Anwendungen Einblicke: Die Grundlagen der hydrostatischen Druckprüfung

In unserem neuesten Anwendungsbericht konzentrieren wir uns auf die Grundlagen der hydrostatischen Druckprüfung. Was wird behandelt:

• Was ist hydrostatische Druckhöhe und warum ist sie wichtig?
• Ein Überblick über den Test und einige Normen
• Ausrüstung und Aufbau des Tests
• Wie man einen hydrostatischen Drucktest durchführt
• Überlegungen
• Wichtigste Schlussfolgerungen

"Die Wassersäule ist ein Maß, mit dem berechnet wird, wie viel Wasserdruck ein wasserdichtes Material aushalten kann, bevor Wasser eindringt."

Die Wasserdruckprüfung wird durchgeführt, um die Widerstandsfähigkeit eines Gewebes oder Textils gegenüber Wasser zu bestimmen, das unter Druck durch das Material gepresst wird.

"Dazu wird Wasser unter Druck durch eine Stoffprobe gepresst und die Ergebnisse aufgezeichnet. Der Test wird als Hydrostatischer Druck bezeichnet."

Während des Tests wird die Probe unter Standardbedingungen einem zunehmenden Wasserdruck von der Unterseite her ausgesetzt (gemessen in Kilopascal oder kPa), bis ein vorher festgelegter Druck erreicht wird, der in der Stoffspezifikation angegeben ist, oder bis zur Durchdringung.

Der Wasserdruck wird mit einem wassergefüllten Manometer überwacht, das den Druck auf die Probe in cm oder Millibar Wasser misst.

"Mit steigendem Druck dehnt sich die Probe aus, und wir warten dann darauf, dass sich auf der Oberseite potenzielle Tropfen bilden

Wenn der Druck steigt, dehnt sich die Probe aus. Wenn wir Textilien auf ihre Wassersäule testen, achten wir auf Wassertropfen, die sich auf der Oberfläche der getesteten Probe bilden können, oder auch darauf, ob das Wasser vollständig oder überhaupt nicht eingedrungen ist.

"Die Wassersäule ist etwas anderes als wasserdicht oder wasserabweisend"

Es ist wichtig zu wissen, dass sich das Testen der hydrostatischen Druckhöhe von anderen Tests, wie z.B. der Wasserabweisung, stark unterscheidet.

Bei der hydrostatischen Druckhöhe wird speziell die Zeit bis zum Eindringen von Wasser getestet, wenn es einem steigenden Wasserdruck ausgesetzt wird. Dabei liegt der Schwerpunkt mehr auf der Konstruktion der Stoffmembran und ihrer Widerstandsfähigkeit gegen Wasserdruck und weniger auf den äußeren Schichten oder Ausrüstungen, die die Wasserabweisung eines Textils unterstützen.

Obwohl die beiden Aspekte miteinander verbunden sind, sind sie nicht dasselbe.

As pressure increases, the specimen will distend. What we look for when testing textiles for their hydrostatic head value, is any droplets of water that may form on the surface of the tested specimen, or equally if no penetration of water has occurred.

Hydrostatic head is different to 'water resistant' and 'waterproof'.

It is important to know that testing for the hydrostatic head value is very different to other types of testing such as water repellency. 

Hydrostatic head is testing specifically the time until penetration of water, when exposed to increasing water pressure. This brings more focus on the construction to the membrane of the fabric and its resistance to water pressure, and less to the outer layers or finishes a textile might have to aid its repellency to water. 

So though the two are linked, they are not the same. 

"Die Wassersäule ist wichtig, weil sie den Widerstand von Stoffen gegen das Eindringen von Wasser bestimmt. "

Die Messung des Wasserwiderstands eines Textils oder Gewebes kann aus vielen Gründen von entscheidender Bedeutung sein.

Ein Beispiel für die Bedeutung des hydrostatischen Drucks ist das Testen der Bodenplane eines Zeltes. Der Zeltboden muss ein hohes Maß an Widerstandsfähigkeit gegen das Eindringen von Wasser aufweisen, da er wahrscheinlich einem gesättigten Boden ausgesetzt ist. Wenn durch Personen, die darauf stehen, sitzen oder schlafen, Druck auf den Zeltboden ausgeübt wird, könnte Wasser eindringen. Ein schlechter hydrostatischer Druckwert würde bedeuten, dass alles, was mit dem Zeltinneren in Berührung kommt, nass wird.

Dies ist die anschaulichste Beschreibung, die ich Ihnen geben kann, wenn es um einen Test der Wassersäule geht, obwohl es viele Textilgruppen gibt, für die dieser Test wichtig ist.

"Wachsende Trends bei Hochleistungstextilien bedeuten, dass die Produkte mehr und bessere Funktionen erfüllen müssen. "

Leistungstextilien sind ein Beispiel für eine wichtige Gruppe, bei der die Wassersäule getestet werden muss.

Als Gruppe haben Funktionstextilien in der Regel viele Eigenschaften, von denen sich die meisten überschneiden. So steht beispielsweise die Atmungsaktivität eines Regenmantels in direktem Zusammenhang mit seinem Widerstand gegen das Eindringen von Wasser, auch bekannt als Wassersäule. Das gilt nicht unbedingt für alle Funktionstextilien, aber im heutigen Klima und bei den Anforderungen, die erfüllt werden müssen, haben diese Textilien immer mehr Funktionen, die sie erfüllen müssen.

Outdoor-Bekleidung und textilbasiertes Zubehör oder Ausrüstung müssen auf viele verschiedene Funktionen hin getestet werden, und aus jedem Test ergibt sich ein Bild davon, wie das Kleidungsstück oder das Produkt funktioniert.
Oft kann ein Techniker aus den Daten eines bestimmten Tests eine grobe Einschätzung der Leistung in einem anderen Bereich vorhersagen, auch wenn es sich dabei nicht um eine exakte Wissenschaft handelt.

"Leistungstextilien wie Outdoor-Bekleidung benötigen einen hohen hydrostatischen Druckwert

Ein leistungsstarkes Kleidungsstück, das wasserdichte Eigenschaften beansprucht, muss eine hohe Widerstandsfähigkeit gegen hydrostatischen Druck aufweisen, um seine Verteidigungsfähigkeit gegen Wind, Regen und andere physikalische Faktoren zu demonstrieren.
Die Prüfung der Wassersäule ist der Schlüssel zum Verständnis der Leistung eines Kleidungsstücks bei ungünstigen Wetterbedingungen, die sich direkt auf den Komfort und vor allem die Sicherheit des Trägers auswirkt.

In früheren Webinaren haben wir bereits erwähnt, dass die Sicherheit bei vielen der heute auf dem Markt befindlichen Hochleistungstextilien eine wichtige Funktion ist, wobei die Sicherheit je nach Verwendungszweck des Produkts unterschiedlich aussieht. Insbesondere bei Funktionskleidung verhindert eine gute Wassersäule, dass der Träger in einem möglicherweise sehr rauen und kalten Klima nass wird, so dass er in seiner Kleidung wärmer und trockener bleibt und insgesamt sicherer ist.

"Die Wassersäule kann ein Indikator für die Wasser- und Luftdurchlässigkeit von Textilien oder ein Maß für die Atmungsaktivität von Gesichtsbedeckungen sein. Sie ist ein wichtiger Faktor für den Komfort eines Stoffes."

Neben dem Aspekt der Sicherheit und des Wohlbefindens können medizinische Textilien eng mit anderen technischen Textilanwendungen verknüpft werden. Beispiele für solche Schutztextilien wären solche, die im Operationssaal verwendet werden, ähnlich wie andere Arten von PSA, die zum Schutz vor Chemikalien, biologischen Gefahren oder schlechtem Wetter eingesetzt werden. Medizinische Textilien MÜSSEN oft mehrere Funktionen haben, wie Atmungsaktivität, Wärmeregulierung und sogar antimikrobielle Eigenschaften.

Sowohl die Wassersäule als auch die Luftdurchlässigkeit stehen in direktem Zusammenhang mit dem Komfort medizinischer Textilien, und hier kommt der Begriff Atmungsaktivität ins Spiel. Wenn wir an die übliche Gesichtsmaske denken, die wir alle kennen, brauchen wir einen gewissen Schutz durch die Maske, aber wir müssen auch in der Lage sein, so leicht wie möglich durch die Maske zu atmen, da die Menschen diese bei der Arbeit oft viele Stunden am Tag tragen. Das Testen der Leistung und der medizinischen Textilien in all diesen verschiedenen Bereichen ist von entscheidender Bedeutung, um einen Hinweis auf die Leistungsfähigkeit zu erhalten.

"Die Anwendungen in der Industrie sind vielfältig und reichen von Funktionskleidung und medizinischen Textilien bis hin zu Zelten und Geotextilien."

Die Anwendungen in der Industrie sind vielfältig und reichen von Sportbekleidung über medizinische Textilien, Zelte und Geotextilien bis hin zu Struktur- und Bautextilien.

Alle Textilien, die Wasser ausgesetzt sind, insbesondere Wasser in Verbindung mit Druck, müssen getestet werden, um ihren hydrostatischen Druckwert zu bestimmen.
Ein Beispiel für ein Struktur-/Bautextil, das getestet werden sollte, wäre das Dach des O2-Gebäudes in London (das Sie oben rechts auf dem Bildschirm sehen können).
Es handelt sich um eine Art wetterfesten ETFE-Kunststoff, der aufgrund seiner Größe und seines Verwendungszwecks in der O2 einen sehr hohen hydrostatischen Druckwert aufweisen muss.

Collectively performance textiles usually have several features, and most of them overlap with one another, for example the breathability of a raincoat is directly related to its resistance to penetration to water, otherwise known as hydrostatic head.

Outdoor wear and related textile accessories/equipment need to be tested to prove the efficacy of their different functions, for example pilling and snagging strength or abrasion resistance under wet conditions, and from each test it builds up a picture of how the garment or product performs. 

Performance textiles such as outdoor wear need a high hydrostatic head value.

A performance garment claiming waterproof properties would need to demonstrate a high level of resistance to hydrostatic pressure to demonstrate its defence capabilities against wind, rain and other physical factors. 

Hydrostatic head testing is key to understanding the performance of a garment in adverse weather conditions, which relates directly to the wearer's comfort, and more importantly their safety.

In performance wear particularly, a good hydrostatic head value would keep the wearer from becoming wet in potentially harsh and cold climates, and therefore the wearer will stay warmer, drier, and safer overall in their clothing.

Industry applications cover many areas, ranging from performance wear to medical textiles, tenting and geo-textiles, through to even structural/building textiles. 

Any textile that is exposed to water, and specifically water combined with pressure, needs to be tested to determine its hydrostatic head value. An example of a structural/building textile that should be tested would be the roof of the O2 stadium (pictured) in London, which is a type of ETFE ‘weather resistant’ building plastic, which needs to have a high hydrostatic head value as it provides shelter and safety. 

Gewebte
EN ISO 811
JIS L 1092
AATCC 208* + AATCC 127
F/Z T 01004
G/B T 4744

Vliesstoff
NWSP 080.6R0
EN ISO 9073-16
ISO 1420

BS EN ISO 811:2018

Wir werden uns auf die EN ISO 811 Standardmethode konzentrieren, aber bevor wir darauf eingehen, lassen Sie uns einen Blick auf die benötigte Ausrüstung werfen.

Prüfgerät für hydrostatische Druckhöhe

Sie benötigen Ihr Prüfgerät für die hydrostatische Druckhöhe. Ihr Prüfgerät sollte über einen Bereich zur Wasserdosierung für jede Probe, einen versiegelten Kopf zum Einspannen der Probe in den Kopf, um ein Auslaufen zu verhindern, und einen Handknopf verfügen, mit dem Sie feststellen können, ob/wann sich ein Wassertropfen bildet. Diese drei Dinge sind das A und O eines jeden hydrostatischen Druckprüfgeräts. Auf dem Bildschirm sehen Sie jetzt unseren HydroView, die neueste Ergänzung unseres Angebots an Leistungstests hier bei James Heal.

Luftkompressor

Je nach Art des hydrostatischen Druckprüfgeräts, das Sie verwenden, benötigen Sie auch einen Luftkompressor.

Bei James Heal benötigen wir einen Luftkompressor, da unser HydroView ein pneumatisches Gerät ist.

Unser Gerät arbeitet mit Druck. Das Gerät benötigt einen hohen Druck, um die zu prüfenden Proben allmählich zu beaufschlagen, da einige Textilien besser funktionieren als andere und unter Umständen viel höhere Drücke benötigen, um Ergebnisse zu erzielen. Die Verwendung eines Luftkompressors bedeutet, dass Sie einen regulierten Druck haben, der leicht einzustellen ist und Ihnen viel genauere Daten liefert.

Frisch destilliertes Wasser

Sie benötigen natürlich Wasser, um einen hydrostatischen Drucktest durchzuführen, aber es muss nicht nur Leitungswasser sein. Bei Textilprüfungen ist das nie der Fall.

In der Norm, mit der wir uns heute befassen, wird empfohlen, frisch destilliertes Wasser der Güteklasse 3 zu verwenden (in der von uns verwendeten Norm heißt es, dass diese Güteklasse derjenigen in ISO 3696 entsprechen soll, daher der Grund, warum Güteklasse 3 gefordert wird).

Der Grund für die strengen Anforderungen der Norm an die Wasserqualität liegt darin, dass der Test darauf angewiesen ist, dass das Wasser zu 100 % klar und so konsistent und wiederholbar ist, wie es für zukünftige Tests oder Vergleiche möglich ist.

Auch die Temperatur des Wassers muss berücksichtigt werden, denn es ist bekannt, dass höhere Temperaturen zu niedrigeren Werten der hydrostatischen Druckhöhe führen. Die spezifische Temperatur in dieser Norm ist 20oc -+2 oder 27oc -+2. Welche Temperatur Sie verwenden, hängt von den klimatischen Bedingungen der Endanwendung des Produkts ab und sollte vor dem Test mit dem Kunden festgelegt werden.

Kommen wir nun zu der Frage, wie ein Test mit einem hydrostatischen Druckprüfgerät durchgeführt wird.

Die genauen Schritte können bei den verschiedenen Instrumentenherstellern variieren, aber dies ist der Grundriss der ISO 811-Methode unter Verwendung des HydroView von James Heal.

"Druckrate und Temperatur bestimmen"

Bevor der Test beginnt, legt die von uns verwendete Norm fest, dass für den Test eine von zwei akzeptablen Steigerungsraten des Wasserdrucks und eine von zwei akzeptablen Temperaturen gewählt werden muss.

Der Druck kann entweder um 10 cm pro Minute oder um 60 cm pro Minute ansteigen, und die Temperatur sollte entweder 20 °C oder 27 °C betragen. Sie sollten sich für eine der beiden Steigerungsraten entscheiden und diese während des gesamten Tests beibehalten.

Die von Ihnen gewählte Temperatur hängt von der Endverwendung der Probe ab und davon, ob sie in einem gemäßigten oder tropischen Klima verwendet werden soll. Bei Produkten, die für britische Kunden bestimmt sind, z.B. Regenmäntel, würden Sie wahrscheinlich eine Temperatur von 20 °C wählen, da in Großbritannien kein tropisches Wetter herrscht. Befindet sich der Kunde, der das Endprodukt verwendet, hingegen in der Nähe des Äquators und wird das Endprodukt sehr stark beansprucht, würden Sie wahrscheinlich 27 °C und eine höhere Drucksteigerungsrate wählen.

Der Druck muss ebenso wie die Temperatur vorher mit dem Textilhersteller abgesprochen werden, da einige Stoffe eine höhere Wasserbeständigkeit aufweisen als andere, aber es sollte vorher besprochen werden, um sicherzustellen, dass die am besten geeignete Druckerhöhungsrate verwendet wird.

Determining when a drop is 'a drop’ can at times be precarious. The test needs to be performed with attentiveness, as hydrostatic head testing is predominantly observed with the naked eye and drops can form within seconds of a glance away.

The standard (EN ISO 811) clearly documents that a drop is any detection of water on the face of the specimen that grows. On occasion, small drops that do not grow in size may appear throughout the test, but these should not be counted. These do not give us an accurate representation of penetration, as some fabrics can ‘sweat’, and some fabrics may have small imperfections, though for this test these are not a consideration.

Note whether the penetration occurs at the edge of the specimen, if so, the standard states to ‘reject as unsatisfactory’ any individual test in which this occurs. Seeing these smaller drops nearer the edge of your specimen could mean that there are more frequent small imperfections in the fabric. Test further specimens until reproducible results are obtained.

All drops shown within these guidelines are to be recorded as part of the data, though for the majority of tests and specimens, this will not be difficult to gauge. 
 

When the drops are recorded for each of the 5 tests, the data includes the time in which it took for the drop to form and at what pressure, specified as either centimetres or millibars of water.

To interpret the results, the mean needs to be calculated from the 5 tests, which forms the final hydrostatic head value for this test. When reporting the data, it is important to provide the data from each test, as well as the final hydrostatic head value, as this gives a good indication of how evenly the specimen performs from test to test.

NOTE: When comparing sets of data and different specimens, only specimens that have been tested at the same pressures and temperatures can be compared to each other.
 

Final considerations

As with nearly all types of testing, that the relative humidity (RH) of the laboratory environment in which the specimens are tested, is an important consideration. Particularly with this type of testing will the RH be a contributing factor to the consistency of the results, but there are also other conditions to look out for in the lab's atmosphere.

Other considerations include:

• Trapped air in between the specimen and the water - when mounting your specimens, ensure there are no pockets of air trapped between the specimen and the water level. 

This is a common issue that technicians find, as it can happen quite easily. Ensure that you have a levelled surface of water, that comes right to the top of the testing area to ensure the water sits as a totally flat surface. We would suggest rolling the specimen over from one side to the other, as opposed to bringing the full piece down vertically.  

• Water tight seal -  the head relies on a completely tight seal. Often these seals will include a rubber ring which aides the sealing.

Should there be imperfections under the seal, water and water pressure could be lost, and you will not be able to perform a test correctly, if any test at all.