Prüf- und Analysemethoden am KAP

Mikroskopische Verfahren bieten für die Kunststoffanalytik sowohl im Rahmen von Forschungs- und Entwicklungstätigkeiten, aber insbesondere auch in Bereichen der Schadensanalyse oder Qualitätssicherung zielführende Untersuchungsmöglichkeiten. Hierzu zählen unter anderem:

• Ermittlung von Material- und Werkstoffeigenschaften
• Identifizierung von Verarbeitungsfehlern zur Bewertung der Bauteilqualität
• Fraktographische Untersuchungen
• 3D-visualisierte Oberflächenquantifizierungen
• Polarisationsmikroskopische Beschreibung innerer Bauteilspannungen und -orientierungen
• Bewertung konstruktiver Bauteilmerkmale
• Quantifizierung der Größe und Verteilung von Füll- und Verstärkungsstoffen, Poren und mehrphasigen Systemen
• Volumenbasierte Bauteilvermessungen und Strukturuntersuchungen

Die hierzu am IKV verfügbaren, mikroskopischen Präparations- und Analyseverfahren decken die gesamte, für die Kunststoffanalytik relevante Bandbreite ab, um schnell und zuverlässig aussagekräftige Ergebnisse zu erzielen. Einer geeigneten Probenpräparation kommt dabei eine zentrale Bedeutung zu. Nicht zuletzt durch das tägliche Mitwirken an öffentlichen Forschungsprojekten und die Bearbeitung von unzähligen Fragestellungen aus der Industrie, besteht ein breites Wissensfundament zur schnellen Erzielung stichhaltiger und aussagekräftiger Untersuchungsergebnisse.

Die mechanische Prüfung ist ein wichtiges Instrument zur Produkterprobung und Qualitätssicherung. Zur Charakterisierung der mechanischen Eigenschaften von Konstruktionswerkstoffen sind Prüfverfahren wie Zugversuch, Kerbschlagbiegeversuch und Härteprüfung grundlegende und häufig verwendete Methoden. Der Einsatz von Universalprüfmaschinen ermöglicht sowohl normgerechte Prüfprozesse als auch individualisierte Bauteilprüfungen.

Beispielhaft einige in unseren Laboren realisierte Untersuchungsmethoden in der Kurzzeitprüfung:

• Zug-, Druck-, Biegeversuche
• Torsionsversuche, Schub- bzw. Scherversuche
• Rissaufweitungsversuche, Weiterreißversuche
• Haftfestigkeitsuntersuchung
• Reibuntersuchung
• Druckverformungsrest-Bestimmung

Zusätzliche Einflussparameter auf den Kunststoff, wie beispielsweise Klima- und Medieneinflüsse, sind bereits in der Versuchskonzeption und der Vorbereitung der Probekörper zu berücksichtigen. Den mechanischen Untersuchungen sind häufig Arbeiten in den Bereichen Probenpräparation, Alterung mittels UV-Strahlung und/oder Konditionierung in Klimaschränken vorgeschaltet.

Darüber hinaus sind weitere Laborbereiche für eine Vielzahl von Langzeit- oder dynamischen Prüfungen bestens ausgestattet. In allen Laborbereichen werden Untersuchungen sowohl an Thermoplasten und Duroplasten als auch an Faserverbundwerkstoffen mit Erfahrung durchgeführt.

Die Kenntnis des Fließverhaltens von Kunststoffschmelzen, Kautschuk- bzw. Silikonmassen und auch der Viskosität von Harzsystemen ist essentiell, um die Verarbeitungsprozesse zielgerichtet auslegen zu können. Neben dem Betrag der Viskosität können auch deren elastische und viskose Anteile ermittelt werden. Diese Option bringt zum Beispiel wichtige Informationen darüber, in welchem Maße eine Kunststoffschmelze unter Scherung mit einer Temperaturerhöhung reagiert. Da die Viskosität eines Kunststoffs das Produkt vieler Detaileigenschaften (Molekulargewichtsverteilung, Verzweigungsgrad, Additivierung) ist, lassen sich mit rheometrischen Methoden auch Chargenschwankungen vergleichend nachweisen.

• Folgende Eigenschaften können mithilfe rheometrischer Untersuchungen beschrieben werden:
• Viskosität in Abhängigkeit von Temperatur, Schergeschwindigkeit und Druck
• Elastische und ideal-viskose Anteile der Viskosität
• Strukturviskosität
• Ermittlung von Carreau-Parametern
• Speicher- und Verlustmoduln als Funktion von Temperatur und Schergeschwindigkeit
• Veränderung eines molekularen Gefüges (z.B. durch Abbau oder Vernetzung)
• Veränderung in der Additivierung
• Gelpunkt bzw. die Topfzeit eines Harzsystems

Insbesondere oszillatorische Messungen bieten hierbei viele Möglichkeiten der Werkstoffcharakterisierung. Vorversuche zur Findung eines geeigneten individuellen Betriebspunktes des Wechselwirkungssystems aus Rheometer und Werkstoff sind hierbei erforderlich.