Termoplastmassors hållbarhet : Effekten av lång föruppvärmning och artificiell åldring

V ZL/notat

Nummer: V 79 Datum: 1989-03-08

Titel: TERMOPLASTMASSORS HÄLLBARHET

Författare: Ylva Colldin

Avdelning: Vägavde lningen (Materialsektionen) Projektnummer: 42311-1

Pråjektnamn: Vägfärg och vägmarkeringsmassa Uppdragsgivare: Vägverket

Distribution: $4y/ begränsad /

vd» V

%

Statens väg- och trafikinstitut

TERBDPLASMSSORS HÅLLBARHET

Effekten av lång föruppvärmning och artificiell åldring.

Notat nr 79

INNEHÅLLSFÖRTECKNING

1.

INLEDNING

2.

UNDERSÖKTA TERMOPLASTMASSOR

3. UPPVÃRMNINGSFÖRFARANDE

4.

PROVNING

4.1 Trögerslitage 4.2 Stämpelbelastningsvärde 5. KOMMENTAR 6. REFERENSER BILAGOR

TERmrmsmssons HÅLLBARHET

Effekten av lång föruppvärmning och artificiell åldring.

Notat nr 79.

1. INLEDNING

Under 1986 utfördes på VTI en laboratoriestudie av uppvärmr

ningens betydelse för termoplastmassors slitageegenskaper. Undersökningen har redovisats i VTI-notat 16 (1987).

I notatet konstateras bl.a. att värmebeständigheten varierar

väsentligt för olika termoplastmassor och kan få avgörande

betydelse för massans slitageegenskaper:

- Lång föruppvärmning (vid 150°C) påverkar inte nämnvärt de

undersökta massornas slitageegenskaper (som nylagda).

w Lång uppvärmning kring appliceringstemperatur, liksom för

hög uppvärmningstemperatur, kan få negativa konsekvenser

för produktens hållbarhet.

För att ytterligare belysa denna "problematik" har en

komplet-terande undersökning gjorts under 1988. Föruppvärmningens

in-verkan på termoplastmassans åldringsegenskaper har studerats för några av de i VTI-notatet undersökta produkterna.

Den aktuella undersökningen omfattar laboratorieprovning med avseende på trögerslitage efter två olika

uppvärmningsförfaran-den ( normal" respektive lång föruppvärmning) i kombination med artificiell åldring i Xenotest. Även stämpelbelastningsvärden

har bestämts.

2 .

UNDERsöm mmrmsmsson

Fyra termoplastmassor har undersökts (se tabell 1). Tre av de aktuella massorna (20, 5 och 14) levererades under hösten 1986 till VTI. Massa 10 är tillverkad 1987.

Tabell 1: Undersökta termoplastmassor

Mårkning*) Tillverkare Av tillverkaren angiven

appliceringstemp (°C) 20 (-86) Cleanosol 200 10 (-87) Cleanosol 180-200 5 (-86) Geveco 180-190 14 (-86) Skandinavisk 190-200 , Vägmarkering

*) Märkning i enlighet med ref. 1 och 2.

3 . UPPVÃRMNINGSFÖRFARANDE

Vid utläggning av termoplastmassa i fält startar föruppvärmr

ningen av massan som regel dagen före ett planerat

utläggnings-arbete. Massan står i extremfallet på föruppvärmning (vid cirka 150°C) i drygt 60 timmar, varefter temperaturen höjs till

lämp-lig utläggningstemperatur och utläggningen börjar. Denna

"fält-situation" har simulerats på laboratoriet för de aktuella ter-moplastmassorna. Prov mm cirka 1 kg har uppvärmts i l-liters "färgburkar" av aluminium Uppvärmning har skett i vänmeskåp

och/eller i termostatreglerad utrustning med kontinuerlig om-rörning (figur 1).

De båda uppvärmningsalternativen som använts beskrivs nedan:

Uppvärmningsalternativ 1 (med lång föruppvärmning)

Provet uppvärms under 65 timmar (valt av praktiska skäl) i värmeskåp vid 150°C utan kontinuerlig omrörning.

Prov-burken Överförs sedan till en värmemantel (se figur 1)

och uppvänms ytterligare. Då massan antagit lämplig

app-liceringstemperatur (cirka l80-l90°C) gjuts provkroppar

upp. Uppvärmningen i värmemantel (från 150°C till

Uppvärmningsalternativ 2 ( n0rmal" provberedningl

Provet uppvärms i värmemantel under kcntinuerlig

omrör-ning (från 150°C) till appliceringstemperatur och gjuts därefter upp. Uppvärmningen tar totalt cirka 2 timmar.

--+- Omrörarmofor

__2:. -_ /Termome'rer I!

_W

> q v Temperatur-givare

Glaskdri __ _ Temperatur-Burk H / regulaior Värm emanfel -Prov i m __ 0 ' 1.00

4. PRÖVNING OCH RESULTAT

Trögerslitage har bestämts vid -10°C på marshallprovkropp som applicerats med cirka 3 mm termoplastmassa (bilaga 1). Provning

har utförts före och efter artificiell åldring. Bestämning av stämpelbelastningsvärde har utförts vid 20°C (bilaga 2).

4.1 Trögerslitage

p

En provserie på totalt 48 provkroppar undersöktes m.a.p. trög-erslitage, vid -10°C. Provkroppar som applicerats efter lång föruppvärmning av massan (alt.1) jämfördes med provkroppar som applicerats på "normalt" sätt (alt.2).

Hälften av provkropparna (3 för varje uppvärmningsalternativ

och produkt) åldrades därefter artificiellt (1000 timmar i Xenotest) före slitageprovningen. Skillnader i trögerslitage före och efter artificiell åldring, ger en uppfattning om

ter-moplastmassans åldringsegenskaper på vägen (2).

Artificiell åldring innebär att provkroppen placeras i en

väd-ersimulator (Xenotest 250) för accellererad åldring under in-verkan av UV-ljus och vatten, enligt ISO 4892. UV-bestrålningen

(vid 25°C) fortgår under totalt 1000 timmar, med regn 18

minu-ter varannan timme. Åldringen kan för termoplastmassor anses

motsvara minst 2 års åldring på väg.

Erhållna värden (se tabell 1) indikerar att lång föruppvärmning vid 150°C inte eller i ringa omfattning påverkar de undersökta produkternas åldringsegenskaper.

Tabell 1: Trögerslitage före och efter artificiell åldring. Vid två olika

uppvärmningsförfaranden.

Provets

TRÖGERSLITAGE VID -10°c (g)

.

märkning Lång föruppvârmning (alt.1) Hermal föruppvårmning (alt.2) före åldring efter åldring före åldring* efter åldring

20 (-86) 0.2 1.8 0.1 1.4 (O.1;O.3;0.3) (1.6;1.8;l.9) (O.1;O.2;O.1) (1.2;1.0;1.1) (l.7;2.0) (2.0;1.7) 10 (-87) 0.2 2.0 0.3 I,5 (0.2;O.2;O.2) (2.1;1.9;2.1) (O.2;0.3;O.4) (1.6;1.2;1.8) 5 (-86) 0.4 2.1 0.5 2.6 (O.1;O.8;0.2) (l.6;3.l;1.7)*) (O.6;O.4) (2.5;2.7;2.7) 14 (-86) 0.7 1.1 0.4 0.8

(O.3;1.2;0.7) (l.2;0.9;(3.6)**) (O.4;O.4;O.5) (018;O.7;O.8)

*) Skillnaden mellan medelvärde och enskilt värde är större än metoden

godkänner. Fler bestämningar har dock ej utförts.

**) Stryks som enskilt värde, då massa slogs loss från provkroppen.

112 mm V 98mm - V 3nun VJHJ§4 3cn1

Mim

1 101 mm 7.

4.2 Stämpelbelastningsvârde

Stämpelbelastningsvärde har även bestämts för de aktuella

produkterna, efter "lång" respektive "normal" föruppvârmning. Små skillnader erhölls, något som också konstaterats i

VTI-notat 16.

Den långa föruppvârmningen fick som följd att stämpelvärdet som mest ökade med cirka 20 sekunder (från 49 till 68 sekunder för massa 20). Övriga produkters stämpelvärden förändrades med 5

p

sekunder eller mindre. Resultaten redovisas i tabell 2.

. Tabell 2: Stämpelbelastningsvärden för undersökta

termoplast-massor vid olika uppvärmningsförfaranden.

Provets STÃMPELBELASTNINGSVÄRDE VID 20°c (s) märkning Lång föruppvârmning' Nörmal uppvärmning

20 (-86) 68 (75:60) 49 (48;49)

10 (-87) 6 (6:6) 11 (10:12)

5 (-86) 7 (7:6) 4 (4:4)

5. KOMMENTAR

På grundval av föreliggande och tidigare presenterade resultat ((2),(3)) kan för undersökta massor följande konstateras:

- Uppvärmning vid cirka 150°C upp till 65 timmar (i direkt an-slutning till fortsatt uppvärmning och utläggning) påverkar

inte massan nämnvärt m.a.p. slitage- och åldringsegenskaper.

- Lång uppvärmning kring appliceringstemperaturen kan ha

avgö-rande betydelse för hållbarheten (trögerslitage och/eller stämpelbelastningsvärde).

En sammanställning har gjorts av de trögerslitage- och

stämpel-belastningsvärden som erhållits för de aktuella produkterna vid undersökningar på VTI (inom VV-projekt) under L983-88

Ta be ll 3: Sa mm an st äl ln in g av tr ög er sl lt ag e-oc h st äm pe lb el as tn in gs vär de n för ak tue ll a te rm op la st ma ss or . Be st äm ning ar ut för da på VT I 19 83 -1 98 8. Pr ove ts m är k n . Pr od uk ti on sår -8 3

Pr

ovn

in

ge

n

ut

för

d

(8

3-84

)

(8

6-87

)

20 -8 6

10

-8 3 -8 6 -8 7 -8 8 (8 3-84 ) (8 6-87 ) -8 8 -8 3

5

14

-8 6 83 -8 6 (8 3-84 ) (8 6-87 ) -8 8 (8 3-84 ) (8 6-87 ) -8 8 T R ÖG ER S L I T A GE (3 ) Ej ål dr ad ma ss a no rm al pr ovb er ed ni ng 0. 3 65 ti m vi d 15 0°C 3 ti m vi d2 5 0 °C Ål dr ad ma ss a (1 00 0 ti m 1X en otes t) no rm al pr ovb er ed ni ng 3. 5 65 ti m vi d 1 5 0 °C S TÄM P E L B E L A S T N IN G S V ÃR D E (s ) no rm al pr ovb er ed ni ng 28 65 ti m vi d 15 0°C 8 ti m vi d 19 0°C 3 ti m vi d 25 0°C 0. 2 >10 57 73 ₁₅5-

₅₅

4 *)

0. 1 0. 2 3. 7 5. 8 0. 3 0. 2 1. 9 1. 4 1. 8

_<_

1.5

1.5

2.0 49 11 49 11 68 17 6 32 >1 5 3. 0 0. 5 0. 4 0. 7 0. 8 >1 0 >1 0 2. 6 2. 1 <l.0 14 4 18 13 7 10 6 10 9 17 0

11

*)

0. 4 0. 7 0. 8 1.1 170 174 *) Pr ove t så hår t at t pr ovn in gen ej kun de ful lf öl ja s un de r "r im li g ti d" .

6 . REFERENSER

(1) VTI-notat 16. "En laboratoriestudie av uppvärmningens

be-tydelse för termoplastmassors slitageegenskaper". Y. Colldin, 1987.

(2) VTI Meddelande 482. "Laboratorie- och fältprovning av termoplastiska värmarkeringsmassors hållbarhet,

1989-01-01

Bilaga 1

TERMOPLASTISK VÄGMARKERINGSMASSA

Bestämning av stämåelbelastningsvärde

Sid 1

Termoplastisk vägmarkeringsmassa Bestämning av stämpelbelastningsvärde

Thermoplastic road marking materials. Detenmination of indentation

value. l. Orientering 2. Sammanfattning 3. Utrustning 4. Provberedning 5. Provning 6. Beräkning

7. Precision, eventuell upprepning '

8. Rapport

1. Orientering

Denna metod är avsedd för bestämning av stämpelbelast-ningsvärdet hos en termoplastisk vägmarkeringsmassa.

Stämpelbelastningsvärdet är den tid i sekunder, som.en

cylinder med basytan 1 cm. och på vilken kraften 515 N

verkar, behöver för att sjunka 10 mm vid en given temr

peratur.

Metoden bygger i huvudsak på DIN 1996, blad 13 "Prüfung

bituminöser Massen für Strassenbau und verwandte

Gebi-ete. Eindruckversuch mit ebenam Stempel".

2. Sammanfattning

Ett prov på den termoplastiska vägmarkeringsmassan upp-gjutes i formar till provkuber med 7 cm sida.

Provku-berna tempereras med fonm i ett vattenbad.

En cylindrisk stämpel med 1 cm? yta anbringas lodrätt

mot provytan och belastas med en kraft av 515 N. Stämr

pelns intryckningsdjup varierar med tiden och avläses med hjälp av enmätklocka.

Tiden för 10 mm intryckningsdjup registreras.

Normalt utföres bestämningar på två provkuber.

3. Utrustning

3.1. Stämpelbelastningsapparatur med provstämpel, mätklocka och vattenbad enligt DIN 1996, blad 13.

Bestämning av stämpelbelastningsvärde _{Sid 2}

Vikter

'Höj-och sühkanordning

Mütur

Fininstüllning

Provsfüm pel

Vattenbad

Figur 1. Stämpelbelástningsapparatur, Viatest typ ETG I; ETG II.

Bestämning av stämpelbelastningsvârde Sid 3

3.2.

0 m

F'dsfunor

En stämpelbelastningsapparatur som uppfyller DIN 1996, blad 13, är Viatest från Ernst Otto Heise, Viatest Baumaschinen und Fahrzeugwerk, D 7251 Weissach-Flacht. Denna utrustning är så konstruerad att provytan genom

stämpeln kan belastas med en total kraft av 515 i 1 N

lodrätt mot provytan. Belastningsaxeln bidrar med en

kraft av 24.5 N och de vikter som påverkar provytan vid varje mättillfälle ytterligare 490, 5 N.

Provstämpeln består av en stålcylinder med plan

botten-yta på 100 um? (motsvarande en diameter på 11.3 mm).

Stämpelns mantel och bottenyta är finslipade.

Vattenbadets temperatur skall kunna regleras och hela utrustningen skall placeras på ett plant underlag.'

Kubisk stålform med inre kant 70 i 1 mm, bestående av

underläggsplatta och fästanordning (se figur 2).

Underläggs

Bestämning av stämpelbelastningsvärde Sid 4

Tidur.

Glycerin, för infettning av stålform.och

underläggs-platta.

Verktyg för eventuell neddelning av prov, t.ex. hammare eller Slägga.

Lämpligt kärl, t.ex. av plåt, glas eller kartong att

uppvärma erforderlig provmängd i.

Verktyg, t.ex. en spatel, för omrörning av massan. Torkskåp anslutet till ventilationssystem.och inställ-bart på temperaturer upp till ca 220°C.

p

Provberedning

4.2.

Neddelning av prov

Vägmarkeringsmassan neddelas vid behov med hjälp av

hammare eller slägga. För att underlätta neddelningen

kan provet nedkylas i t.ex. ett frysskåp minst ett par

timmar (gärna över natt) för att få en sprödare

konsi-stens och sedan neddelas med hammare eller Slägga i mindre bitar.

Vid sådan neddelning skall skyddsglasögon användas.

Provet kan övertäckas med t.ex. en tygduk för att

för-hindra att bitar flyger omkring vid neddelningen. Uppgjutning av provkuber

Den erforderliga provmängden uppvärmes i ett värmeskåp

eller på annat sätt under omrörning till lägsta möjliga

temperatur vid vilken provet lätt kan homogeniseras och ösas upp.

Denna temperatur ligger normalt vid 180-200°C och

mot-svarar en temperatur strax under den för massan rekomr menderade utläggningstemperaturen. Den uppvärmda

prov-mängden fördelas sedan jämnt i formen (infettad med glycerin). Då provkuben svalnat något bearbetas över-ytan försiktigt med t.ex. en spatel, så att den bildar en liten upphöjning i mitten. Upphöjningen skall vara

så stor att en plan yta bildas då provkuben svalnat helt.

Amm. Den provmängd som skall användas får upphettas

Bestämning av stämpelbelastningsvärde Sid 5

Då provkuben antagit rumstemperatur tages den ur sin

form, vändes så att en sidoyta bildar bottenyta och

spänns på detta sätt åter fast i formen. Det är då vik-tigt att provkuben får fullständigt stöd mot

botten-plattan.

4.3. Temperering

Den i formen vända och väl fastspända provkuben pla-ceras därefter i vattenbadet och tempereras vid 20°C i minst en timme (andra provningstemperaturer kan före-komma).

Normalt utföres bestämning på två provkuber.

5. Provning

Provkuben lägges under provstämpeln och totallasten

flyttas med hjälp av höj- och sänkanordningen nedåt tills den när provkubens yta på ett avstånd av cirka 20 mm från provkanten.

Den kraft som då påverkar provkroppen är 24.5 N.

Mäturet nollställes därefter med hjälp av fininställ-ningsskruven.

Genom långsam.vridning på höj- och sänkarmen anbringas så den totala kraften på provkroppen (515 N) och tid-uret startas. Samtidigt vrides armen 2-3 varv så att

lasten blir helt fri. '

Tiden för 10 mm nedsjunkning registreras.

6. Beräkning

Tiden för 10 mm nedsjunkning av stämpeln anges i

sekun-der för respektive provkub. Det aritmetiska medelvärdet beräknas.

7. Precision, eventuell upprepning

Om den relativa avvikelsen mellan enskilt värde och me-delvärde ej överstiger 5 3 för meme-delvärden mindre än

50 8, eller 10% för medelvärden större än 50 s godtas värdena.

Är skillnaden större provas ytterligare två provkuber.

Det aritmetiska medelvärdet av samtliga värden beräk-nas. Om den relativa avvikelsen mellan detta medelvärde

Bestämning av stämpelbelastningsvärde

8. Rapport

Sid 6

och något enskilt värde är större än 5 3 respektive 10% förkastas värdet och ett nytt medelvärde beräknas ur godtagna värden.

Vid bestämning av stämpelbelastningsvärde skall prov-ningsrapporten ge besked om

a) att provningen utförts enligt denna metod,

b) provstämpelns bottenyta, o) den totala provbelastningen,

d) provningstemperaturen,

e) tiden för 10 mm intryckning, medelvärde och

1989-01-01 Bilaga 2

TERMOPLASTISK VÃGMARKERINGSMASSA

Bestämning av slitage med Trögerapparat

Sid 1

Termoplastisk vägmärkeringsmassa

Bestämning av slitage med Trögerapparat.

Thermoplastic road marking materials.

Determination of abrasion value usingthe Tröger apparatus.

1. Orientering 2. Sammanfattning 3. Utrustning 4. Provberedning 5. Provning 6. Beräkning

7. Precision, eventuell upprepning

8. Rapport '

1. Orientering

Denna metod är avsedd för bestämning av slitageegen-skaper hos termoplastisk vägmarkeringsmassa. Slitaget utförs i en s.k. Trögerapparat på massa uppgjuten i

form. Provningstemperaturen är -10°C.

2. Sammanfattning

Den uppvärmda, homogeniserade, termoplastiska

vägmar-keringsmassan uppgjuts i speciell form.och tempereras

vid -10°C under 15-20 timmar. Provkroppen spännes sedan fast i en Trögerapparat.

Slitaget utförs av en nålpistol som drivs med tryck-luft. Under provningens gång blåser luft (-10°C) kon-tinuerligt över provkroppen.

Mängden bortslitet material registreras genom Vägning före och efter provning.

Normalt utförs provning på två provkroppar.

3. Utrustning

3.1 Trögerformar: stålring med ytterdiameter 105 mm, inner-diameter 101 mm och höjd 30 mm.

Bestämning av slitage med Trögerapparat 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 3.8 3.9 3.10 Sid 2

Spatel eller annat lämpligt verktyg för omrörning i vägmarkeringsmassan.

Neddelningsverktyg (vid behov), t ex hammare eller

Slägga.

Värmeskåp som kan inställas på termperaturer upp till

cirka 220°C.

Frysskåp som kan inställas på temperaturer ner till

cirka -15°C.

Våg med minst noggrannheten 0.1 g.

Trögerapparat placerad i ett ljudisolerat skåp. Principskiss, se figur 1.

Anordning för kontinuerlig tillförsel av kall luft (-10°C). Exsickatorfett.

5??

Trytkluff för

'I'

ø

dmmkgcwçEmMJ// j= J W W W a . r . r \ J '1 '< c. §ø. u. ,\ -v. ,. _ Kdlháfñk termosfufering av provyfor ü;_. * §_\ » L Roterande bord

§5

:8

V Nmar *

Bestämning av slitage med Trögerapparat 4. 5. 5.1 5.2 Sid 3 Provberedning Provning

Vägmarkeringsmassan neddelas vid behov med hjälp av

hammare eller slägga. För att underlätta neddelningen

nedkyles provet i t ex ett frysskåp minst ett par timr mar för att få en sprödare konsistens.

Vid neddelning med hammare eller slägga skall

skydds-glasögon användas.

Provet kan övertäckas med en tygduk för att förhindra att bitar flyger omkring vid neddelningen.

Efter avslutad neddelning tages slumpvis, på olika ställen från provets inre delar, bitar till en

samman-lagd vikt av cirka 1.5-2 kg. '

Det så uttagna provet placeras i "lämpligt kärl" (t ex en plåtburk eller kraftig pappkartong) för uppvärmning i värmeugn eller på annat likvärdigt sätt. Kärlet över-täcks under uppvärmningen med t ex folie, dock ej med

tätslutande lock. Provet uppvärms under försiktig omr

rörning till en temperatur strax under den av

tillver-karen rekommenderade utläggningstemperaturen eller till sådan temperatur att massan lätt kan homogeniseras och ösas upp.

Då provet nått erforderlig temperatur och

homogenise-rats fylls en Trögerform (3.1) med massa upp till for-mens kant.

Formen skall vara placerad på ett med exsickatorfett

insmort plant underlag av stål.

Provkroppen får därefter svalna till rumstemperatur och

tempereras sedan cirka 15-20 timmar vid -10°C. Normalt utförs provning på 2 provkroppar.

Vägning, allmänt

Vägningarna görs med avläsning på 0.1g. Invägning och körning i Trögerapparat

Provkroppen vägs in och spänns fast i Trögerapparaten.

Nâlpistolens läge justeras så att avståndet mellan nål-knippet och provkroppens överyta blir 5 mm.

Det roterande bordet med provkroppen igångsätts. Rota-tionshastigheten skall vara 30 varv per minut.

Bestämning av slitage med Trögerapparat Sid 4

Dörren till det ljudisolerande skåpet stängs och Trö-gerapparaten startas.

Provkropparna köres 16x40 sekunder (lufttryck 500 kPa)

med 32 sekunders paus mellan varje period. Samtidigt blåses kall luft (-10°C) kontinuerligt över

provkrop-pen. Genom lämplig automatik kan start och stopp av Trögerapparaten ske utan laborantens medverkan.

5.3 Vägning

Då provningen avslutats tages provkroppen bort, borstas väl och väges.

6. Beräkning

Slitaget anges i gram och beräknas enligt följande: S = m; - ms

där S = slitaget i gram

mi= vikt av ursprunglig provkropp i gram

ms= vikt av provkropp efter provning i gram Slitaget anges på 0.1 g när.

Det aritmetiska medelvärdet beräknas. 7. Precision, eventuell upprepning

Om den relativa avvikelsen mellan enskilt Värde och

me-delvärde ej överstiger 0.5 g, för meme-delvärden mindre än

5.0 g, eller 10%, för medelvärden större än 5.0 g, god-tas värdena.

År skillnaden större provas ytterligare två provkrop-par. Det aritmetiska medelvärdet av samtliga värden

be-räknas. Om den relativa avvikelsen mellan detta medel-värde och något enskilt värde är större än 0.5 g

res-pektive 10% förkastas värdet och ett nytt medelvärde

beräknas ur godtagna värden. 8. Rapport

Vid bestämning av slitaget skall provningsrapporten ge besked om

a) att provning utförts enligt denna metod,