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Prozess-Struktur-Eigenschaftsbeziehungen

Die Gebrauchseigenschaften von Kunststoffbauteilen sind abhängig von der inneren Struktur. An erster Stelle stehen dabei sicherlich die mechanischen Eigenschaften, aber auch andere praxisrelevanten Eigenschaften wie bspw. die Beständigkeit gegenüber Medien o.ä. werden von der inneren Struktur mitbestimmt. Diese umfasst bei teilkristallinen Thermoplasten den Kristallinitätsgrad, Anteile und Verteilung verschiedener Kristallmodifikationen (Polymorphen) sowie die Überstrukturen.

Die innere Struktur resultiert bei Kunststoffprodukten nicht ausschließlich aus dem eingesetzten Grundpolymer sowie ggf. Nukleierungsmitteln, Zuschlag- und Füllstoffen. Vielmehr wird sie entscheidend durch das gewählte Herstellungs- bzw. Verarbeitungsverfahren und die dabei gewählten Prozessparameter (Fließgeschwindigkeit, Druck, Temperatur, ...) beeinflusst. So entsteht beispielsweise bei der Rohrextrusion teilkristalliner Thermoplaste, bedingt durch die äußere Kühlung, eine Randschicht wie sie auch für Spritzgussbauteile charakteristisch ist. Abhängig von den bei Gebrauch herrschenden Bedingungen kann sich die innere Struktur durch physikalische Alterung, chemische Veränderungen, thermo-oxidative Prozesse etc. mit der Zeit verändern.

Morphologie eines PP Rohres (PLM-Aufnahme im Bereich der Randschicht)

Morphologie eines PP‑Rohres (PLM-Aufnahme im Bereich der Randschicht)

Zur Untersuchung und Charakterisierung der inneren Struktur stehen unterschiedlichste Methoden zur Verfügung. Bekannte Verfahren sind beispielsweise die Differenzkalorimetrie (DSC), Infrarot(IR)- und Polarisationsmikroskopie (PLM), die Nutzung von Röntgenstrahlung (WAXS, SAXS) oder auch die Magnetresonanztomographie (NMR). Neben der Methoden(weiter)entwicklung liegt der Fokus im SKZ auf der Detektion der relevanten Prozessparameter bei der Bauteilherstellung im Hinblick auf die resultierende innere Struktur, deren Veränderung sowie die Korrelation mit den Gebrauchseigenschaften.