Bij het onderzoekslab van het team materialen van Kiwa Technology in Apeldoorn werkt laboratoriummanager materialen Ariën Dudink met een groep van zo’n 15 technici en consultants die gespecialiseerd zijn in materiaal- en schadeonderzoek van kunststoffen en metalen.
Heel anders dan de activiteiten van het chemisch-analytische laboratorium, al zijn er zeker raakvlakken: “We doen veel onderzoek bij Kiwa Technology aan kunststofbuizen voor gas-, water- en rioolleidingen, waaronder permeatieonderzoek en restkwaliteit, waar het team van Dudink zich ook mee bezighoudt. Bij de onderzoeken proberen we zoveel mogelijk samen te werken met de andere Kiwa-laboratoria.”
“We doen veel onderzoek aan kunststofbuizen voor gas-, water- en rioolleidingen, waaronder permeatieonderzoek en restkwaliteit”Bert Gerritsen, Kiwa Technology
Er is ervoor gekozen om kantoorruimte te verbouwen tot extra ruimte op het laboratorium voor nieuwe apparatuur. Tot de nieuwe apparatuur behoort een extra hoge valtoren van Instron. “Feitelijk een uitbreiding op de bestaande onderzoeksexpertise om duurzaamheid en slagvastheid van materialen te kunnen beproeven. Deze test valt binnen een van de specialisatiepijlers binnen dit lab, namelijk restkwaliteit van kunststoffen. Al het onderzoek gebeurt onder geconditioneerde klimaatomstandigheden, waardoor temperatuur en vochtgehalte binnen de gewenste bandbreedte blijven.”
Dit lab beschikt over een uitgebreid instrumentarium om een aantal belangrijke internationaal erkende materiaaltesten onder accreditatie te kunnen uitvoeren. Dudink: “Dat zijn binnen de Slow Crack Growth (SCG)-testen, de Strain Hardening Test (SHT), Crack Round Bar (CRB), de Accelerated Notch Pipe Test (ANPT) en de Accelerated Full-Notch Creep Test (AFNCT).”
De SCG-testen zijn een goed voorbeeld van hoe nauw de monstervoorbereiding luistert bij dit type onderzoek en welke hoge eisen dit stelt aan de apparatuur om tot een reproduceerbaar en betrouwbaar resultaat te komen. Met deze testen wordt de weerstand van het kunststofmateriaal tegen langzame scheurgroei bepaald, een belangrijke indicator voor de verwachte levensduur van leidingmaterialen. “De SHT is een belangrijke test om de kwaliteit van gas-, en waterleidingen te kunnen beoordelen. We werken voor de SHT met granulaat en maken van het monster een dunne plaat en dan stansen we het in de gewenste vorm, een haltervormig proefstuk (dogbone). Allemaal conform ISO 18488. De dogbone trek je uit elkaar op een trekbank bij verhoogde temperatuur. De mate van rek die je meet, geeft een uitslag die je interpreteert. Alles draait om het gecontroleerd en representatief uitvoeren van de test.”
“Bij de CRB maken we midden in het cilindrische staafje ter grootte van een vinger een kerf. Dit is het preferente breukvlak en de positionering luistert extreem nauw. Hiervoor is een speciale draaibank ingericht die een perfect gedimensioneerde cilindrische staaf produceert en aansluitend de kerf tot op de tiende millimeter nauwkeurig aanbrengt.”
De nieuwste aanwinst, de genoemde metershoge valtestopstelling van Instron, paste vanaf de grond net in de ruimte. Daarom is er een uitsparing in het plafond gemaakt. “Ergonomisch gezien wil je niet vanaf de grond werken, daarom hebben we dit zo opgelost”, demonstreert hij de unit. In zijn handen een proefstaafje kunststof, geprepareerd uit een buis, waarop tijdens de test grote krachten worden uitgeoefend. “Je plaatst een proefstaafje en laat vervolgens met verschillende ingestelde krachten een gewicht op het monster vallen. Dit is ontwikkeld voor een van onze grootste opdrachtgevers.”
De nieuwe Instron-valtoren maakt het mogelijk om slagvastheidsproeven met hoge reproduceerbaarheid uit te voeren. Door nauwkeurig ingestelde impactenergieën op proefstukken los te laten, kan het gedrag van verouderde materialen worden beoordeeld. De resultaten geven inzicht in de resterende levensduur en de geschiktheid voor verder gebruik. Het lab doet zo onderzoek aan taai-bros-overgangen bij kunststoffen. Hierbij wordt materiaal bij een bepaald temperatuurregime aan valkrachten blootgesteld. Bij hoge temperatuur leidt impact tot een taaie vervorming, bij lage temperatuur wordt het bros met breukvorming tot gevolg. De overgangstemperatuur waarbij dit gebeurt, zegt iets over de eigenschappen en het type materiaal.
Schadeonderzoek aan metalen gebeurt hier ook veelvuldig. “Elk schadeonderzoek start met een visuele analyse. Welke kenmerken zijn er zichtbaar en hoe is deze schade verdeeld over het oppervlak.”
Bij het faalmechanisme corrosie wordt het metaal aangetast door de omgeving. Corrosie ontstaat door een ongunstige interactie tussen materiaal en omgeving. Het probleem ligt dus niet per se bij het metaal of de omgeving, maar aan de combinatie. “Bij corrosieschade maken we vaak een doorsnede om ook in de diepte te kunnen kijken. We kunnen hierbij de microstructuur analyseren van het metaal door het te etsen en vervolgens te bekijken met een optische microscoop.”
De chemische samenstelling van het metaal (legering) kan worden bepaald op verschillende methoden. Welke methode het wordt, is afhankelijk van de legering en de gewenste nauwkeurigheid. De legeringen die bij Kiwa veel voorkomen zijn koper, messing, staal en RVS. De chemische samenstelling van deze legeringen kan met voldoende nauwkeurigheid worden vastgesteld met een EDX-sensor van een elektronenmicroscoop (SEM).
De aanwezige vervuilingen in de legering kunnen zeer klein zijn. Echter, als de vervuilingen zich concentreren nabij lassen, korrelgrenzen of andere kritieke plekken kan dit leiden tot een lokale verminderde corrosieweerstand. Met de EDX-sensor [Energie Dispersieve X-ray, red.] kunnen microscopische vervuilingen gemeten worden en daarmee een waardevolle toevoeging zijn in het corrosieonderzoek.
De stoffen die in de omgeving aanwezig waren tijdens het corrosieproces zitten meestal nog in de corrosieproducten. Een chemische analyse van de corrosieproducten geeft vaak een goed beeld van de aanwezige vervuilingen die een rol hebben gespeeld bij de corrosie. De chemische elementen zwavel en chloor zijn veelvoorkomende boosdoeners in de corrosie van koperleidingen. De chemische samenstelling van de corrosieproducten kan nauwkeurig worden bepaald met een EDX-sensor van een elektronenmicroscoop.
Macroscopische breukkenmerken kunnen worden vastgelegd met een optische macroscoop.
Deze mogelijkheid is al aanwezig en wordt daarvoor gebruikt. Inzoomen op meer detail kan de afdeling ook, legt Dudink uit. “Als de breukkenmerken zeer klein zijn, zoals bij vermoeiing (striaties), waterstofverbrossing (openstaande korrelgrenzen) of taaie breuk (dimpels), is onderzoek bij hogere vergroting noodzakelijk. De microscopische kenmerken kunnen dan niet meer met een optische microscoop worden vastgelegd maar wel met een rasterelektronenmicroscoop (SEM).”
Regelmatig zijn er aanvragen om ontstane problemen te onderzoeken zoals een lekkage. Daarbij wordt dikwijls vastgesteld dat er een leiding uit een (knel- of pers-) koppeling is geschoten. Vaak blijkt dit te komen doordat de leiding niet ver genoeg was ingestoken of dat men vergeten is om de koppelingen te persen of aan te draaien. Dudink: “Ook andere installatiefouten kunnen lekkage veroorzaken, bijvoorbeeld bramen aan een leiding die de rubberen O-ringafdichting hebben beschadigd. Fabricagefouten waardoor maatvoering niet klopt zijn ongewoon, maar kunnen wel leiden tot veel problemen als de hele batch onderhevig is.”
Tot slot, en heet van de naald, is een nieuwe, uitpandige onderzoeksruimte, waar Kiwa in een beveiligde omgeving permeatietesten kan uitvoeren met gassen. Aangezien deze explosiegevaarlijk zijn, is ervoor gekozen om dit lab in een speciaal uitgeruste zeecontainer uit te voeren op het buitenterrein met de benodigde maatregelen om het explosiegevaar te beheersen. “De container heeft twee op maat gemaakte klimaatkamers, waarvan er een ATEX-proof is en tot 80 ºC kan worden verwarmd. Bij permeatietesten kunnen we hier op hoge temperatuur in combinatie met potentieel explosieve gassen als waterstof veilig testen. Methaan, CO2 en ammoniak zijn ook opties. Door een locatie buiten onze gebouwen te kiezen doorkruisen we niet de bestaande ATEX-zonering en kan er veilig getest worden.”
“Door te investeren in capaciteit, expertise en innovatieve testfaciliteiten versterkt Kiwa zijn positie als onafhankelijk kennis- en testcentrum voor de energie- en infrastructuursector”Bert Gerritsen en Ariën Dudink, Kiwa Technology
Kortom, met de uitbreidingen in zowel gasanalyse als materiaalonderzoek speelt Kiwa Technology in op de veranderende eisen van de energietransitie. De groei van groengas, waterstofgas en nieuwe energiedragers vraagt om betrouwbare kwaliteitscontroles, hoogwaardige materiaaltesten en diepgaande kennis van leidingsystemen. Gerritsen en Dudink: “Door te investeren in capaciteit, expertise en innovatieve testfaciliteiten versterkt Kiwa zijn positie als onafhankelijk kennis- en testcentrum voor de energie- en infrastructuursector.”
Kiwa Technology in Apeldoorn investeert in gasanalysediensten en materiaalonderzoek
Van EMC-onderzoek en kalibraties tot medische hulpmiddelen testen en certificering
Warmtepompen testen op prestaties, veiligheid en elektromagnetische compatibiliteit
Nieuw Kiwa-laboratorium test sprinklers uit blusinstallaties
