Publications

Peer reviewed Veröffentlichungen des Labors

Mario Messiha, Jutta Geier, Chiara Barretta, Márton Bredács, Gernot Oreski, Thomas Kratochvilla, Przemyslaw Hruszka, Florian Arbeiter, Gerald Pinter, How impurities affect the lifetime of plastic products - A circularity case study on polymer pipes, Polymer Testing, 2025, 108952, https://doi.org/10.1016/j.polymertesting.2025.108952  

 

Der Übergang zu einer Kreislaufwirtschaft hat die Nachfrage nach recycelten Kunststoffen in langlebigen Anwendungen erheblich gesteigert. Die langfristige Leistungsfähigkeit von Post-Consumer-Rezyklaten (PCR) ist jedoch aufgrund des komplexen Einflusses polymerer und nicht-polymerer Verunreinigungen auf die Produktlebensdauer nach wie vor schlecht. Diese Studie untersucht systematisch die Auswirkungen von Verunreinigungen sowohl auf die Materialeigenschaften als auch auf die Leistungsfähigkeit auf Produktebene am Beispiel von Kunststoffrohren. Zur Bewertung der Beständigkeit eines Materials gegen langsames Risswachstum (SCG) wurde der Cracked Round Bar (CRB)-Test verwendet. Um jedoch den Einfluss von Inhomogenitäten auf die strukturelle Leistungsfähigkeit zu beurteilen, wurden hydrostatische Drucktests (HPT) durchgeführt. Es konnte nachgewiesen werden, dass die Einarbeitung von recyceltem Polypropylen (PP) aus Verbraucherabfällen in neues, extrusionsgeeignetes PP die Lebensdauer von Rohren unter Innendruck mit steigendem Rezyklatanteil erheblich verringert. Wenn nicht sorgfältig ausgewählt, kann bereits eine Zugabe von 10 % eines ungeeigneten Rezyklats, das große nicht-polymere Inhomogenitäten enthält, die Zeit bis zum endgültigen Versagen um mehr als den Faktor 30 verkürzen. Dieser drastische Rückgang ist darauf zurückzuführen, dass starre anorganische Partikel als Spannungskonzentratoren wirken und die Rissbildung und -ausbreitung beschleunigen. Die Ergebnisse unterstreichen die dringende Notwendigkeit einer verbesserten Sortierung, Reinigung während des Recyclings und einer strengeren Qualitätskontrolle vor der Herstellung. Diese Arbeit zielt darauf ab, das Bewusstsein innerhalb der Polymerindustrie für das oft übersehene Problem von polymeren und insbesondere von nicht-polymeren Verunreinigungen zu stärken, indem eine klare Korrelation zwischen Menge und Größe der Verunreinigungen, sowie deren Einfluss auf die Lebensdauer aufgezeigt wird.

Jessica Hinczica, Mario Messiha, Jutta Geier, Carina Maurer, Gerald Pinter, Florian Arbeiter, Correlation of temperature-dependent fracture behavior and thermo-mechanical behavior of a polypropylene pipe grade material under cyclic load, Engineering Fracture Mechanics, 2025, 111182, ISSN 0013-7944, https://doi.org/10.1016/j.engfracmech.2025.111182.


Die langfristigen mechanischen Eigenschaften von Polypropylen (PP) sind entscheidend für die Zuverlässigkeit und Sicherheit von PP-Druck- und Nichtdruckrohren. Eine Methode, die eine beschleunigte Bewertung der Haltbarkeit eines Materials ermöglicht, ist der zyklische Cracked Round Bar (CRB)-Test, mit dem das temperaturabhängige Bruchverhalten von PP über einen sehr breiten Temperaturbereich von T = - 10 ◦C bis 95 ◦C einschließlich des Glasübergangs des Materials untersucht wurde. Die Ergebnisse werden mit Zugversuchen und der dynamisch-mechanischen Analyse (DMA) verglichen, um mögliche Korrelationen zwischen den mechanischen und thermomechanischen Eigenschaften und dem Bruchverhalten zu ermitteln. Beide für Rohrwerkstoffe typischen Bruchmechanismen, der duktile Bereich I und der quasi-spröde Bereich II sowie der Bereich des Übergangs zwischen diesen Bereichen, konnten bei allen untersuchten Temperaturen untersucht werden. Weitere Analysen der Rissöffnungsverschiebung und der Hysterese unterstreichen dieses Ergebnis. Eine wichtige Erkenntnis ist die Korrelation zwischen dem angewandten Spannungsintensitätsfaktor und der entsprechenden Zyklenzahl des Kniepunkts bei einer bestimmten Temperatur und dem von der DMA abgeleiteten Dämpfungsverhalten tan δ des Werkstoffs. Diese Ergebnisse bieten einen neuartigen Ansatz zur Verbesserung der Genauigkeit und Effizienz der Bestimmung des Bruchverhaltens über einen breiten Temperaturbereich. Sie verdeutlichen die Rolle der Temperatur bei der Bestimmung des Bruchverhaltens und das verborgene Potenzial der DMA-Methode.

 

 

Konferenzbeiträge des Labors

  • C. Maurer, D. Zach, L.  Trávníček, F. Arbeiter, "Christian Doppler Laboratory for Impact of Recycled Materials on the mechanical lifetime estimation of polymers", 32nd Leobner-Conference on Polymer Engineering and Science, 21.11.2024, Poster
  • L.  Trávníček, F. Arbeiter, J. Poduska, "Numerical simulation of non-pressure polypropylene pipes in underground operating conditions", 32nd Leobner-Conference on Polymer Engineering and Science, 21.11.2024, Poster
  • D. Zach, F. Arbeiter, C. Maurer, L. Trávníček, "Development of a stress relaxation based test methodolgy for unpressurized pipes", 32nd Leobner-Conference on Polymer Engineering and Science, 21.11.2024, Poster

 

Sonstige Beiträge im Zusammenhang mit dem Labor

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Akademische Arbeiten

  • P. Hainz, Einfluss der physikalischen Alterung bei Raumtemperatur auf die Eigenschaften verschiedener Polypropylen-Typen, 2025, Bachelorarbeit
  • J. Pauwels, Improving the miscibility of polypropylene/high-density polyethylene blends via cold plasma treatment, 2025, Masterarbeit (ERASMUS - Ghent University)
  • M. Balestriere, Effect of visbreaking on the Molecular Weight Distribution and Long-term Performance of Polypropylene Homopolymers, 2025, Masterarbeit