Kriechenden Kunststoffen auf der Spur: Fraunhofer LBF nimmt neuen Langzeitprüfstand in Betrieb

Darmstadt – Manchmal verhalten sich Kunststoffe wie Amphibien – sie kriechen. Dazu kommt es, wenn konstante mechanische Belastungen lange genug auf sie einwirken und sich Kunststoffbauteile dann mit der Zeit immer mehr verformen. Wenn Bauteile ausgelegt werden, muss dieses Kriechverhalten entsprechend berücksichtigt und beispielsweise durch Simulationen vorhergesagt werden. Dazu sind geeignete Materialmodelle erforderlich. Entwickler müssen auch die notwendigen Materialparameter in Abhängigkeit von Zeit, Temperatur und Beanspruchungszustand präzise ermitteln. Unterstützung bekommen sie nun vom Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF. Im Leistungsfeld Polymertechnik haben Wissenschaftler einen Langzeitprüfstand völlig neu konzipiert, mit dem sie das mechanische Langzeitverhalten von Kunststoffen messen, modellieren und simulieren können.

An moderne Hochleistungskunststoffe werden heute höchste Anforderungen hinsichtlich Last- und Temperaturgrenzen gestellt. Nach einer Recherche des Fraunhofer LBF zeigte sich, dass am Markt vorhandene Prüfeinrichtungen diese Ansprüche häufig nicht mehr abbilden können. Auch die Art der Lastaufbringung und Dehnungsmessung lässt bei herkömmlichen Langzeitprüfständen viele Fragen offen. Angesichts der im Institut gesammelten Erfahrungen lag es nahe, ein eigenes Prüfstandkonzept umzusetzen. Der Bereich Kunststoffe des Fraunhofer LBF beschäftigt sich seit mehr als 30 Jahren mit Werkstoffmodellen zur Beschreibung des Kriechverhaltens unter verschiedenen Beanspruchungszuständen und Temperaturen. Darüber hinaus verfügt das Institut über eine ausgewiesene Expertise im Bau von Prüf- und Messeinrichtungen.

Der neu konzipierte Langzeitprüfstand hebt fast alle bekannten Einschränkungen herkömmlicher Prüfeinrichtungen auf. Beispielsweise hängt die stoßfreie Lastaufbringung bei vielen Prüfständen sehr stark vom Bediener ab. Der neue Prüfstand des Fraunhofer LBF umgeht diesen menschlichen Faktor weitest möglich, indem die Lastaufbringung elektronisch geregelt wird und somit genau definiert erfolgen kann. Die optische berührungslose Dehnungsmessung erlaubt eine hohe Auflösung. Sie ist notwendig, um an hochsteifen Werkstoffen die Werkstoffkennwerte zu ermitteln.

Erstmals ist es mit dem neuen Langzeitprüfstand auch möglich, die Querdehnung exakt zu ermitteln, was die Materialmodelle und damit die Vorhersagegüte von Simulationen erheblich verbessert. Es können Prüftemperaturen von Raumtemperatur bis 250 °C abgedeckt werden. Die neu entwickelte Spannmechanik macht die Prüfung von Probekörpern mit unterschiedlichen Abmessungen möglich. Der Prüfstand eignet sich nicht nur für hochsteife Werkstoffe, sondern gleichermaßen für die Kennwertermittlung an Elastomeren und Thermoplastischen Elastomeren.

Quelle: Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF