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Material

Entwicklung maßgeschneiderter Compounds
Neben klassischen Thermoplasten wie Polyolefinen, Polyvinylchlorid, Polyestern, Polyamiden, Polycarbonaten oder Styrolcopolymeren sowie deren Blends forschen wir an der Entwicklung von Biopolymeren, Wood Polymer Composites (WPC), Hochleistungskunststoffen, Nanocomposites und thermoplastischen Elastomeren (TPE).

Prozess

Verarbeitung und Weiterbearbeitung von Kunststoffprodukten
Wir arbeiten an Themen mit starkem Bezug zur industriellen Umsetzung. Dabei können wir auf ein großes Netzwerk vertrauen, das unsere Kompetenzen ergänzt. So gelingt es uns, innovative Lösungen für Ihre Fragestellungen zu entwickeln.

Messtechnik

Fehler entdecken und Gefahren minimieren
In der Kunststoffindustrie werden unterschiedliche Prüfmethoden zur Prozessüberwachung und Bauteilprüfung eingesetzt. Sie helfen bei der Schadensanalyse, Qualitätskontrolle und Produktüberwachung. 

Kreislaufwirtschaft

Auch im Abfall stecken wertvolle Rohstoffe
Wir arbeiten an Themen mit starkem Bezug zur industriellen Umsetzung. Dabei können wir auf ein großes Netzwerk vertrauen, das unsere Kompetenzen ergänzt. So gelingt es uns, innovative Lösungen für Ihre Fragestellungen zu entwickeln.

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Bauteileigenschaften

Kunststoffprodukte mit bester Qualität, lebenslang

Qualitativ hochwertige Kunststoffprodukte setzen die genaue Übereinstimmung der Bauteileigenschaften mit den Erwartungen des Kunden voraus. Diese Eigenschaften sind für jedes Bauteil einzigartig und werden von verschiedenen Faktoren, wie den Materialeigenschaften (mechanisch, thermisch, chemisch etc.), der Konstruktion, der Verarbeitung und den Anwendungsbedingungen (Belastungsart und -dauer, Umgebungsmedien etc.) beeinflusst.

Um Ihre Produkte effizienter optimieren zu können, wollen wir die Bauteileigenschaften präziser, schneller und einfacher bestimmen. Die zeitraffende Prüfung des Langzeit- und Alterungsverhaltens von Kunststoffen stellt dabei einen wichtigen Arbeitsschwerpunkt dar. Darüber hinaus setzen wir uns mit Struktur-Eigenschafts-Beziehungen auseinander, um Kunststoffprodukte bezüglich deren Eigenschaftsprofilen gezielt optimieren zu können. Neben experimentellen Methoden zur Lebensdauerprognose beschäftigen wir uns auch mit simulativen Verfahren zur Vorhersage des Verformungs- und Versagensverhaltens von Kunststoffbauteilen.

Dr.-Ing. Kurt Engelsing
Gruppenleiter Bauteileigenschaften
Würzburg
+49 931 4104-147
k.engelsing@skz.de
Frederic Achereiner
Bauteileigenschaften
Würzburg
+49 931 4104-475
f.achereiner@skz.de

Dienstleistungen

Mechanisches Verhalten

Das mechanische Verhalten von Kunststoffen ist verglichen mit klassischen metallischen Werkstoffen sehr komplex, da dieses u.a. stark von der Temperatur und der Beanspruchungsdauer abhängt. Dies macht sich z.B. in Form von Kriechen und Relaxation bemerkbar.

Die Prüfung der mechanischen Eigenschaften erfolgt am SKZ sowohl in Form von Werkstoff- als auch Bauteilprüfungen. Es können Prüfungen zum Verformungs- und Versagensverhalten unter verschiedenen Beanspruchungsarten (z.B. Zug, Druck, Biegung) über einen weiten Temperaturbereich hinweg durchgeführt werden. Das Verformungs- und Versagensverhalten wird sowohl in Form von Kurzzeit- als auch Langzeitprüfungen untersucht. Zur Ermittlung des mechanischen Langzeitverhaltens setzen wir auch unterschiedliche zeitraffende Prüfkonzepte ein.

Besondere Themen sind:

  • Ermüdungsverhalten von Kunststoffprodukten unter Dauerschwingbeanspruchung
  • Kriech- und Relaxationsverhalten unter statischer Langzeitbelastung
  • Zeitraffende Bestimmung des mechanischen Langzeitverhaltens (z.B. Stepped Isothermal Method - SIM, Stepped Isostress Method - SSM)
  • Verformungs- und Versagensverhalten unter verschiedenen Beanspruchungsarten (z.B. Zug, Druck, Biegung)
  • Temperatur- und verarbeitungsabhängiges Deformationsverhalten
  • Berührungslose Messung lokaler Deformationsfelder (Aramis 3D-System)
  • Berechnung und Simulation des Verformungs- und Versagensverhaltens von Kunststoffbauteilen
     

Kontakt:
Dr.-Ing. Kurt Engelsing | +49 931 4104-147 | k.engelsing@skz.de
Dr.-Ing. Frédéric Achereiner | +49 931 4104-475 | f.achereiner@skz.de

Spannungsrissbeständigkeit

Spannungsrissversagen ist mit ca. 25 % die häufigste Schadensursache bei Kunststoffbauteilen. Durch gleichzeitiges Einwirken von Spannungen (externe Lasten oder Eigenspannungen) und spannungsrissfördernden Medien können die Versagenszeiten von Kunststoffbauteilen deutlich reduziert sein.

Neben der Bewertung der Spannungsrissbeständigkeit nach genormten Prüfverfahren widmen wir uns der Vorhersage der Versagenszeiten über beschleunigte Testmethoden.

Besondere Themen sind:

  • Beschleunigte Prüfmethoden zum langsamen Risswachstum bei Polyolefinen
  • Einfluss verschiedener Medien und Betriebsbedingungen bzw. Eigenspannungszustände auf das Spannungsrissversagen
  • Quantitative Ermittlung von Eigenspannungen
     

Kontakt:
Dr. rer. nat. Mirko Wenzel | +49 931 4104-347 | m.wenzel@skz.de
Dr.-Ing. Frédéric Achereiner | +49 931 4104-475 | f.achereiner@skz.de

Alterungsverhalten

Die Alterung von Kunststoffprodukten kann durch eine Vielzahl von Einflussfaktoren wie Wärme, UV-Strahlung und Medien hervorgerufen werden und hängt neben dem eingesetzten Kunststoff (Polymertyp und Stabilisierung) in hohem Maße von den Betriebs- und Umgebungsbedingungen des Kunststoffproduktes ab. Zur genauen Vorhersage der zu erwartenden Lebensdauer sind geeignete zeitraffende Tests notwendig.

Am SKZ werden Untersuchungen zur Alterung verschiedenster Kunststoffbauteile unter Einflussgrößen wie Temperatur, chemischen Medien und unter Witterungseinfluss durchgeführt. Neben der Vorhersage der Alterung durch zeitraffende Prüfungen liegt der Schwerpunkt dabei auch auf der Anwendung und Entwicklung geeigneter analytischer Methoden zur Charakterisierung des Alterungszustandes.

Besondere Themen sind:

  • Thermo-oxidative Alterung (Temperatur, Sauerstoff/Oxidationsmittel)
  • Witterungsverhalten (Strahlung, Temperatur und Feuchte)
  • Medienbeständigkeit (z.B. heißes Wasser, Reinigungsmittel, Öle)
  • Zeitraffende Prüfmethoden zur Vorhersage des Alterungsverhaltens
     

Kontakt:
Dr. rer. nat. Mirko Wenzel | +49 931 4104-347 | m.wenzel@skz.de
Britta Gerets | +49 931 4104-575 | b.gerets@skz.de

Prozess-Struktur-Eigenschafts-Beziehungen

Die Eigenschaften von Kunststoffbauteilen hängen nicht nur vom chemischen Molekülaufbau des Polymers ab, sondern auch von der Morphologie und dem Eigenspannungszustand, die sich verarbeitungsabhängig einstellen.

Je nach Verarbeitungsbedingungen entstehen z.B. unterschiedliche

  • kristalline Strukturen (Kristallinitätsgrad, Kristallmodifikationen, Überstrukturen),
  • Orientierungszustände (Molekül- und Faserorientierungen, die zu anisotropen Eigenschaften führen)
  • und Eigenspannungszustände.

Die effektive Bestimmung solcher Effekte und Beurteilung der daraus resultierenden Konsequenzen für das Bauteil werden am SKZ in Bezug auf bauteilspezifische Fragestellungen näher erforscht. Ziel ist dabei, diese Effekte gezielt steuern zu können, um negative Auswirkungen zu vermeiden oder sogar neue Vorteile zu gewinnen.

Besondere Themen sind:

  • Morphologieuntersuchungen (amorphe bzw. kristalline Strukturen, Molekül- und Faserorientierungen, Binde- bzw. Fließnähte, Verunreinigungen, Fehlstellen etc.)
  • Betrachtung von Verarbeitungseinflüssen 
  • Quantitative Ermittlung von Eigenspannungen
     

Kontakt:
Dr. rer. nat. Mirko Wenzel | +49 931 4104-347 | m.wenzel@skz.de
Britta Gerets | +49 931 4104-575 | b.gerets@skz.de

Lebensdauervorhersage

An Kunststoffbauteile werden immer höhere Anforderungen bezüglich deren Lebensdauer gestellt, gleichzeitig reduzieren sich die Entwicklungszeiten von neuen Produkten immer mehr. Dies stellt die Hersteller und Anwender von Kunststoffbauteilen oftmals vor das Problem, gesicherte Prognosen über die anzunehmende maximale Nutzungsdauer ihrer Produkte treffen zu müssen. Die geforderte Mindestlebensdauer kann in einigen Fällen durchaus 50 Jahre und mehr betragen (beispielhaft seien hier Kunststoffrohre oder Kunststoffdichtungsbahnen genannt). Dafür reichen selbst Extrapolationen anhand von Langzeitversuchen (typischerweise im Bereich von mehreren Monaten) nicht mehr aus, um über eine Extrapolation auf längere Zeiten sichere Prognosen abzuleiten.

Aus diesem Grund sind zeitraffende Prüfmethoden auf Basis physikalisch-chemischer Modelle von größtem Interesse, die es erlauben innerhalb kürzerer Zeit zu gesicherten Aussagen über das Langzeit- und Alterungsverhalten von Kunststoffen zu gelangen. Dabei ist von zentraler Bedeutung, dass es durch eine Beschleunigung der Prüfung, z.B. über Temperaturerhöhung, nicht zu einem Wechsel im Versagensmechanismus kommt, der so gar nicht in der Praxis (unter Betriebsbedingungen) auftreten würde.

Die Anwendung und Weiterentwicklung von Methoden zur beschleunigten Prüfung und Lebensdauerprognose von Kunststoffbauteilen stellt einen wichtigen Arbeitsschwerpunkt unserer F&E-Aktivitäten dar.

Wir führen für Sie Untersuchungen zur Zustandsbewertung von gealterten Kunststoffbauteilen und zur Lebensdauerprognose von Kunststoffbauteilen im Neuzustand bzw. nach langjähriger Nutzungsdauer durch.

Besondere Themen sind:

  • Zustandsbewertung mittels innovativer Prüf- und Analysemethoden
  • Beschleunigte Prüfverfahren, welche auf den jeweiligen Versagensmechanismus (z.B. Kriechen oder Thermo-oxidative Alterung) abgestimmt sind
  • Einsatz von physikalisch-chemischen Vorhersagemodellen zur Lebensdauerabschätzung
  • Simulationsbasierte Lebensdauerprognose auf Bauteilebene
     

Kontakt:
Dr. rer. nat. Mirko Wenzel | +49 931 4104-347 | m.wenzel@skz.de
Dr.-Ing. Frédéric Achereiner | +49 931 4104-475 | f.achereiner@skz.de

Struktursimulation

Rechnergestützte Methoden wie die Finite-Elemente-Methode (FEM)  erlauben eine effiziente Auslegung und Berechnung von Kunststoff- und Verbund¬bauteilen. Mit einer geeigneten Modellierung des Werkstoff- und Bauteilverhaltens lassen sich so bereits in einer frühen Entwicklungsphase Zeit, Material und Kosten einsparen.

Eine aussagekräftige Simulation erfordert dazu die bestmögliche Kenntnis des realen Werkstoffverhaltens, welches hauptsächlich von den Einsatzbedingungen (Lasten, Temperatur, Feuchtigkeit/Medien etc.) abhängig ist. Durch die umfangreichen Prüfmöglichkeiten und unsere jahrzehntelange Erfahrung im Bereich der Kunststofftechnik sind wir in der Lage sämtliche Einflussfaktoren (Anisotropie, Belastungsart und -dauer, Temperatur, Umgebungsbedingungen etc.) auf geeignete Simulationsmodelle zu übertragen. Gerne unterstützen wir Sie mit unserer Expertise bei Ihrem Projekt.

Wir beschäftigen uns mit:

  • Thermoplaste, Duroplaste, Elastomere
  • Faserverbundkunststoffe (FVK)
  • Werkstoffverbunde (Hybridbauteile, z.B. Kunststoff-Metall)
  • Isotropes und anisotropes sowie lineares und nichtlineares Materialverhalten
  • Elastizität, Plastizität, Viskoelastizität, Hyperelastizität
  • Auswirkung von Umgebungseinflüssen (Temperatur, Feuchtigkeit/Medien etc.)

Wir bieten Ihnen:

  • Verformungs- und Festigkeitsanalysen
  • Berechnung des Langzeitverhaltens und Ermüdungsfestigkeitsnachweis
  • Berechnung mechanischer und stoffschlüssiger Verbindungen
  • Kerbspannungsanalysen
  • Thermische Analysen
  • Ermittlung von Materialkennwerten
  • Kalibrierung und Validierung von Materialmodellen

Kontakt:
Malte Nebel | +49 931 4104-133 | m.nebel@skz.de

 

Sie benötigen Unterstützung im Bereich der Spritzgießsimulation inkl. rheologischer und thermischer Auslegung von Spritzgießwerkzeugen?

Unsere Experten aus dem Fachbereich Spritzgießen helfen Ihnen gerne weiter.

Kontakt:
Thomas Zentgraf | +49 931 4104-232 | t.zentgraf@skz.de

Zum Bereich Simulation

Weiterbildung und Networking

Als Experten auf dem Gebiet der Kunstststofftechnik sind wir bestrebt, unser jahrzehntelang erworbenes Wissen an unsere Kunden weiterzugeben. Von der Materialentwicklung über Fertigungsprozesse bis hin zur Anwendung verschiedener Prüf- und Messmethoden – in unseren zahlreichen praxisorientierten Kursen erwerben Sie als Teilnehmer das nötige Wissen im Umgang mit dem Werkstoff Kunststoff. Dies beginnt bei der Wahl der richtigen Werstoffe und der Einhaltung fertigungsgerechter Konstruktionsregeln, ersteckt sich über die richtige Handhabung von Geräten und Maschinen zur Herstellung und Bearbeitung von Kunststoffbauteilen und endet beim richtigen Verständnis von Qualitätskriterien und dem damit verbundenen Einsatz von Prüf- und Messwerkzeugen.
Die Zusammenführung von Menschen aus unterschiedlichen Bereichen des Unternehmens sowie aus unterschiedlichen Brachen zum Austausch von Erfahrungen und fachlichem Know-how steht neben der reinen Wissensvermittlung für uns ebenfalls an vorderster Stelle. Unsere zahlreichen Fachveranstaltungen bilden dabei den idealen Ort für einen freien Austausch von Gedanken. Renommierte Referenten aus unterschiedlichsten Branchen und exzellente Fachvorträge machen die SKZ-Fachtagungen zu beliebten Treffpunkten innerhalb der Kunststoffbranche.

Zum Bereich Bildung

Technische Ausstattung

Am SKZ verfügen wir über zahlreiche Prüfmöglichkeiten zur Ermittlung der Eigenschaften von Kunststoffbauteilen in Form von Werkstoff- und Bauteilprüfungen. In dem nach DIN EN ISO/IEC 17025 akkreditierten Prüflabor des SKZ prüfen wir nach mehr als 1.000 Normen. 

Neben der Prüfung nach Norm entwickeln wir auch innovative Prüfkonzepte zur beschleunigten Lebensdauerprognose (Langzeit- und Alterungsverhalten) Ihrer Kunststoffbauteile.
Besondere Prüfmöglichkeiten sind: (Auszug)

  • Ermittlung des Ermüdungsverhalten unter Dauerschwingbeanspruchung (Wöhlerversuche, Hysteresis-Messverfahren)
    im Temperaturbereich -40°C bis +150 °C
  • Beschleunigte Ermittlung des Langzeit-Kriech- und Relaxationsverhalten (Kriechapparaturen mit Temperierkammer) 
  • Beschleunigte Ermittlung der Spannungsrissbeständigkeit (Medien-Zeitstandapparatur mit Temperaturen bis 95°C)
  • Quantitative Ermittlung von Eigenspannungen (Bohrlochmethode, PhotoStress)
  • Lokal aufgelöste 3D-Verformungsmessung an mechanisch belasteten Bauteilen (Grauwertkorrelation)
  • Laborbewitterung mit Ermittlung der Oberflächentemperatur der Proben (Atlas Ci4000 Weather-Ometer S3T)

Zwecks geeigneter Prüfmöglichkeiten für Ihr individuelles Anliegen sprechen Sie uns gerne unverbindlich an.

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