Am Kunststoff-Zentrum SKZ wurde ein zukunftsweisendes Forschungsprojekt erfolgreich abgeschlossen, das neue Wege in der Bewertung des Spannungsrissverhaltens von Kunststoffen eröffnet. Im Mittelpunkt des Projekts stand die Entwicklung einer zeitraffenden Prüfmethode, mit der sich das Verhalten von Kunststoffbauteilen unter mechanischer Belastung und Medieneinfluss erstmals quantitativ beurteilen lässt.
Im Gegensatz zu den bisher etablierten, genormten Prüfverfahren – wie etwa der ISO 22088 –, die lediglich ein qualitatives Materialranking ermöglichen, erlaubt das neue Verfahren eine realitätsnahe Lebensdauervorhersage. Die entwickelte Methode stellt damit einen wichtigen Fortschritt für die Qualitätssicherung und Produktentwicklung in der kunststoffverarbeitenden Industrie dar. Sie wurde im Rahmen eines vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) geförderten Projekts realisiert.
Fortschritt durch quantitative Analyse des Spannungsrissverhaltens
Das sogenannte Spannungsrissverhalten beschreibt das Versagen von Kunststoffbauteilen, das durch die gleichzeitige Einwirkung mechanischer Spannungen und chemischer Medien ausgelöst wird. Dieses Phänomen zählt zu den häufigsten Schadensursachen in der industriellen Kunststoffanwendung. Die Herausforderung bestand bislang darin, das Spannungsrissverhalten unter praxisnahen Bedingungen quantitativ zu erfassen.
Durch die Arbeit des SKZ ist es nun gelungen, ein vollständig neues Prüf- und Auswertekonzept zu etablieren. Herzstück ist ein eigens entwickelter, beheizbarer Messaufbau, der sich problemlos auf gängigen Universalprüfmaschinen einsetzen lässt. Er ermöglicht die Durchführung beschleunigter Prüfungen bei definierten Medien, Temperaturen und Lasten. Das Verfahren nutzt das Zeit-Temperatur-Superpositionsprinzip, um die Prüfzeiten erheblich zu verkürzen – ohne Abstriche an Aussagekraft und Realitätsnähe.
Neben der exakten Bestimmung der Versagenszeit erlaubt die Methode auch Aussagen über Veränderungen der Materialsteifigkeit unter dem Einfluss chemischer Medien – etwa durch Weichmacherwirkungen. Zudem können auch verarbeitungsbedingte Einflüsse wie Eigenspannungen oder Molekülorientierungen systematisch untersucht werden.
Spannungsrissverhalten unter realen Bedingungen: Prüfgerät mit sechs Stationen
In einem ergänzenden FuE-Kooperationsprojekt mit der IPT Institut für Prüftechnik Gerätebau GmbH & Co. KG, das über das Zentrale Innovationsprogramm Mittelstand (ZIM) gefördert wurde, entstand ein speziell auf diese Prüfmethodik abgestimmtes Gerät. Es verfügt über sechs autarke Messstationen, die parallele Tests mit unterschiedlichen Kunststoffen, Medien und Prüfparametern ermöglichen.
Diese modulare Auslegung bietet der Industrie eine bisher nicht gekannte Flexibilität und Effizienz. Das Gerät steht ab sofort am SKZ für industrielle Anwendungen zur Verfügung und erlaubt unter anderem zeitgeraffte Prüfungen zur quantitativen Beurteilung von Spannungsrissverhalten und Kriechverformung. Das System liefert verlässliche Kennwerte, die für die Konstruktion, Materialauswahl und Produktentwicklung entscheidend sind.
Förderung, Industriebezug und Ausblick
Das gesamte Projekt wurde im Rahmen der industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz gefördert. Ein projektbegleitender Ausschuss aus Industrieunternehmen sorgte für praxisnahe Anforderungen und Validierung der Ergebnisse. So wurde sichergestellt, dass das Verfahren unmittelbar anwendungsreif ist.
„Mit der neuen Prüfmethode können wir erstmals das Spannungsrissverhalten von Kunststoffen unter realistischen Bedingungen quantitativ erfassen und eine verlässliche Lebensdauerprognose treffen“, betont das Projektteam des SKZ. „Das neue Prüfgerät eröffnet unseren Partnern aus der Industrie vielseitige Anwendungsmöglichkeiten.“
Mit dieser Entwicklung leistet das SKZ einen wesentlichen Beitrag zur Reduktion von Materialversagen in Kunststoffbauteilen und unterstützt Unternehmen auf dem Weg zu langlebigeren, sichereren und effizienteren Produkten.