Propagación de grieta - Strain Hardening (ESC, SCG)

ISO 18488, ISO 18489

Strain Hardening ESC, SCG según ISO 18488 e ISO 18489

Métodos para la caracterización de la propagación lenta de grieta

Tubos de polietileno, tales como PE80, PE100 o el PE100RC mejorado muestran una sensibilidad de diferente nivel al crecimiento lento de grieta. Para describir dicho comportamiento, se emplea el concepto de "Environmental Stress Cracking", ESC o "Slow Crack Growth", SCG. Una falla de este tipo se produce muy por debajo del esfuerzo de fluencia del material y es, por ello, muy significativo para la evaluación a largo plazo de las propiedades mecánicas. En el inicio de grieta se muestran las denominadas fibrillas que bajo carga fallan en función del tiempo. Para caracterizar dicho mecanismo ha surgido toda una serie de ensayos. Entre ellos, se encuentran:

  • Ensayos de fluencia con presión interna constante, ISO 1167, ISO 9080
  • Slow crack growth on notched pipes, ISO 13479
  • Full Notch Creep Test (FNCT), ISO 16770
  • Polyethylene Notch Tensile (PENT) Test, ASTM F 1473, ISO 16241
  • Bent strip ESCR test, ASTM D 1693
  • Cone test method, ISO 13480

Para la aceleración definida, el ensayo se lleva a cabo con una entalla inicial, a altas temperaturas y en un agente de efecto acelerante, como por ejemplo Igepal® CO-630.

Las últimas investigaciones han generado nuevos métodos de ensayo, que permiten realizar una buena estimación de la propiedad de la SCG con tiempos de ensayo muy breves y significan una optimización del ensayo y la rápida obtención de resultados.

Para ello, se publicaron en 2015 las siguientes normas: 

  • ISO 18488 Polyethylene (PE) materials for piping systems -- Determination of Strain Hardening Modulus in relation to slow crack growth
  • ISO 18489 Polyethylene (PE) materials for piping systems -- Determination of resistance to slow crack growth under cyclic loading -- Cracked Round Bar test method

Determinación del Strain Hardening Moduls según la ISO 18488

Para este método de ensayo se emplea una probeta pequeña tipo halterio con una cabeza relativamente ancha que se mide en tracción. La medición del Strain Hardening Modul en material de PE se produce a una temperatura de 80°C en un ratio de deformación λ entre 8 y 12, lo que corresponde a un intervalo de alargamiento de 400 % entre los puntos de alargamiento 700% y 1100 %. En este rango, el polímero está completamente estirado, de modo que se puede medir el comportamiento de deformación de las fibrillas. En el diagrama de tensión real a través de la tensión neo-hookeana (λ² - 1/λ) se obtiene para PE una trayectoria prácticamente lineal, que se describe con una ecuación de la recta en forma de σ true = Gp (λ² - 1/λ) +C , donde GP es el factor gradiente de las rectas. 
ISO 18488Strain HardeningScreenshot neu

Strain hardening modulus measurement to ISO 18488 requires an electromechanical testing machine equipped for example as below:

  • Z005 AllroundLine (or larger) testing machine
  • Temperature chamber which permits a tensile clamp movement of at least 360 mm
  • Mechanical or optical extension measurement system, e.g. ZwickRoell videoXtens
  • Parallel-clamping specimen grips, e.g. pneumatic parallel grips testXpert Standard Test Program to ISO 18488 displaying "true stress" over neo-Hookean strain, as well as "true stress" over deformation ratio λ and calculation of GP and check of regression coefficient r

Determination of the resistance against slow crack growth under cyclic loading, to ISO 18489

This method uses a cylindrical specimen, in which a rotating initial notch has been inserted. Cyclic loading with constant force amplitude is applied to this specimen. The force amplitude is selected in order to allow slow crack growth.

The test result is the number of cycles until specimen failure and is displayed as a function of the applied stress Δσ0 at the initial crack length.

Probetas para la determinación de la resistencia a la propagación lenta de grietas bajo solicitación cíclica ISO 18489

Image on right: Cylindrical specimen from PE100 with rotating notch

Test duration is kept to a minimum with the new test method to ISO 18489. It should be reduced especially at the height of the cyclic loading depending on the specimen geometry. Another advantage of this test method is that it can be performed at room temperature so that the polymer structure of the specimen is maintained.

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Para la medición del Strain hardening Modul se requiere una máquina de ensayos electromecánica, por ejemplo, con el siguiente equipamiento: 

  • Máquina de ensayos Z005 AllroundLine o superior
  • Cámara de temperatura que permite un movimiento de tracción de las pinzas de al menos 360 mm
  • Sistema de medición extensométrico mecánico u óptico, p.ej. ZwickRoell videoXtens
  • Mordazas de cierre paralelo, p. ej. mordazas neumáticas de sujeción paralela
  • Programa de ensayo estándar testXpert según la ISO 18488 con la indicación del "esfuerzo real" a través de la tensión neo-hookeana, así como el "esfuerzo real" a través del ratio de deformación, λ y el cálculo de GP, y control del coeficiente de regresión, r
Para mediciones con solicitación cíclica según la norma ISO 18489, se requiere una máquina de ensayos electrodinámica o servohidráulica.
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