In Apeldoorn exploiteert de unit Plastic piping systems and hygenic aspects van Kiwa het modernste kunststoflab in Europa. Onder meer de sterkte en de levensduur van kunststofleidingsystemen worden hier beproefd. Ook wordt er in dit lab rubber getest met onder andere stress-testen. Dit voor kwaliteitscontrole en certificeringsdoeleinden in de kunststofindustrie.

Vincent Hentzepeter | Fotografie: Foodnote

De kwaliteitscontrole van kunststoffen is een vak apart, leert een rondgang met Martijn van Beijeren, Laboratory Manager division P&I en Lex Rikers, Senior lab technicus/coördinator bij Kiwa Nederland bv. Het lastige met bijvoorbeeld kunststofbuizen is dat ze er na productie perfect uit kunnen zien, maar wat gebeurt er als ze bijvoorbeeld 50 jaar onder de grond liggen of jarenlang aan wind, UV-licht, ozon of sterk wisselende temperaturen blootgesteld worden? Veel tijd om te wachten is er niet, vandaar dat de laboratoriumexperts bij KIWA vaak versnelde veroudering toepassen om te zien of een buis bros wordt als hij tien jaar in de zon hangt of materialen scheuren onder langdurig hoge drukken.

Levensduur kunststofmaterialen

De afdeling Plastic piping systems and hygienic aspects (PPS) heeft door de jaren de expertise opgebouwd om de juiste testtechnieken in te zetten om een reële inschatting te kunnen maken van de levensduur van kunststofmaterialen. Voor klanten uit de industrie wordt hier jaarlijks bekeken of hun materialen, bijvoorbeeld hun kunststofgranulaat, nog aan de specificaties voldoen conform de hiervoor geldende wettelijke normen en/of de eigen productie-eisen. Essentieel voor het verlengen van een certificering. Maar het laboratorium verricht ook R&D-onderzoek voor of samen met de industrie. Het gaat dan om het testen van nieuwe kunststof compounds en het eventueel optimaliseren van de samenstelling daarvan, om vervolgens de kunststofmaterialen weer te beproeven voor een certificering.

Rubbers gaan we hier in het lab versneld verouderen onder een verhoogde temperatuur van 70 graden
Lex Rikers, Senior lab technicus/coördinator bij Kiwa Nederland

Versnelde veroudering rubbers

Rubberafdichtingen zijn de achilleshiel van vrijwel alle (kunststof)leidingsystemen. Bedoeld voor vaak tientallen jaren afdichting zijn de EPDM-rubbers voor drinkwater- en warmwatersystemen. EPDM staat voor Ethyleen-Propyleen-Dieen-Monomeer en is een groep van synthetische rubbers of elastomeren. Voor rioleringen en niet-drinkwatersystemen wordt SBR gebruikt, Styreen Butadiëen Rubber, de meest gebruikte en oudste synthetische rubbersoort ter wereld. Tot slot is er voor gasapplicaties NBR -nitrielbutadieenrubber – dat ook bij KIWA getest wordt. “Rubbers gaan we hier in het lab versneld verouderen onder een verhoogde temperatuur van 70 graden en EPDM zelfs bij 125, omdat daar ook heet water doorheen stroomt. Zo’n accelarated aging-test duurt een week. We kijken daarbij o.a. naar de spanningsrelaxatie, dus wat is afname van de rek in de tijd als zo’n rubber een week zwaar beproefd is. Dit wordt uitgevoerd met een krachtcel bij 23 graden en een kracht van 150 tot 300 Newton, pakweg tussen de 10 en 30 kilo gewicht. Er wordt in deze testperiode gekeken wat de krachtafname is bij 25% indrukking.”

Onderzoek kunststofcompounds

Afdichtingsrubbers moeten zeker 30 jaar meegaan. “Of dat inderdaad zo is, controleren wij voor fabrikanten. Is dat niet het geval, dan moeten er bijvoorbeeld extra bestanddelen aan het rubber worden toegevoegd, zoals een additief voor de ozonbestendigheid. Zit dat er te weinig in, dan zie je cracks verschijnen. Wij testen of hun receptuur de juiste was. Dat is niet vanzelfsprekend zo, want door het chronisch tekort aan grondstoffen is men gedwongen naar alternatieven te zoeken.”

Nieuwe bestanddelen in een kunststofcompound? Extra onderzoek
Lex Rikers, Senior lab technicus/coördinator bij Kiwa Nederland

Dit soort kwaliteitscontroles moeten kunststoffabrikanten jaarlijks ondergaan. Bij gebruik van nieuwe bestanddelen in een kunststofcompound is extra onderzoek vereist. “Dan moet de levensduur nog helemaal bepaald worden. Bij temperatuurafhankelijk testen tot maximaal 250 graden komt er na 3, 4 maanden een rapport uit met meetdata over de nieuwe compound die gecertificeerd moet worden. Dit testrapport gaat naar onze certificeringsafdeling die dit verder afhandelt en bepaalt of de compound wel of niet voldoet aan de productnormen van het product dat de fabrikant wil gaan maken.”

O-ringtesten

Bij O-ring testen denken ze bij KIWA óók in het groot. De te testen afdichtingen gaan namelijk van circa 5 mm tot maar liefst 2 meter in diameter. "Zulke grote ringen zijn nodig voor drinkwatertransport met betonnen buizen; daar passen ze een betonnen mof/spie toe waar de buis ‘ingerold’ moet worden met de rubberen O-ring ter afdichting; we hebben exemplaren getest die mechanisch nog goed in orde zijn na 70 jaar. Microbiële afbraak kan soms een probleem worden; er worden hapjes uit het rubber gevreten door micro-organismen, de diepte van de hapjes kunnen we hier bekijken."

Barstdrukproeven

De bepaling van de levensduur van buissystemen zelf doet KIWA in het Natlab met barstdrukproeven. Zo is vast te stellen hoe sterk drinkwaterleidingen, rioolbuizen en gasleidingen zijn en hoe lang ze meegaan. De hele ruimte staat vol bassins waarin de buizen getest worden. In totaal is er een capaciteit voor zo’n 1.500 drukpunten. Alle samples zijn aangesloten op een geautomatiseerd systeem, zodat de conditie van de buis actueel te volgen is. Treedt er breuk op, dan is dit direct bekend. Sommige buissystemen zijn taaie rakkers en geven zelfs maanden na de vereiste testduur nog geen krimp, andere geven er voortijdig de brui aan.

Kijk, buis nummer 77 met diameter 50 mm is nu 2.135 uur (zo’n 14 weken) onderweg
Lex Rikers, Senior lab technicus/coördinator bij Kiwa Nederland

“De standaard testtijd is 1.000 uur (24/7 zes weken lang) in een waterbad bij 60, 80 of 95 graden om versneld te verouderen, met een berekende druk. We gaan uit van de parameters, zoals die opgenomen zijn in de testnorm voor de wandspanning en kunnen dan via de ‘ketelformule’ uitrekenen op welke druk getest moet worden.”

Controlekamer

In de aanpalende controlekamer is de status van de buissystemen via de kleurcoderingen direct te zien op de schermen. Geel is opstartfase, groen is nog in testfase en rood is vrij. “Dit veld is zwart, de buis is dus kapot; de druk staat op 20 bar met een marge tussen de 19 en 22, de volumeverandering door de breuk werd gesignaleerd door de apparatuur, de buis is eruit gehaald en gerapporteerd dat die de testduur niet heeft gehaald. Heeft-ie de test wel doorstaan, dan gaat het rapport door naar de certificaatdeskundige die in contact staat met de klant.” Een scherm verder toont het volgende beeld: “Je ziet hier 1 bad met 50 afsluitingen die op 1 regelkast staan. Alles is al kapot, maar deze is nog heel; voor certificering moet het uiteraard heel blijven voor de berekende levensduur. Kijk, buis 77 met diameter 50 mm is nu 2.135 uur (zo’n 14 weken) onderweg, staat op een druk van 44,5 bar. Met één klik kan ik de grafiek erbij toveren en zien of die binnen de specificaties zit. Na het testen gaat er een analyserapport naar de betreffende certificeringsdeskundige om een oordeel te vellen over het geteste product.”

Oxidatieinductietijd

Bij het verbinden via lassen van kunststofbuizen en fittingen is het van belang te weten wat de kunststof doet bij hoge temperaturen (ca. 200 °C). In kunststofbuizen zitten additieven met een anti-oxidante werking. Je moet weten hoe lang die standhouden bij verwarmen, dus bij het lassen van kunststofbuizen. We verwarmen een buisdeeltje van 15 mg in stikstof, injecteren daarna met zuurstof op ca. 200 °C. Hierdoor komt een oxidatieproces op gang en daar komt een curve uit om de oxidatieinductietijd bepalen. Dan weet je hoelang het duurt voor oxidatie toeslaat. En oxidatie houdt in dat je gelaste verbinding van mindere kwaliteit wordt met brosheid als symptoom.”

Kruipratio en trekslagsterkte

Onder druk van meters grond of een zwaar wegdek hebben buizen in de grond aardig wat te verduren. Ze worden letterlijk platgedrukt, dit mag, maar wel binnen de eisen van de productnorm. Ook dit kan getest worden. “Dat doe je door de kruipratio te bepalen. Een buis ligt zeg 3 of 4 meter onder de grond. Er komt een hoge druk op van boven, maar ook vanuit het grondwater bijvoorbeeld. We bootsen dat proces hier in zes weken na met een van tevoren te gemaakte krachtberekening bij 23 graden en kijken dan naar de afname van de diameter. Hij gaat zo’n 10 procent platter worden, veel platter mag hij vanuit kruipgedrag niet worden.”

We bootsen het platdrukken van buizen hier in zes weken na
Lex Rikers, Senior lab technicus/coördinator bij Kiwa Nederland

Speciale trekslagtesten zijn er voor proefstalen van onder meer (milieu)folies. “Een stevige folie van 2 mm PE, we kijken specifiek naar de trekslagsterkte van folielassen, want die foliebanen moeten aan elkaar vastgemaakt worden en mogen niet scheuren.”

Vloerverwarmingen beproeven

Voor het testen van o.a. vloerverwarmingssystemen en warm-, en kouddrinkwatersystemen dient een temperatuurwisseltest uitkomst. Er kan tot een buisdiameter van 110 mm worden getest. "Vloerverwarming is een warmwaterleidingsysteem. Deze buis is ontworpen voor 6 bar; die druk handhaven we een kwartier op 20 °C en gaan daarna in temperatuur naar 95 °C en terug naar 20 °C voor 15 minuten. Die cyclus duurt 30 min en wordt minimaal 5000 × herhaald. Een test zoals deze duurt dan ook bijna 4 maanden. Daarna moeten de buis, de fitting en verbinding van buis met de O-ring op de fitting nog heel zijn. Doorstaat het systeem deze versnelde veroudering, dan kan er een levensduurgarantie van 50 jaar worden afgegeven."