Wie stabil ist denn so ein Kunststoffteil?

In unserer kleinen Reihe über die Eigenschaften der Kunststoffe, die wir verwenden, wollen wir heute etwas näher auf eine weitere wichtige Frage eingehen, wie stabil denn so ein Kunststoffteil ist. Wir hatten ja schon beschrieben, dass es derzeit ca. 90.000 verschiedenartige Kunststoffe und Kunststoffmischungen gibt, die auf der Welt zum kommerziellen Einsatz kommen. Sie unterteilen sich in die beiden Hauptgruppen der Duroplaste und der Thermoplaste.

Stabilität des Kunststoffes - Stocker KunststoffEine schwindelerregende Zahl, auf die die Entwickler neuer Materialien es da gebracht haben. Bevor so ein Kunststoff überhaupt für den Spritzguss wie bei uns in Frage kommt, muss er natürlich ausgiebig getestet werden. Wir verlassen uns bei der Auswahl unserer Werkstoffe lieber auf bewährte und seit vielen Jahren eingesetzte Kunststoffe, da wir als bodenständige Mittelständler im Kunststoff-Spritzguss weder zu unnötigen Experimenten neigen noch unseren Kunden irgendwelche Risiken zumuten wollen.

Welche Schlagbelastung hält der Kunststoff aus?

Bei jedem Kunststoff gibt es eine ganze Reihe von Eigenschaften, die über seine Verwendbarkeit für die verschiedenen Zwecke entscheiden. Eine der wichtigsten davon ist sicherlich die sogenannte Schlagzähigkeit. Wie stark die Schlagbelastung eines Kunststoffes ist, hängt dabei auch immer von der Temperatur ab. Sinkt sie unter einen für den zu testenden Kunststoff typischen Wert, wird das Material spröde und kann dann wesentlich leichter platzen und zerbröseln. Diese Temperaturgrenze ist unter anderem vom Molekulargewicht des Kunststoffes abhängig. Je höher das Molekulargewicht ist, desto besser ist im Allgemeinen auch die Beständigkeit bei niedrigeren Temperaturen. Wenn wir uns allerdings in einem durchschnittlichen Temperaturbereich für eine Kunststoffart bewegen, gibt es verschiedene anerkannte Methoden, mit denen die Forscher im Labor die Schlagzähigkeit messen.

Der Kerbschlagbiegeversuch nach Charpy

Die wohl bekannteste und meist angewendete Methode zum Austesten der Schlagzähigkeit ist bereits über 100 Jahre alt! Sie wird heute noch verwendet und hat als Methode für Kunststoffe und Metalle sogar eine eigene Normierung erhalten. Mit der DIN EN ISO 179-1 wird der Kerbschlagbiegeversuch zur Messung der Schlagzähigkeit unter verschiedenen Temperaturbedingungen angewendet. Sie merken schon, das klingt ziemlich kompliziert. Aber es ist eigentlich relativ leicht zu verstehen, wenn das Prinzip einmal klar ist.

Zur Durchführung dieses Messverfahrens nimmt man einen Quader des Kunststoffes, in den man vorher auf der einen Längsseite eine Kerbe geschnitten hat. Dann wird die Probe eingespannt und ein Pendelhammer wird mit genau berechneter Fallhöhe, Masse und Geschwindigkeit von einem Gerüst auf den Kunststoffquader fallengelassen. Wie bei einem Pendel schwingt der Hammer von oben her seitlich auf die ungekerbte Seite des Quaders und zerschlägt ihn in Teile. Dabei wird eine gewisse Menge der auftreffenden Schlagenergie also der kinetischen Energie vom Kunststoff des Quaders absorbiert und durch die Molekülverbindungen im Stoff abgeleitet. Diese abgeleitete Energie bremst den Pendelhammer ab. Dadurch erreicht er beim Weiterpendeln auf der anderen Seite des Quaders eine geringere Höhe.

Aus der Messung der Höhe, die der Pendelhammer noch erreicht, kann man genau berechnen, wie es um die Schlagzähigkeit des Kunststoffes bestellt ist. Der errechnete Wert kann dann als Maßstab für die Belastungen genommen werden, die der Kunststoff bei seinem Einsatz als Spritzgussteil aushalten muss. Fachmännisch ausgedrückt heißt es: Wir ermitteln die Kerbschlagarbeit W für einen Werkstoff in Joule.

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