Kunststoffrohre gelten als robust und langlebig. Ganz undurchlässig sind sie allerdings nicht. Je nach Material können Gase oder Flüssigkeiten langsam durch die Rohrwand wandern. Genau diese sogenannte Permeation spielt in vielen Anwendungen eine wichtige Rolle – etwa bei Heizungsrohren, Gasleitungen oder industriellen Systemen.
Bislang ist die Messung dieser Eigenschaften allerdings ein Geduldsspiel. Herkömmliche Prüfverfahren laufen oft über Wochen oder sogar Monate. Das Kunststoff-Zentrum SKZ in Würzburg will das nun deutlich beschleunigen. Die Forschenden haben ein Prüfverfahren entwickelt, das belastbare Ergebnisse bereits innerhalb weniger Stunden liefern soll.
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Warum Permeation überhaupt ein Problem ist
Bei Kunststoffrohren geht es nicht nur um Stabilität oder Druckfestigkeit. Auch die Barrierewirkung des Materials zählt. Sauerstoff oder andere Gase dürfen möglichst nicht unkontrolliert durch die Rohrwand gelangen.
Vor allem in Heizungsanlagen kann Sauerstoffeintrag kritisch werden. Gelangt Sauerstoff ins System, steigt das Risiko für Korrosion an metallischen Bauteilen.
Deshalb prüfen Hersteller die Permeation ihrer Rohre nach festen Normen. Üblich ist bislang vor allem die Prüfung nach DIN 53380-3. Dabei werden komplette Rohre über längere Zeit unter definierten Bedingungen untersucht.
Genau das kostet Zeit. Rohrgeometrie, Wanddicke und stabile Messbedingungen sorgen dafür, dass die Prüfungen oft sehr lange dauern.
Das SKZ prüft nicht mehr das ganze Rohr
Das neue Verfahren verfolgt einen anderen Ansatz. Statt komplette Rohre zu testen, entnehmen die Forschenden kleine flache Proben aus dem Material. Diese sogenannten Späne lassen sich deutlich schneller untersuchen.
Die Messungen erfolgen dabei nach DIN 53380-2. Diese Norm ist eigentlich für flache Kunststoffproben ausgelegt und erlaubt wesentlich kürzere Prüfzeiten.
Der eigentliche Knackpunkt lag deshalb woanders: Die Forschenden mussten nachweisen, dass sich aus den Ergebnissen der Spanproben zuverlässig auf das Verhalten des gesamten Rohres schließen lässt.
Korrelation zwischen Rohr und Span
Im Rahmen des IGF-Projekts „Rohr Perm“ entwickelte das SKZ dafür entsprechende Korrelationsfaktoren. Die Forschenden verglichen klassische Rohrmessungen mit den Ergebnissen der Spanprüfungen.
Zusätzlich nutzte das Team einen eigens entwickelten Helium-Schnelltest.
Untersucht wurden Rohre aus:
- Polyethylen (PE)
- Polypropylen (PP)
- Polyvinylchlorid (PVC)
Laut SKZ zeigte sich dabei insbesondere bei PP- und PVC-Rohren eine hohe Übereinstimmung der Messergebnisse.
„Insbesondere bei PP und PVC haben wir bei Einsatz identischer Messgase eine signifikante Korrelation der Ergebnisse nachweisen können. Die entwickelte Methode ermöglicht der Rohrindustrie beispielsweise beim Test der Sauerstoffdurchlässigkeit eine Reduzierung der Messzeit von mehreren Wochen auf einige Stunden“, erläutert Franziska Eichhorn, Senior Engineer am SKZ.
Kürzere Entwicklungszeiten möglich
Für Hersteller könnte das Verfahren vor allem wirtschaftlich interessant werden. Lange Prüfzeiten bremsen häufig Entwicklungsprojekte, Freigaben oder Reklamationsprozesse. Wenn Messergebnisse deutlich schneller vorliegen, lassen sich Materialien früher bewerten und Produktionsprozesse zügiger anpassen.
Auch die Qualitätssicherung könnte davon profitieren. Denn kürzere Prüfzeiten ermöglichen mehr Messungen innerhalb laufender Produktionsprozesse. „Das Projekt verdeutlicht den Mehrwert des methodischen Transfers. Etablierte Messverfahren aus anderen Produktbereichen lassen sich – bei entsprechender Validierung – erfolgreich auf neue Anwendungen übertragen“, erklärt Dr. Linda Mittelberg, Bereichsleiterin Qualität und Lebenszyklus am SKZ.
