Neues Prüfverfahren, das die Bestimmung der Permeabilität von Kunststoffrohren signifikant beschleunigt

Während herkömmliche Prüfungen mehrere Wochen oder sogar Monate in Anspruch nehmen, liefert das neu entwickelte Verfahren belastbare Messergebnisse bereits innerhalb weniger Stunden. Für Rohrhersteller eröffnen sich dadurch erhebliche Potenziale in der Qualitätssicherung sowie bei Prüfkosten und Entwicklungszeiten.

SKZ entwickelt beschleunigtes Prüfverfahren für die Permeationseigenschaften von Rohren

Kunststoffrohre dienen dem sicheren Transport von Gasen und Flüssigkeiten. Idealerweise erreicht das transportierte Medium vollständig und unverändert den Zielort. In der Praxis stellen jedoch selbst geringfügige Materialdurchlässigkeiten eine relevante Herausforderung dar. Die sogenannte Permeabilität – also die Durchlässigkeit eines Werkstoffs gegenüber bestimmten Medien – gilt daher als zentrales Qualitätsmerkmal in der Rohrherstellung und wird normativ geprüft.

Normgerechte Permeationsprüfung bislang zeitaufwendig

Die Prüfung der Permeabilität von Rohren nach Norm DIN 53380-3. Aufgrund der Geometrie, Materialdicke und der erforderlichen stationären Messbedingungen erstrecken sich diese Prüfungen häufig über mehrere Wochen bis Monate. Insbesondere in Entwicklungs‑, Freigabe‑ und Reklamationsprozessen stellt dies einen erheblichen Zeit- und Kostenfaktor dar.

IGF-Projekt „Rohr‑Perm“ ermöglicht drastische Reduktion der Prüfzeiten

Im vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie geförderten IGF‑Projekt „Rohr‑Perm“ (FKZ: 01IF22636N) entwickelte das SKZ in Würzburg ein alternatives Prüfkonzept. Ziel war es, die Prüfzeit zur Bestimmung der Permeationseigenschaften von Kunststoffrohren deutlich zu verkürzen, ohne Abstriche bei der Aussagekraft der Ergebnisse zu machen.

Prüfansatz auf Basis planarer Proben und validierter Korrelationen

Kern des neuen Verfahrens ist die Untersuchung eines aus dem Rohr entnommenen planaren Spans. Dessen Permeabilität wird anhand etablierter Prüfmethoden für flache Proben gemäß DIN 53380‑2 bestimmt, die deutlich kürzere Messzeiten erlauben.

Über im Projekt ermittelte und validierte Korrelationsfaktoren kann anschließend die Permeabilität des gesamten Rohres zuverlässig berechnet werden.

Die Korrelationsfaktoren wurden systematisch durch den Vergleich von Messungen an Rohren und Spänen nach unterschiedlichen Normen sowie mittels eines am SKZ entwickelten Helium‑Schnelltests ermittelt.

Hohe Korrelation für PE-, PP- und PVC-Rohre nachgewiesen

Die Untersuchungen an Rohren aus Polyethylen (PE), Polypropylen (PP) und Polyvinylchlorid (PVC) zeigten eine hohe Übereinstimmung zwischen den Messergebnissen aus Rohr‑ und Spanprüfungen. Damit leistet das Projekt „Rohr‑Perm“ einen wesentlichen Beitrag zur beschleunigten und praxisnahen Bestimmung der Barriereeigenschaften von Kunststoffrohren.

„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.

Mehr Effizienz und Qualitätssicherung für die Rohrindustrie

Der industrielle Nutzen des neuen Prüfverfahrens liegt insbesondere in der deutlichen Reduktion von Prüfzeiten und ‑kosten sowie in der Möglichkeit, Permeationsprüfungen künftig breiter in der Qualitätssicherung einzusetzen.

„Das Projekt verdeutlicht den Mehrwert des methodischen Transfers. Etablierte Messverfahren aus anderen Produktbereichen lassen sich – bei entsprechender Validierung – erfolgreich auf neue Anwendungen übertragen Daraus ergeben sich oftmals erhebliche Effizienz‑ und Einsparpotenziale“, betont Dr. Linda Mittelberg, Bereichsleiterin Qualität und Lebenszyklus am SKZ.

Das Projekt „Rohr-Perm“ (Förderkennzeichen 01IF22636N) wird auf Beschluss des Deutschen Bundestages vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWE) gefördert.