3. Eigenschaften und Prüftechniken, Kunststoff

dienen dazu, Kennwerte von Werkstoffen unter klar definierten Bedingungen zu ermitteln. Sie sind damit ein wichtiges Mittel zur:

• Ermittlung von Daten für die Bauteilkonstruktion
• Identifikation und Unterscheidung von Werkstoffen
• Qualitätskontrolle

Beim Zugversuch wird eine genormte Kunststoffprobe mit einer Zugkraft belastet, bis sie sich verformt oder bricht. Dabei misst man Kraft FFF, Anfangslänge lll und Längenänderung Δl\Delta lΔl und erstellt daraus das Spannungs-Dehnungs-Diagramm

• Festigkeitsnachweis
• Steifgkeitsnachweis
• Nachweis mit Sicherheitsfaktor S

Mechanische Spannungen sollen an jeder Stelle des Bauteils unterhalb des Festigkeitskennwerts liegen

Verformung soll kleiner als die Sollvorgabe für die Bauteilfunktion sein

• Sicherheitsfaktor ist erforderlich wegen Unsicherheiten betr. Belastung, Werkstoffkennwerte, Werkstoffermüdung, Fertigungstoleranzen, Ungenauigkeit der Berechnungsmethoden,…
• Typische Werte für S können zwischen 1,1 und 4,0 liegen

Bedingung: Maximal auftretende Spannung ≤ zulässige Spannung = Festigkeit/ Sicherheitsfaktor

σmax ≤ σm/S

Zeit bis eine Probe bricht

• beschreibt das Verhältnis zwishcen der Spannung und der verursachten Dehnung des Prüfkörpers

• die Spannung ergibt sich aus Kraft / Querschnitt

• die Dehnung ergibt sich aus Längenänderung / Anfangslänge

• Zugfestigkeit = maximale Spannng

dient zur Ermittlung der Ermüdungsfestigkeit von Kunststoffen unter wechselnder Biegebelastung.

• Dauerschwingversuch (Ermittlung der Werkstoffermüdung)

• Ermittlung der Bruchschwingzahl als Funktion der Spannung

• Taillierte Flachprüfkörper von 2 bis 8 mm Dicke

• Temperaturmessung zur Erfassung der Probenerwärmung (verursacht durch innere Reibung während Schwingung)

• Maximale Biegespannung = Biegemoment/Wiederstandsmoment

Die Kugeldruckhärte ist ein Maß für den Widerstand eines Kunststoffs gegen das Eindringen einer Stahlkugel.

Gemessen wird mit:

• Stahlkugel mit 5 mm Durchmesser
• definierter Prüfkraft
• Haltezeit 30 s
• Messung der Eindringtiefe

HB = α ∙ F / (h – 0,04) mit α=0,0535 mm-1

Die Shore-Härte beschreibt den Widerstand eines Kunststoffs gegen das Eindringen eines genormten Eindringkörpers.

Gemessen wird: Wie weit das Prüfwerkzeug in den Prüfling eintauchen kann.

• mit einem Indenter bestimmter Geometrie
• mit definierter Kraft
• durch Messung der Eindringtiefe

• Shore A steht für einen Prüfkörper mit flacher Geometrie an der Spitze
• für weiche Kunststoffe
• Anpresskraft= 10N

• Bei Shore D ist der Prüfkörper sehr spitz
• für harte Kunststoffe
• Anpresskraft= 50N

80 Shore A (15) → Härtewert: 80, Verfahren: A, Einwirkdauer: 15 s  

das brennen von Kunststoffe wegen ihrer Elemente Kohlenstoff und Wasserstoff bei erhöhter Temperatur .

durch zugesetzte Flammschutzmittel

• Eine Wöhlerkurve wird durch Dauerschwingversuche gemessen.

• Die Wöhlerkurve beschreibt, was für eine Bruchschwingungszahl der Werkstoff aushält, im Verhältnis zur Spannungsamplitude.

• Je höher die Spannungsamplitude, desto geringer die Bruchschwingungszahl.

Kriechen ist die zeitabhängige Zunahme der Dehnung eines Werkstoffs bei konstanter Belastung bzw. konstanter Spannung.

Gemessen wird Kriechen meist im Zeitstandzugversuch:

• konstante Zugspannung
• konstante Umgebungsbedingungen, z. B. Temperatur und Feuchte
• Messung der Dehnung als Funktion der Zeit
• Ergebnis: Kriechkurve

Faserverstärkte Kunststoffe zeigen nur geringe oder nahezu keine Kriecheffekte.

Die Fasern haben eine hohe Steifigkeit und übernehmen einen großen Teil der Last. Dadurch können sich die Polymerketten der Kunststoffmatrix weniger verschieben.

schädige Effekte bei wiederholten Lastwechsel

Kettenbruch

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Mirkorisse