitätssicherung • Weiterbildung • Forschung & Entwicklung • Zertifizierung<br />
Das Kunststoff-Zentrum.<br />
Motivation<br />
Analyse <strong>von</strong> regionalen Unterschieden im <strong>Alterung</strong>sverhalten<br />
<strong>von</strong> Geokunstoffen und<br />
Korrelation mit künstlichen k nstlichen Bewitterungsmethoden.<br />
Prüfprogramm<br />
Pr fprogramm<br />
• Freibewitterung <strong>von</strong> Geokunststoffen in:<br />
- Deutschland (Würzburg)<br />
- Südfrankreich (Sanary-sur-Mer)<br />
- Holland (Hoek van Holland)<br />
• Künstliche Bewitterung <strong>von</strong> Geokunststoffen mit einem<br />
Suntest- und einem Fluoreszenzlampengerät.<br />
• Gesamtdosis (UV): 180 MJ/m 2 (Vier Intervalle à 45 MJ/m 2 ).<br />
• Bewertung durch mechanische Prüfungen und Messung<br />
des Stabilisatorgehalts.<br />
Produktqualität • Qualitätssicherung • Weiterbildung • Forschung & Entwicklung • Zertifizierung<br />
26. Fachtagung „Die sichere Deponie 2010 – Abdichtung <strong>von</strong> Deponien und Altlasten mit Kunststoffen“<br />
Veranstalter: SKZ - ConSem GmbH, Würzburg und <strong>AK</strong> <strong>GWS</strong> Ar<strong>bei</strong>tskreis Grundwasserschutz e. V, Berlin<br />
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Dr.-Ing. Marcus Heindl, Helmut Zanzinger, Artur Schönlein: <strong>Alterung</strong> <strong>von</strong> <strong>Polypropylen</strong>-<strong>Vliesstoffen</strong><br />
<strong>bei</strong> <strong>künstlicher</strong> und <strong>bei</strong> natürlicher Bewitterung<br />
- Geotextil Polyfelt TS30 (4.01) auf PP-Basis PP Basis<br />
- Hellgraue vernetzte Endlosfasern<br />
- Flächengewicht: Fl chengewicht: ca. 155 g/m 2<br />
- Probengröß<br />
Probengröße:<br />
e: ca. 300 x 50 mm (MD)<br />
- Einar<strong>bei</strong>tung <strong>von</strong> drei unterschiedlichen HALS-Stabilisator<br />
HALS Stabilisator-<br />
konzentrationen (Standard, Hoch, Sehr hoch).<br />
- Abbildung:<br />
Das Kunststoff-Zentrum.<br />
Eingesetztes Material<br />
100 mm<br />
Produktqualität • Qualitätssicherung • Weiterbildung • Forschung & Entwicklung • Zertifizierung<br />
Das Kunststoff-Zentrum.<br />
Künstliche nstliche Bewitterung nach EN 12224<br />
Suntest-Ger<br />
Suntest Gerät t XXL+ (Xenonlampen)<br />
- Schwarzstandardtemperatur: SST = 50 °C<br />
- Probenraumtemperatur: ca. 20 bis 35 °C<br />
- Regenzyklus: 5 h Trocken und 1 h Besprühen<br />
Bespr hen<br />
- Bestrahlungsstärke: Bestrahlungsst rke: E UV(300<br />
40 W/m 2<br />
UV(300-400nm) 400nm) ≈≈ 40 W/m<br />
Produktqualität • Qualitätssicherung • Weiterbildung • Forschung & Entwicklung • Zertifizierung<br />
26. Fachtagung „Die sichere Deponie 2010 – Abdichtung <strong>von</strong> Deponien und Altlasten mit Kunststoffen“<br />
Veranstalter: SKZ - ConSem GmbH, Würzburg und <strong>AK</strong> <strong>GWS</strong> Ar<strong>bei</strong>tskreis Grundwasserschutz e. V, Berlin<br />
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Dr.-Ing. Marcus Heindl, Helmut Zanzinger, Artur Schönlein: <strong>Alterung</strong> <strong>von</strong> <strong>Polypropylen</strong>-<strong>Vliesstoffen</strong><br />
<strong>bei</strong> <strong>künstlicher</strong> und <strong>bei</strong> natürlicher Bewitterung<br />
- Schwarzstandardtemperatur: SST = 50 °C<br />
- Probenraumtemperatur: ungeregelt<br />
- Regenzyklus: 5 h Trocken und 1 h Besprühen<br />
Bespr hen<br />
- Bestrahlungsstärke: Bestrahlungsst rke: E UV(300<br />
Das Kunststoff-Zentrum.<br />
Künstliche nstliche Bewitterung nach EN 12224<br />
UV 2000 (Fluoreszenzlampengerät)<br />
(Fluoreszenzlampenger t)<br />
40 W/m 2<br />
UV(300-400nm) 400nm) ≈≈ 40 W/m<br />
Produktqualität • Qualitätssicherung • Weiterbildung • Forschung & Entwicklung • Zertifizierung<br />
Das Kunststoff-Zentrum.<br />
Bestrahlungsstärke [a. u.]<br />
Bestrahlungsstärke [a. u.]<br />
Spektrenvergleich<br />
Wellenlänge [nm]<br />
Wellenlänge [nm]<br />
Produktqualität • Qualitätssicherung • Weiterbildung • Forschung & Entwicklung • Zertifizierung<br />
26. Fachtagung „Die sichere Deponie 2010 – Abdichtung <strong>von</strong> Deponien und Altlasten mit Kunststoffen“<br />
Veranstalter: SKZ - ConSem GmbH, Würzburg und <strong>AK</strong> <strong>GWS</strong> Ar<strong>bei</strong>tskreis Grundwasserschutz e. V, Berlin<br />
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<strong>bei</strong> <strong>künstlicher</strong> und <strong>bei</strong> natürlicher Bewitterung<br />
Das Kunststoff-Zentrum.<br />
Freibewitterung<br />
Deutschland, Würzburg W rzburg<br />
Prüfung Pr fung durch SKZ auf<br />
Halter mit 45° 45 Südneigung dneigung<br />
Strahlungsdaten: DWD<br />
Produktqualität • Qualitätssicherung • Weiterbildung • Forschung & Entwicklung • Zertifizierung<br />
Das Kunststoff-Zentrum.<br />
Freibewitterung<br />
Südfrankreich,<br />
dfrankreich, Sanary-sur<br />
Sanary sur-Mer Mer<br />
Exposition durch ATLAS MTT<br />
Strahlungsdaten: ATLAS MTT<br />
Produktqualität • Qualitätssicherung • Weiterbildung • Forschung & Entwicklung • Zertifizierung<br />
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<strong>bei</strong> <strong>künstlicher</strong> und <strong>bei</strong> natürlicher Bewitterung<br />
Das Kunststoff-Zentrum.<br />
Freibewitterung<br />
Holland, Hoek van Holland<br />
Exposition durch ATLAS MTT<br />
Strahlungsdaten: ATLAS MTT<br />
Produktqualität • Qualitätssicherung • Weiterbildung • Forschung & Entwicklung • Zertifizierung<br />
Zeitfaktoren, Bewitterung nach DIN EN ISO 4892-2, 4892 2, A1<br />
Das Kunststoff-Zentrum.<br />
Region UV-Jahresdosis<br />
UV Jahresdosis1 Bestrahlungszeit 2 Zeitfaktor 3<br />
Florida 330 MJ/m 2 1530 h ca. 5,7<br />
Arizona 400 MJ/m 2 1850 h ca. 4,7<br />
Mitteleuropa<br />
180 MJ/m 2<br />
(220 MJ/m 2 )<br />
830 h<br />
1020 h<br />
ca. 10<br />
ca. 8,5<br />
Südfrankreich<br />
dfrankreich 290 MJ/m 2 1340 h ca. 6,5<br />
1 Durchschnittliche Jahresbestrahlungsdosis im Freien (10 Jahreszeitraum)<br />
2 Xenonlampengerät, UV-Bestrahlungsstärke = 60 W/m 2<br />
3 1 Jahr: ca. 8700 h<br />
Produktqualität • Qualitätssicherung • Weiterbildung • Forschung & Entwicklung • Zertifizierung<br />
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<strong>bei</strong> <strong>künstlicher</strong> und <strong>bei</strong> natürlicher Bewitterung<br />
Exposure Expositionszeit durations [h] [h]<br />
10000<br />
9000<br />
8000<br />
7000<br />
6000<br />
5000<br />
4000<br />
3000<br />
2000<br />
1000<br />
0<br />
Das Kunststoff-Zentrum.<br />
Fmax/m [N/g]<br />
Fmax/m [N/g]<br />
210<br />
190<br />
170<br />
150<br />
130<br />
110<br />
Realisierte Zeitfaktoren<br />
Germany Würzburg<br />
Holland Hoek<br />
France Sanary<br />
artificial weathering<br />
(with Gerätebewitterung<br />
water spray) 214 Tage<br />
163 Tage<br />
60 Tage<br />
Zeitfaktor: ~ 3<br />
0 45 90 135 180 225 270 315 360<br />
UV radiation doses [MJ/m²]<br />
UV-Dosis [MJ/m 2 ]<br />
Produktqualität • Qualitätssicherung • Weiterbildung • Forschung & Entwicklung • Zertifizierung<br />
Das Kunststoff-Zentrum.<br />
Ergebnisse der Zugversuche<br />
Fmax/m [N/g]<br />
90<br />
70<br />
50<br />
0 45 90<br />
UV dose [MJ/m<br />
135 180<br />
2 90<br />
]<br />
standard stabilised<br />
high stabilised<br />
very high stabilised<br />
70<br />
50<br />
0 45 90<br />
UV dose [MJ/m<br />
135 180<br />
2 UV Suntest<br />
XXL+<br />
]<br />
standard stabilised<br />
high stabilised<br />
very high stabilised<br />
210<br />
190<br />
170<br />
150<br />
130<br />
110<br />
Fmax/m [N/g]<br />
210<br />
190<br />
170<br />
150<br />
130<br />
110<br />
210<br />
190<br />
170<br />
150<br />
130<br />
110<br />
90<br />
70<br />
50<br />
0 45 90 135 180<br />
UV dose [MJ/m 2 90<br />
standard stabilised<br />
high stabilised<br />
very high stabilised<br />
70<br />
50<br />
0 45 90 135 180<br />
]<br />
UV dose [MJ/m 2 90<br />
standard stabilised<br />
high stabilised<br />
very high stabilised<br />
70<br />
50<br />
0 45 90 135 180<br />
]<br />
UV dose [MJ/m 2 Würzburg rzburg Sanary Hoek<br />
standard stabilised<br />
high stabilised<br />
very high stabilised<br />
]<br />
Produktqualität • Qualitätssicherung • Weiterbildung • Forschung & Entwicklung • Zertifizierung<br />
Fmax/m [N/g]<br />
210<br />
190<br />
170<br />
150<br />
130<br />
110<br />
Stabilisierung<br />
F max /g<br />
Sehr hoch<br />
Hoch<br />
Standard<br />
UV-Dosis<br />
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<strong>bei</strong> <strong>künstlicher</strong> und <strong>bei</strong> natürlicher Bewitterung<br />
Stabilisatorgehalt Stabiliser content [%]<br />
0.35<br />
0.30<br />
0.25<br />
0.20<br />
0.15<br />
0.10<br />
0.05<br />
0.00<br />
Das Kunststoff-Zentrum.<br />
Stabilisatorverbrauch<br />
Radiation dose [MJ/m 2 ]<br />
UV-Dosis [MJ/m 2 ]<br />
Geotextil mit<br />
Standardstabilisierung<br />
im Suntest XXL+<br />
standard stabilised<br />
Standardstabilisierung<br />
0 45 90 135 180<br />
Produktqualität • Qualitätssicherung • Weiterbildung • Forschung & Entwicklung • Zertifizierung<br />
Zusammenhang:<br />
Mechanische Eigenschaften und Stabilisatorverbrauch<br />
% maximale tensile strength Zugkraft<br />
110<br />
100<br />
90<br />
80<br />
70<br />
60<br />
50<br />
40<br />
30<br />
20<br />
10<br />
Das Kunststoff-Zentrum.<br />
0<br />
Phase A<br />
Stabilisatorverbrauch<br />
maximum Zugkraft tensile force<br />
stabiliser Stabilisatorgehalt content<br />
0 45 90 135 180<br />
UV radiation UV-Dosis doses [MJ/m[MJ/m²] 2 ]<br />
Phase B<br />
Zugfestig- Zugfestig<br />
keitsverlust<br />
Produktqualität • Qualitätssicherung • Weiterbildung • Forschung & Entwicklung • Zertifizierung<br />
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Veranstalter: SKZ - ConSem GmbH, Würzburg und <strong>AK</strong> <strong>GWS</strong> Ar<strong>bei</strong>tskreis Grundwasserschutz e. V, Berlin<br />
110<br />
100<br />
90<br />
80<br />
70<br />
60<br />
50<br />
40<br />
30<br />
20<br />
10<br />
0<br />
% remaining<br />
% Stabilisatorrestgehalt<br />
stabiliser content<br />
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<strong>bei</strong> <strong>künstlicher</strong> und <strong>bei</strong> natürlicher Bewitterung<br />
Stabilisatorgehalt Stabiliser content [%] [%]<br />
1.0<br />
0.9<br />
0.8<br />
0.7<br />
0.6<br />
0.5<br />
0.4<br />
0.3<br />
0.2<br />
0.1<br />
0.0<br />
Das Kunststoff-Zentrum.<br />
Stabiliser content [%]<br />
Stabilisatorgehalt [%]<br />
Stabilisatorgehalt nach ¾ Expositionszeit<br />
Suntest XXL+, 135 MJ/m 2<br />
„Kritischer Kritischer” Stabilisatorgehalt<br />
92% F max 98% F max 97% F max<br />
Standard Hoch Sehr hoch<br />
Stabilisierung<br />
standard stabilised high stabilised very high stabilised<br />
Produktqualität • Qualitätssicherung • Weiterbildung • Forschung & Entwicklung • Zertifizierung<br />
0.15<br />
0.12<br />
0.09<br />
0.06<br />
0.03<br />
0.00<br />
Das Kunststoff-Zentrum.<br />
180 MJ/m 2<br />
Stabilisatorrestgehalte<br />
≈ Südeuropa<br />
„Worst Case“<br />
UV2000 XXL+ Hoek Sanary<br />
Bewitterung<br />
≈ Mitteleuropa<br />
Produktqualität • Qualitätssicherung • Weiterbildung • Forschung & Entwicklung • Zertifizierung<br />
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<strong>bei</strong> <strong>künstlicher</strong> und <strong>bei</strong> natürlicher Bewitterung<br />
Lufttemperatur [°C]<br />
30<br />
25<br />
20<br />
15<br />
10<br />
5<br />
0<br />
April 2006<br />
Das Kunststoff-Zentrum.<br />
SST [°C]<br />
May 2006<br />
Freibewitterungsstandorte:<br />
Vergleich der Lufttemperaturen<br />
June 2006<br />
July 2006<br />
August 2006<br />
September 2006<br />
Oktober 2006<br />
Sanary, Mittel<br />
Hoek, Mittel<br />
Würzburg, Mittel<br />
Produktqualität • Qualitätssicherung • Weiterbildung • Forschung & Entwicklung • Zertifizierung<br />
60<br />
50<br />
40<br />
30<br />
20<br />
10<br />
0<br />
March 2006<br />
Das Kunststoff-Zentrum.<br />
Freibewitterungsstandorte:<br />
Vergleich der Schwarzstandardtemperaturen<br />
April 2006<br />
May 2006<br />
June 2006<br />
July 2006<br />
August 2006<br />
September 2006<br />
Oktober 2006<br />
Sanary, Mittel<br />
Sanary, Max<br />
Hoek, Mittel<br />
Hoek, Max<br />
Produktqualität • Qualitätssicherung • Weiterbildung • Forschung & Entwicklung • Zertifizierung<br />
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<strong>bei</strong> <strong>künstlicher</strong> und <strong>bei</strong> natürlicher Bewitterung<br />
Regenmenge [mm]<br />
200<br />
180<br />
160<br />
140<br />
120<br />
100<br />
80<br />
60<br />
40<br />
20<br />
0<br />
April 2006<br />
Das Kunststoff-Zentrum.<br />
May 2006<br />
Freibewitterungsstandorte:<br />
Vergleich der Regenmengen<br />
June 2006<br />
July 2006<br />
August 2006<br />
September 2006<br />
Oktober 2006<br />
Produktqualität • Qualitätssicherung • Weiterbildung • Forschung & Entwicklung • Zertifizierung<br />
�� Zeitraffung um Faktor 3 durch die Gerätebewitterung.<br />
Ger tebewitterung.<br />
�� Der Stabilisatorgehalts ist zur Beurteilung des <strong>Alterung</strong>s-<br />
zustands / Schädigungsgrades Sch digungsgrades der PP-Gewebe PP Gewebe gut geeignet.<br />
�� Die <strong>Alterung</strong> <strong>von</strong> PP-Fasern PP Fasern ist stark temperaturabhängig.<br />
temperaturabh ngig.<br />
�� Mit Hilfe des Fluoreszenzlampengeräts Fluoreszenzlampenger ts wurden <strong>Alterung</strong>seffekte<br />
ähnlich hnlich wie in Südeuropa S deuropa erzielt.<br />
�� Durch das Suntest XXL+ Gerät Ger t wird eine „Worst Worst Case“ Case<br />
Situation simuliert (komplettes Spektrum + höchste h chste SST).<br />
�� Zur Bewertung bzw. Analyse <strong>von</strong> witterungsbedingten<br />
<strong>Alterung</strong>svorgängen <strong>Alterung</strong>svorg ngen sollten möglichst m glichst viele Wetter- Wetter bzw.<br />
Bewitterungsdaten herangezogen werden.<br />
Das Kunststoff-Zentrum.<br />
Zusammenfassung<br />
Produktqualität • Qualitätssicherung • Weiterbildung • Forschung & Entwicklung • Zertifizierung<br />
26. Fachtagung „Die sichere Deponie 2010 – Abdichtung <strong>von</strong> Deponien und Altlasten mit Kunststoffen“<br />
Veranstalter: SKZ - ConSem GmbH, Würzburg und <strong>AK</strong> <strong>GWS</strong> Ar<strong>bei</strong>tskreis Grundwasserschutz e. V, Berlin<br />
Sanary<br />
Hoek<br />
Würzburg<br />
10
Dr.-Ing. Marcus Heindl, Helmut Zanzinger, Artur Schönlein: <strong>Alterung</strong> <strong>von</strong> <strong>Polypropylen</strong>-<strong>Vliesstoffen</strong><br />
<strong>bei</strong> <strong>künstlicher</strong> und <strong>bei</strong> natürlicher Bewitterung<br />
Für r die Unterstützung Unterst tzung <strong>bei</strong> der Durchführung Durchf hrung dieser<br />
Untersuchungen geht unser Dank an:<br />
- ATLAS MTT<br />
- Tencate Geosynthetics Austria GmbH<br />
- Ciba Specialty Chemicals Inc.<br />
- Deutscher Wetterdienst (DWD)<br />
Das Kunststoff-Zentrum.<br />
Danksagung<br />
Produktqualität • Qualitätssicherung • Weiterbildung • Forschung & Entwicklung • Zertifizierung<br />
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Veranstalter: SKZ - ConSem GmbH, Würzburg und <strong>AK</strong> <strong>GWS</strong> Ar<strong>bei</strong>tskreis Grundwasserschutz e. V, Berlin<br />
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Dr.-Ing. Marcus Heindl, Helmut Zanzinger, Artur Schönlein: <strong>Alterung</strong> <strong>von</strong> <strong>Polypropylen</strong>-<strong>Vliesstoffen</strong><br />
<strong>bei</strong> <strong>künstlicher</strong> und <strong>bei</strong> natürlicher Bewitterung<br />
26. Fachtagung „Die sichere Deponie 2010 – Abdichtung <strong>von</strong> Deponien und Altlasten mit Kunststoffen“<br />
Veranstalter: SKZ - ConSem GmbH, Würzburg und <strong>AK</strong> <strong>GWS</strong> Ar<strong>bei</strong>tskreis Grundwasserschutz e. V, Berlin<br />
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