Eine Langzeitstudie des Fraunhofer-Instituts für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF untersucht die Alterungsbeständigkeit technischer Kunststoffe in industriellen Anwendungen. Im Fokus steht POM, das in der Automobil- und Haushaltsgeräteindustrie für funktional und mechanisch hoch beanspruchte Bauteile eingesetzt wird. Die Ergebnisse sind insbesondere für die langfristige Ersatzteilverfügbarkeit sowie für den Einsatz von Rezyklaten von Bedeutung.
Im Rahmen der Untersuchung analysierten die Forschenden identische Materialproben, die bereits im Jahr 2010 geprüft und anschließend über einen Zeitraum von mehr als 15 Jahren unter definierten Lagerbedingungen aufbewahrt worden waren. Diese Proben wurden erneut mechanisch getestet, um Veränderungen der Schwingfestigkeit und der materialrelevanten Eigenschaften von POM im direkten Vergleich zu den ursprünglichen Messdaten zu erfassen.
Rezyklate stehen unter Verdacht vorzeitiger Eigenschaftsverluste
Hersteller von Bauteilen und Systemen stehen regelmäßig vor der Herausforderung, die Leistungsfähigkeit von Rezyklaten im Vergleich zu Neuware zu bewerten. Rezyklate haben bereits ein erstes Einsatzleben hinter sich, in dem sie hohen mechanischen Belastungen, extremen Temperaturen und teilweise aggressiven Medien ausgesetzt waren. Gleichzeitig besteht die Sorge, dass sich materialrelevante Additive und Stabilisatoren im Laufe der Zeit abbauen und dadurch die Widerstandsfähigkeit der Kunststoffe sinkt.
Gerade bei POM, das häufig in sicherheits- und funktionsrelevanten Anwendungen eingesetzt wird, sind belastbare Aussagen zur Langzeitstabilität entscheidend. Das Material findet unter anderem Verwendung in Zahnrädern der Automobilindustrie sowie in Haushaltsgeräten wie Geschirrspülern. Die Untersuchung des Fraunhofer LBF liefert hierzu konkrete Daten, da sie nicht auf beschleunigten Alterungstests basiert, sondern auf real gelagerten Proben mit einer Lagerdauer von mehr als 15 Jahren.
Nach 15 Jahren Lagerung wurden identische Proben erneut getestet
Im Rahmen des Forschungsvorhabens wiederholte das Fraunhofer LBF Versuchsreihen, die bereits 2010 durchgeführt worden waren. Die Proben wurden anschließend unter Kellerbedingungen gelagert und nach über 15 Jahren erneut geprüft. Im Mittelpunkt standen Schwingfestigkeitseigenschaften, die für hochbelastete Bauteile von zentraler Bedeutung sind und maßgeblich über deren Lebensdauer entscheiden.
Neben POM untersuchten die Forschenden auch Polyamid 6 mit 30 Gewichtsprozent Glasfasern, bekannt als PA6 GF30. Dieses Material wird vor allem in motornahen Bereichen eingesetzt, etwa in Saugrohren oder Ölwannen. Ziel der erneuten Prüfungen war es, Veränderungen der mechanischen Eigenschaften nach der langen Lagerzeit systematisch zu erfassen und mit den ursprünglichen Messdaten zu vergleichen. Dabei wurde unter anderem die bezogene Festigkeit bei einer Lastwechselzahl von N = 10^5 betrachtet.
Messungen zeigen keine Alterung der POM Schwingfestigkeit
Die Ergebnisse der erneuten Tests fallen durchweg positiv aus. Sowohl bei POM als auch bei den weiteren untersuchten Kunststoffen zeigte sich keine Abnahme der Schwingfestigkeit nach 15 Jahren Lagerung. In mehreren Fällen konnte sogar eine leichte Verbesserung der gemessenen Werte festgestellt werden. Damit liefert die Studie einen belastbaren experimentellen Befund zur mechanischen Langzeitstabilität der untersuchten Materialien.
Auch bei erhöhten Prüftemperaturen trat keine Reduktion der Schwingfestigkeit auf. Dies weist darauf hin, dass die im Material enthaltenen Additive und Stabilisatoren ihre Funktion über lange Zeiträume beibehalten. Für POM bedeutet dies, dass die materialtypischen Eigenschaften auch nach langjähriger Lagerung weiterhin abrufbar sind.
Ergebnisse stützen langfristige Ersatzteilstrategie und Recycling
Die Untersuchung ist insbesondere für die Ersatzteilversorgung in der Automobilindustrie relevant. Dort werden Bauteile häufig über Jahre hinweg eingelagert, bevor sie verbaut werden. Die Ergebnisse zeigen, dass eine Lagerdauer von bis zu zehn Jahren die Schwingfestigkeit von POM nicht beeinträchtigt und damit die Funktionsfähigkeit der Bauteile langfristig gesichert bleibt.
Zugleich haben die Befunde Bedeutung für die Kreislaufwirtschaft. Wenn mechanische Eigenschaften unter definierten Bedingungen stabil bleiben, können Kunststoffe wie POM länger genutzt und erneut in Produktionsprozesse integriert werden. Die Ergebnisse des Fraunhofer LBF liefern damit eine datenbasierte Grundlage für den Einsatz von Rezyklaten und für Strategien zur Schließung von Materialkreisläufen.