Von Konvertern hergestellte Kunststoffteile werden oftmals in Produkten verwendet, die von OEM-Herstellern als Bestandteil einer größeren Anordnung hergestellt werden. Endmarktanwendungen für Kunststoffe sind vielfältig und reichen von Verpackungen für Lebensmittel und Pflegeprodukte, bis hin zu Anwendungen im Automobilbereich, im Bauwesen, in medizinischen Geräten und in persönlichen elektronischen Geräten. Die Endnutzer von Kunststoffprodukten profitieren von der Nutzung von Analyseverfahren zur Charakterisierung der Produktleistung, Vorhersage der Produktlebensdauer und Durchführung von Studien zur Fehleranalyse.
Instrumente und Testparameter
Festigkeit des Polymermaterials
- Elastizitätsmodul, Streckgrenze, Bruchfestigkeit, Bruchdehnung
- Ermüdung und Langlebigkeit, S-N-Kurven
- Festigkeit als Funktion der Temperatur
Festigkeit des fertigen Bauteils
- Ausfall durch Biegen, Schwingungen oder Brechen
- Ermüdung und Langlebigkeit, S-N-Kurven
- Festigkeit als Funktion der Temperatur
Dynamische Differenzkalorimeter (DSC)
Thermische Stabilität
- Oxidationsinduktionszeit (OIT)
- Oxidations-Onset-Zeit (OOT)
Phasenübergang
- Kristallinität
Dynamisch-mechanische Analyse (DMA)
Mechanische Eigenschaften von Materialien
- Speichermodul, Verlustmodul, Tan Delta
- Glasübergang (Tg)
Charakterisierung der Mischungsverträglichkeit
- Speichermodul, Verlustmodul, Tan Delta
Wirkung von Wärme und Feuchtigkeit auf mechanische Eigenschaften
- Speichermodul, Verlustmodul, Tan Delta
- Glasübergang (Tg)
Charakterisierung der mechanischen Anisotropie
- Speichermodul, Verlustmodul, Tan Delta
Anwendungsbeispiele – Charakterisierung & Verarbeitung von Polymeren
Im Grunde können die wichtigsten Schritte der thermoplastischen Verarbeitung auf drei grundlegende Prozesse heruntergebrochen werden:
- Erwärmen zum Schmelzen/Weichmachen des Harzes
- Verformen zur endgültigen Form
- Abkühlen des Produkts und Freigabe
Diese drei Schritte sind in den unterschiedlichen Polymerverarbeitungstechniken, vom Spritzgießen und der Extrusion bis hin zum Thermoformen und Folienblasformen, anwendbar, obwohl sich die Details der Herstellungsparameter unterscheiden können. Hier werden die wichtigsten Fragen näher betrachtet, die man sich üblicherweise in jeder Phase der Polymerverarbeitung stellen muss und es werden die Antworten mit den durch Techniken der Polymercharakterisierung gewonnenen Erkenntnissen erläutert.
Wie leistungsfähig ist das Produkt?
Ein Verständnis der Produktleistung unter den endgültigen Bedingungen der Endanwendung trägt zur Steuerung der Produktformulierung sowie zur Prozessoptimierung bei und spielt eine wichtige Rolle bei der Fehlersuche und Fehleranalyse. Für Kunststoffprodukte stehen die mechanischen Eigenschaften in engem Zusammenhang mit der Leistung des Endproduktes und können durch eine Kombination unterschiedlicher mechanischer Prüftechniken beurteilt werden, die Informationen zum Modul des Materials liefern. In Abhängigkeit von der Art der Verformung können auch zusätzliche Informationen und Einblicke erhalten werden.
- Monotone Prüfungen: Unidirektionale Verformung zum Ausfall unter einer angewendeten Last – Prüfen von Materialien unter Bedingungen zunehmender Last (z. B. Spannungs-Dehnungs-Kurven)
- Ermüdungsprüfungen: Verständnis von Schäden und Ausfällen durch wiederholte Belastung – Prüfen von Materialien und Endprodukten unter Bedingungen einer zunehmenden Zyklisierung (z. B. S/N-Kurven)
- Dynamisch-mechanische Analyse (DMA): Untersuchen der festen viskoelastischen Eigenschaften in Abhängigkeit von der Temperatur und Verformungsfrequenz (z. B. Glasübergangstemperatur (Tg), Zeit-Temperatur-Superposition (Time-Temperatur-Superposition – TTS))
Bei einer DMA-Prüfung wird die Temperaturabhängigkeit der mechanischen Eigenschaften einer festen Probe unter Biegung, Kompression oder Zugverformung untersucht. Sie liefert quantitative Informationen über die viskoelastischen Eigenschaften des Materials durch den Speichermodul (E’), Verlustmodul (E”) und tan(δ) (Dämpfungsfaktor). Wenn Polymerproben erwärmt werden, durchlaufen sie Übergänge, die sich in diesen mechanischen Parametern widerspiegeln. DMA ist eine der empfindlichsten Techniken, die zum Messen von Glasübergangs- und beta-Übergangstemperaturen verfügbar sind, da sie subtile Veränderungen der lokalen Polymermobilität wahrnimmt, die durch die erhöhte Temperatur verursacht werden.
Beantworten Sie die folgenden Fragen mit den Ergebnissen Ihrer DMA:
- Verarbeitung: Wurde diese Kunststoffcharge gleichmäßig vermischt, um eine Mischbarkeit zu erreichen?
- Produktleistung: Weist dieses Produkt die richtige mechanische Festigkeit/Steifigkeit für die beabsichtigten Umweltbedingungen (Temperatur, relative Feuchtigkeit) beim Endverbrauch auf?
- End-of-Life: Passen mit recyceltem Ausgangsmaterial hergestellte Produkte zu den mechanischen Eigenschaften derjenigen, die mit frisch synthetisierten Polymerenhergestellt werden?