Erläuterung von Fachbegriffen
A
Unter Abrieb versteht man den in Folge mechanischer Beanspruchung, beispielsweise Reibung, entstandenen Materialverlust an der Oberfläche, auch Verschleiß genannt. Zur Abriebsbestimmung gibt es verschiede Verfahren.
Beim Taber-Abrasions-Versuch, auch Reibradverfahren genannt, kann der Widerstand eines Werkstoffes gegen „Korngleitverschleiß“ gemessen werden. Die Abrasionsbeanspruchung wird hierbei von zwei definierten Reibrollen erzeugt, die mit einer festgelegten Kraft auf den rotierenden Prüfling gedrückt werden. Der Teller, auf den der Prüfkörper aufgespannt ist, dreht mit einer Drehzahl von n = 55 U/min. Der Abriebwert ist bestimmt als der Masseverlust der Probe in mg. Das Ergebnis hängt ab von den verwendetet Gewichten (500g, 1000g), der Art der Reibrolle (CS 17, H 18), der Anzahl der Umdrehung und vom Werkstoff selbst.
Abriebwerte sind untereinander nur vergleichbar, wenn sie mit übereinstimmenden Parametern ermittelt werden. Die verwendeten Parameter müssen deshalb immer mit angegeben werden.
B
Maximale Dehnung, bei der der Probekörper bei Biegebelastung noch nicht bricht.
Die Biegefestigkeit wird in Anlehnung an DIN EN ISO 178 im Drei-Punkt Biegeversuch ermittelt. Der in den Datenblättern aufgeführte Wert für die Biegefestigkeit kennzeichnet den maximalen tragbaren Spannungswert, bevor die Materialprobe bricht.
Der Biegemodul ist das Verhältnis der Biegefestigkeit (σfM) zur Biegedehnung (εfM).
C
D
Die Dichte (ρ) ist als das Verhältnis der Masse m eines Körpers zu seinem Volumen V definiert:
ρ = m / V [kg/dm³ = kg/l = g/cm³]
Meist ist nur das Volumen eines herzustellenden Teiles oder einer Form bekannt. Über die Dichte kann man dann die Masse bestimmen und über eine Waage entsprechend dosieren.
Umrechnung: m = ρ • V
Die Dehnung (ε) ist eine Angabe für die relative Längenänderung eines Körpers unter Belastung, beispielsweise durch eine Kraft oder durch eine Temperaturänderung (Wärmeausdehnung).
Maximale Dehnung, bei der der Probekörper bei Zugbelastung noch nicht reißt.
Die Druckfestigkeit (nach DIN EN ISO 604) ist die maximale Druckspannung, die während eines Druckversuchs vom Probekörper (10 x 10 x 5 mm) getragen werden kann, ohne dass er zerstört wird.
E
Der Elastizitätsmodul (E), kurz E-Modul, beschreibt das Verhältnis zwischen Spannung (σ) und Dehnung (ε) bei mechanischer Beanspruchung eines festen Körpers.
Der Verlauf der Spannungs-Dehnungs-Kurve ist bei Kunststoffen nicht immer linear. Meist ist ein Abflachen der Kurve zu beobachten. Ein hoher E-Modul, bei unverstärkten
Kunststoffen größer 2000 MPa, bedeutet eine hohe Steifigkeit, ein niedriger E-Modul bedeutet leichte Verformbarkeit. Entsprechend der Belastung resultieren andere E-Module. Der E-Modul z. B. aus dem Biegeversuch ist ein anderer als der aus dem Zugversuch. Dies muss bei der Materialauswahl beachtet werden.
Die Entformungszeit ist die Dauer, die das Material braucht, um eine ausreichende Festigkeit zur Entformung zu erreichen. Die endgültigen physikalischen Werte sind allerdings noch nicht erreicht. Die Entformungszeit lässt sich verkürzen durch Lagern des vergossenen Materials bei leicht erhöhter Temperatur.
Epoxidharze werden als Oberflächenharze, Laminierharze (z. B. für Glas- und Kohlefasergewebe), Bindeharze und fertige Gießharze, in der Regel für dünne Schichten verwendet.
Bei den gefüllten Epoxidharzen ist die Gießstärke (bis ca. 30-40 mm) vom verwendeten Härter abhängig. Die hohen mechanischen und chemischen Beständigkeiten bei Epoxidharzsystemen erlauben es, daraus Werkzeugeinrichtungen zu fertigen. Ein weiteres Entscheidungskriterium für die Auswahl des richtigen Epoxidharzsystemes ist das Anwendungsgebiet des Werkzeuges, z. B. Schäumwerkzeuge, Polyesterpresswerkzeuge, Vakuumtiefziehwerkzeuge.
F
Festigkeiten werden ermittelt, indem man eine Kraft auf einen Probekörper wirken lässt, so dass dieser sich verformt. Durch die Verformung entstehen Spannungen im Probekörper.
Die Spannung (σ) ist das Verhältnis von Kraft (F) zur Fläche (A), auf welche die Kraft (F) wirkt.
Je nach Art der Belastung unterscheidet man in Biege-, Zug-, Druck-, Schub- oder Torsionsfestigkeit.
G
Die Glasübergangstemperatur Tg ist eine der wichtigsten Kenngrößen von Kunststoffen und vermittelt einen Anhaltspunkt über die Formbeständigkeit des Kunststoffes bei Temperaturbelastung.
Sie ist die Temperatur, bei der Polymere vom hochviskosen oder gummielastischen, flexiblen Zustand in den glasartigen oder hartelastischen, spröden Zustand übergehen. Daher wird sie auch Erweichungstemperatur genannt. Jeder Kunststoff besitzt eine spezifische Glasübergangstemperatur, anhand derer er charakterisiert werden kann.
Je nach Beschaffenheit des Materials kann der Tg bei Minusgraden (PE) oder bei hohen Plusgraden (Epoxidharz) liegen.
H
Die Haltbarkeit unserer meist 2 Komponenten Systeme ist abhängig von den verwendeten Substanzen. Je nach Anwendungsbereich und Anforderungsprofil sind die Materialien zwischen 6 und 12 Monaten haltbar.
Den Begriff HTV findet man bei Silikonverbindungen. HTV steht für Hoch-Temperatur-Vernetzend.
I
Infusionsharze sind dünnflüssige „niederviskose“ Systeme die u. a. Einsatz finden im RTM (Resin Transfer Moulding) Verfahren. Aufgrund des schnellen Infiltrations- und Härtungsprozess, werden diese Typen oft bei größeren Bauteilen bevorzugt.
Infiltration beschreibt das Eindringen des dünnflüssigen „niederviskosen“ Infusionsharzes ins Fasergewebe.
J
1 Joule (1 J) entspricht 1 kg*m²/s² und ist die gängige Einheit für Energieformen wie z. B. der Arbeit oder der Wärmemenge. Sie taucht in der Schlagzähigkeitsprüfung auf, welche in kJ/m² angegeben wird.
K
Kelvin (K) ist die Basiseinheit der thermodynamischen Temperatur und gleichzeitig die gängige Temperatureinheit.
0 °C entsprechen 273,15 K. Der Zahlenwert eines Temperaturunterschieds beider Einheiten ist jedoch gleich.
Kelvin als Einheit findet sich wieder im Längenausdehnungskoeffizient der in 1/K angegeben wird.
L
Feste Körper dehnen sich beim Erwärmen in alle Richtungen aus. Diese Ausdehnung führt zu Längen-, Flächen- oder Volumenveränderungen.
Technisch interessant ist vor allem die Längenausdehnung.
Der Längenausdehnungskoeffizient α beschreibt die relative Ausdehnung eines Feststoffs im Verhältnis zur Temperaturänderung. Er ist materialabhängig. Mit seiner Hilfe kann man ermitteln, wie groß Längenveränderungen von Werkstoffen sind, wenn sie im Einsatz erhöhten Temperaturen ausgesetzt sind.
M
Die Massenspektrometrie ist ein Verfahren zur Bestimmung der Masse von Atomen oder von Molekülen. In der Kunststoffbranche kann dieses Verfahren u. a. genutzt werden um z. B. von Festkörpern auf deren molekulare Struktur zu schließen.
Das Molekulargewicht beschreibt die molekulare Masse, also die Summe der Atommassen aller Atome in einem Molekül.
N
Die Einheit Newton (N) geht auf den Physiker Isaac Newton zurück und ist die gängige Einheit der Kraft. 1 N = 1 kg*m/s² ist also die Größe der Kraft, die benötigt wird um einen Körper der Masse 1kg die Beschleunigung 1 m/s zu erteilen.
O
Oberflächenharze werden eingesetzt um hochwertige Oberflächen von beispielsweise Urmodellen abzuformen. Im Vergleich zu Laminierharzen besitzen Sie eine höhere Viskosität, was die Verarbeitung auf komplizierteren Geometrien erleichtert.
Sogenannte „Sealer“ können eine grobporige Oberfläche versiegeln. Sie unterscheiden sich maßgeblich in Ihrer Viskosität. Bei Mehrfacher Anwendung und Kombination verschiedener Typen erhält man glatte bis glänzende Oberflächenergebnisse.
P
Polyurethanharze werden als Oberflächenharze, Bindeharze und Gießharze im Modell- und Formenbau eingesetzt.
Polyurethansysteme können im gefüllten Zustand sehr großvolumig vergossen werden. Volumina über 300 mm Wandstärke sind möglich.
Ungefüllte Polyurethanharze werden meist für die Herstellung von dünnwandigen Bauteilen genommen. Selbstverständlich gibt es Ausnahmen bei diesen Regeln.
Die tatsächlichen Gießstärken für die jeweiligen Produkte finden Sie in den entsprechenden Datenblättern.
Ein Polymer ist eine chemische Verbindung, die aus Ketten- oder verzweigten Molekülen (Makromolekül) besteht, die aus gleichen oder gleichartigen Einheiten (den sogenannten Monomeren) bestehen. Im Allgemeinen unterscheidet man zwischen Thermoplasten, Elastomeren und Duroplasten welche sich vor allem durch ihre physikalischen Eigenschaften und dem Vernetzungsgrad unterscheiden.
Q
Bei der Vernetzung von z. B. Polyurethanen kann Quecksilber als Katalysator eingesetzt werden. Im Zuge der REACH Verordnung verschwindet die giftige Komponente aus den PUR-Systemen und muss durch ungiftige Alternativen ersetzt werden.
Quarzsand dient z. B. in Gießereien als Rohstoff zur Herstellung von Formen und Kernen. Der Sand wird dabei mit verschiedenen Bindemitteln versehen.
R
REACH ist die EU-Chemikalienverordnung und steht für Registration, Evaluation, Authorisation and Restriction of Chemicals, also für die Registrierung, Bewertung, Zulassung und Beschränkung von Chemikalien. Als EU-Verordnung besitzt REACH gleichermaßen und unmittelbar in allen Mitgliedstaaten Gültigkeit.
Das Reaction Injection Moulding Verfahren (RIM), ist ein Prozess bei dem ein 2-Komponenten Duroplast über einen Mischkopf in eine geschlossen Form injiziert wird und anschließend aushärtet. Bevorzugt werden im RIM-Verfahren Polyurethane verwendet.
Beim Resin Transfer Moulding handelt es sich um einen Herstellungsprozess bei dem trockene Fasern bzw. vorgefertigte Preformlinge in ein Werkzeug eingelegt werden. Nach dem Schließen der Form wird flüssiges Harz unter Druck injiziert. Je nach RTM-Verfahren wird zwischen Heiß-RTM, Kalt-RTM und Light-RTM unterschieden.
Den Begriff RTV findet man bei Silikonverbindungen. RTV steht für Raum-Temperatur-Vernetzend.
S
Die Schlagzähigkeit ist das Maß für die Fähigkeit eines Werkstoffes, Schlagenergie zu absorbieren ohne zu brechen. Bei der Charpy-Prüfung wird die Probe durch einen Pendelhammer mit definiertem Gewicht auf Schlag beansprucht. Diese Beanspruchung entspricht einer sehr schnell durchgeführten Biegebelastung.
Die Schlagzähigkeit (Maßeinheit kJ/m2) wird berechnet als das Verhältnis aus verbrauchter Schlagarbeit und Probekörperquerschnitt.
Erfolgt kein Bruch, da der Probekörper für diese Versuchsanordnung eine zu hohe Schlagzähigkeit aufweist, folgt auf dem Datenblatt der Hinweis: „kein Bruch“.
Bei der Prüfung werden ungekerbte und gekerbte Probekörper eingesetzt. Der Wert, der sich bei gekerbten Probekörpern ergibt, ist die Kerbschlagzähigkeit.
Die Härteprüfung nach Shore ermittelt den Widerstand, eines Werkstoffs (meist Kunststoff) gegen das Eindringen einer durch Federkraft beaufschlagten Prüfspitze. Das Maß für die Härte ist die nach 3 bzw. 15 Sekunden erreichte Eindringtiefe. Es gibt verschiedene Härteskalen, die sich vor allem durch unterschiedliche Geometrien der Prüfspitzen unterscheiden und somit durch den gemessen Härtegrad. Dabei misst man Shore 00 für sehr weiche bzw. gelartige Materialien, Shore A für gummiartige und Shore D für harte Werkstoffe.
Die Strahlverschleißprüfung ist eine Prüfmethode zur Ermittlung des Strahlverschleißverhaltens von Werkstoffen. Unter Strahlverschleiß versteht man den
auftretenden Verschleiß der beim Auftreffen von Partikeln auf eine Festkörperoberfläche entsteht. Ein Beispiel hierfür wäre der Verschleiß an der Werkzeugoberfläche durch den auftreffenden Quarzsand bei der Kernherstellung in der Gießerei. Der Versuchsaufbau besteht aus einer definierten
Materialprobe, welche in einem festgelegten Abstand und Winkel über eine bestimmte Zeit mit Partikeln bestrahlt wird. Das Ergebnis ist abhängig von der Düsengröße, vom Strahldruck, von der Strahldauer, vom Anstrahlwinkel, vom Abstand Düse zur Probe, vom Partikeldurchsatz und vom verwendeten Strahlmedium. Angegeben wird die Strahlverschleißgeschwindigkeit WV/t. Diese setzt sich zusammen aus dem Masseverlust der Probe geteilt durch die
Probendichte ρ und durch die Strahldauer t. In der ebalta werden die Proben im 45 °C Winkel über einen Zeitraum von 3 min mit einem Druck von 2,5 bar bestrahlt.
T
Unter Topfzeit versteht man den Verarbeitungszeitraum von reaktiven Materialien, d. h. die Topfzeit ist die Zeit zwischen dem Anmischen eines Zwei- oder Mehrkomponentensystem und dem Beginn des Abbindens. Das Ende der Topfzeit zeigt sich durch einen deutlichen Viskositätsanstieg, der eine weitere Verarbeitung verhindert.
Die thermischen Eigenschaften beschreiben das Verhalten von Kunststoffen unter Einfluss erhöhter Temperaturen. Die Messmethoden unterscheiden sich dabei beträchtlich und bringen sehr unterschiedliche Ergebnisse. Deshalb ist es für die Charakterisierung und die Auswahl des geeigneten Werkstoffes sehr wichtig, nach welcher Methode ein Wert gemessen wurde. Insbesondere bei der Wärmeformbeständigkeit werden die Werte mit ganz unterschiedlichen Belastungen gemessen. Die Ergebnisse können um bis zu 40 °C von der einen zur anderen Methode schwanken.
U
UV-Licht setzt sich aus verschiedenen Wellenlängen zusammen, die im ultravioletten Bereich liegen und vom Menschen nicht gesehen werden können. Diese Wellen können eine Kunststoffoberfläche beeinflussen in dem sie dort beispielsweise chemische Reaktionen auslösen. Folge dessen sind z. B. Beschädigungen oder Verfärbungen des Kunststoffes. Diesen Reaktionen kann mit entsprechenden Additiven in der Kunststoffrezeptur entgegengewirkt werden.
Der Begriff stammt aus dem Formenbau und bezeichnet den ursprünglichen Körper, welcher benutzt wird um eine Produktionsform abzubilden. Das Urmodell entspricht somit dem späteren Gussteil (abgesehen vom materialspezifischen Schrumpfverhalten).
V
Unter der Viskosität versteht man die „Zähigkeit“ einer Flüssigkeit oder eines Gases. Spricht man von Viskosität, soll in der Regel das Fließverhalten einer Flüssigkeit charakterisiert werden. Je höher die Viskosität desto dickflüssiger ist die Substanz.
W
Der Weiterreißwiderstand in kN/m ist die maximale Kraft die notwendig ist, um einen Riss in einem spezifizierten Probekörper zu erzeugen, bezogen auf die Dicke des Probekörpers. Es werden dabei Winkelproben, mit oder ohne Einschnitt, bogenförmige oder Streifenproben verwendet. Die Ergebnisse sind sehr unterschiedlich, weshalb die verwendeten Probekörper stets angegeben werden. Der Weiterreißwiderstand wird vor allem bei Elastomeren gemessen.
Die Wärmeformbeständigkeit ist die Temperatur, bis zu der ein Prüfkörper bei bestimmter ruhender Beanspruchung seine Form weitgehend bewahrt.
Bei der Wärmeformbeständigkeit nach DIN EN ISO 75 wird ein Probekörper mit einer konstanten 3-Punkt-Biegebelastung beansprucht.
Eingesetzt werden drei unterschiedliche Belastungen:
- HDT/A 1,80 MPa
- HDT/B 0,45 MPa
- HDT/C 8,00 MPa
Dabei wird der Probekörper in einem Wärmeträgeröl einer mit 2 °C/min steigenden Temperatur ausgesetzt. Überschreitet die Verformung eine Randfaserdehnung von 0,2 %, so ist die zu messende Temperatur erreicht. Da die Belastungen sehr unterschiedlich sind, können nur gleich gemessene
Werte verglichen werden. Nicht angewendet werden kann die Methode, wenn der Werkstoff nicht ausreichend fest und schon bei Temperaturen unterhalb von 27 °C die Dehnung überschritten ist.
X
Y
Der Youngsche Modul oder auch Elastizitätsmodul (E-Modul) beschreibt das Verhältnis aus Spannung und Dehnung eines Probekörpers. In der Kunststoffindustrie unterscheidet man beispielsweise Zug- und Biegemodul. Gängige Einheit ist MPa (= N/mm²).
Z
Die Zugfestigkeit ist die Spannung, die im Zugversuch aus der maximal erreichten Zugkraft bezogen auf den ursprünglichen Querschnitt der Probe errechnet wird. Ein Überschreiten der Zugfestigkeit führt zum Reißen der Probe.
