Failure analysis on plastic products – the importance of instrumental analysis
Vortrag von Christoph Zekorn im Rahmen der Konferenz der "Polymer Testing World Expo 2021" in Essen
Spritzgegossene Zahnstangen aus Polyoxymethylen (POM) unterliegen im Einsatz - insbesondere im Bereich der Zahnflanken, in Folge der Interaktion mit einem entsprechenden Zahnrad - einer erhöhten mechanischen Beanspruchung. Kundenreklamationen beschrieben frühzeitig ausfallende Zahnstangenelemente, bei denen Zähne im Einsatz abbrechen. Durch geeignete Untersuchungen sollen die Ursachen eingekreist werden.
Die Dünnschnittuntersuchungen erlauben Aussagen zur Homogenität der kristallinen Überstrukturen über der Wanddicke. Im vorliegenden Fall sind insbesondere im beanspruchten Zahnbereich so genannte feinkristalline, sogenannte „kalte“ Randschichten zu beobachten. POM reagiert sehr empfindlich auf eine zu niedrige Schmelze- bzw. Werkzeugtemperierung. Die Formmasse erstarrt dann schlagartig bei Kontakt zur Werkzeugwand und hat nicht genügend Zeit, Sphärolithe auszubilden. Die vorliegende Geometrie begünstigt dies zusätzlich durch eine vergrößerte Kontaktfläche zum Werkzeug (schneller Wärmeentzug im Zahnbereich). Derartige Randschichten verhalten sich erfahrungsgemäß deutlich spröder als das Kernmaterial, welches mehr Zeit zur Abkühlung aus dem Schmelzezustand hatte. Durch eine Erhöhung der Werkzeugtemperatur konnte hier Abhilfe geschaffen werden, da die Sphärolithe durch das langsamere Abkühlen Zeit zum Wachstum besitzen.