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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.
Dienstleistungen
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
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
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
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
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
Rechnergestützte Methoden wie die Finite-Elemente-Methode (FEM) und Computer-Aided-Engineering (CAE) erlauben eine effiziente Auslegung und Berechnung von Kunststoff- und Verbundbauteilen. Durch eine geeignete Modellierung des Werkstoff- und Bauteilverhaltens lassen sich dadurch bereits in einer frühen Entwicklungsphase Zeit, Material und Kosten einsparen.
Eine aussagekräftige Simulation erfordert die bestmögliche Kenntnis des realen Werkstoffverhaltens. Dieses ist hauptsächlich von den Einsatzbedingungen (Lasten, Temperatur, Feuchtigkeit/Medien etc.) und Lebensdaueranforderungen entsprechender Bauteile abhängig. Durch unseren direkten Bezug und unsere Erfahrung im Bereich der Kunststofftechnik sind wir in der Lage sämtliche Einflussfaktoren (Anisotropie, Belastungsart und -dauer, Temperatur, Umgebungsbedingungen etc.) auf geeignete Simulationsmodelle zu übertragen. Dabei bieten wir in Kombination mit der Berechnung und Simulation sowohl die vorherige Ermittlung der Materialkennwerte als auch die Kalibrierung passender Materialmodelle und eine abschließende Validierung an.
Wir beschäftigen uns mit:
- Kunststoffe (Thermoplaste, Duroplaste, Elastomere)
- Faser-Kunststoff-Verbunde
- Werkstoffverbunde (z.B. Kunststoff-Metall)
Besondere Themen sind:
- Verformungs- und Festigkeitsanalyse
- Berechnung des Langzeitverhaltens und Ermüdungsfestigkeitsnachweis
- Auswirkung von Umgebungseinflüssen (Temperatur, Feuchtigkeit, Medien etc.)
- Berechnung mechanischer und stoffschlüssiger Verbindungen
- Kerbspannungsanalyse
- Isotropes/anisotropes sowie lineares/nichtlineares Materialverhalten
- Elastizität, Plastizität, Viskoelastizität, Hyperelastizität
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
Modernste Ausstattung für beste Ergebnisse und Produkte
Ein Blick in unsere Technika und Labore. Auf über 1.000 Quadratmetern bieten wir Ihnen Dienstleistung auf höchstem Niveau. Fordern Sie uns heraus. Gemeinsam finden wir auch für Ihr Problem eine Lösung.
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.
Aktuelle Forschungsprojekte und Veröffentlichungen
Kontakt
Studien- und Abschlussarbeiten beim SKZ
Im Rahmen eines Studiums können die erforderlichen Studien- oder Abschlussarbeiten beim SKZ absolviert werden.
Studien- und Abschlussarbeiten beim SKZ
Im Rahmen eines Studiums können die erforderlichen Studien- oder Abschlussarbeiten beim SKZ absolviert werden.
