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Eigenschaften und Prüfung
 
Die verschiedenen Kunststoffe werden vom Anwender für seine Arbeit entsprechend seinen Anforderungen ausgewählt. Die Hersteller dieser 2-Komponenten-Systeme geben die Eigenschaften des ausgehärteten Formstoffs in der Regel an. Die Eigenschaften, die so auch gewünscht sind und immer Ziel der Entwicklung von Kunststoffsystemen sind, werden nach genau bestimmten Prüfmethoden geprüft. Üblich ist auf technischen Merkblättern auch die genaue Angabe der verwendeten Prüfmethode. Da es bei den Prüfmethoden zum Teil erhebliche Unterschiede geben kann, ist diese Angabe, wie auch evtl. eine Angabe der Prüftemperatur sowie weiterer Prüfparameter, außerordentlich wichtig.
 
Härte
Eines der wichtigsten Merkmale zur Unterscheidung von Kunststoffen ist die Härte des Formstoffes. Gebräuchlich sind hier die Barcol-Härte, Martens-Härte und die Shore-Härte.
 
Die Barcol-Härte ist eine Härteskala, die vorwiegend für die Einteilung von glasfaserverstärkten Kunststoffen (GFK) Anwendung findet. Nach der Norm DIN EN 59 wird sie, wie auch die Shore-Härte, unter Zuhilfenahme eines Handmessgerätes und eines Kegelstumpfes mit einer flachen Spitze bestimmt. Der ganzzahlige Wert wird direkt an der Skala der Messuhr abgelesen.
 
Das Martens-Härteverfahren ist nach dem deutschen Physiker Adolf Martens benannt worden und wird auch als instrumentierter Eindringversuch bezeichnet. Im Jahre 2003 wurde die Universalhärte in Martenshärte umbenannt. Das Verfahren ist in der DIN EN ISO 14577, 1-3 genormt. Bei diesem Verfahren wird während der Belastungs- und Entlastungsphase kontinuierlich die Kraft und die Eindringtiefe gemessen. Die Martenshärte (HM) wird definiert als das Verhältnis der Maximalkraft zu der dazugehörigen Kontaktfläche und wird in der Einheit Newton pro Quadratmillimeter angegeben.
 
Die Shore-Härte, benannt nach Albert Shore, ist ein Werkstoffkennwert für Elastomere und Kunststoffe und ist in den Normen DIN 53505 und DIN 7868 festgelegt. Das Kernstück des Shore-Härte-Prüfers besteht aus einem Feder belasteten Stift aus gehärtetem Stahl. Dessen Eindringtiefe in das zu prüfende Material ist ein Maß für die entsprechende Shore-Härte, die auf einer Skala von 0 Shore (2,5 Millimeter Eindringtiefe) bis 100 Shore (0 Millimeter Eindringtiefe) gemessen wird. Eine hohe Zahl bedeutet eine große Härte. Bei einem Shore- Härteprüfgerät ist prinzipiell eine Zusatzeinrichtung notwendig, die die zu messende Probe mit einer Kraft von 12,5 Newton bei Shore-A, bzw. 50 Newton bei Shore-D auf den Messtisch andrückt. Praktisch kommen aber zumeist Handgeräte zum Einsatz. Bei der Bestimmung der Shore-Härte spielt die Temperatur eine höhere Rolle als bei der Härtebestimmung metallischer Werkstoffe. Deshalb wird hier die Solltemperatur von 23 °C auf das Temperaturintervall von ± 2 K beschränkt. Die Materialdicke sollte im Bereich von 0 bis 50 Shore mindestens 9 Millimeter, bei härteren Substanzen mindestens 6 Millimeter betragen. Die Angabe Shore A wird bei Weichelastomeren verwendet, wogegen die Shore D-Härte bei zähelastischen und harten Kunststoffen gemessen wird. Angegeben wird die Shore-Härte mit dem Zusatz A oder D und ohne Nachkommastelle.
 
Wärmeformbeständigkeit
Die Angabe der Wärmeformbeständigkeit erfolgt im Allgemeinen als „Formbeständigkeit in der Wärme nach Martens“oder als „Glasübergangstemperatur“ kurz Tg (engl. glass transition temperature). Der Tg-Wert gibt die Temperatur an, unterhalb der ein duromerer Kunststoff sich amorph, glasartig verhält und oberhalb der er gummielastisch wird. Es handelt sich dabei also um eine Erweichungstemperatur, die angibt, bis zu welcher Temperatur ein Kunststoff noch einsetzbar ist, ohne dass mit starker Verformung gerechnet werden muss. Die Messung erfolgt mittels dynamischer Messmethoden, wobei entweder eine tatsächliche Erweichung registriert wird (DMA), oder aber eine besondere Wärmeabgabe beim Überschreiten der Glastemperatur gemessen wird (DSC).
 
Bei der Formbeständigkeit in der Wärme nach Martens handelt es sich im Prinzip um einen sehr praxisnahen Versuch. Ein Prüfkörper mit genau festgelegten Dimensionen wird in einem Ofen mit Wärme belastet. Die Steigrate der Erwärmung ist dabei ebenfalls exakt definiert. Zusätzlich wird der Prüfkörper mit einem Gewicht beaufschlagt. Die Wärmeformbeständigkeit nach Martens ist dann die Temperatur, die der Prüfkörper noch ohne Verformung überstanden hat.
 
Biegefestigkeit
Die Bestimmung der Biegefestigkeit und die hiermit verbundene Bestimmung des E-Moduls sind rein mechanische Prüfungen. Die Biegefestigkeit in der technischen Mechanik ist ein Wert für eine Biegespannung in einem auf Biegung beanspruchten Bauteil, bei dessen Überschreiten das Versagen durch Bruch des Bauteils eintritt. Die Messung erfolgt nach DIN 53452 mit einer genau definierten Biegegeschwindigkeit. Aus der Kraft, die zur Biegung des Prüfkörpers um einen bestimmten Winkel erforderlich ist (Biegedehnung, %), lässt sich nach DIN 53457 auch das Elastizitäts-Modul (E-Modul) ermitteln. Die Angabe beider Werte erfolgt in N/mm2 und wird bei 20°C gemessen. Zur Prüfung werden genormte Probestäbe in ein Prüfgerät eingespannt und mit definierter Geschwindigkeit gebogen. Die auftretenden Kräfte werden allgemein mit Kraftmessdosen registriert.
 
Zugfestigkeit
Ähnlich wie die Bestimmung der Biegefestigkeit ist auch die Bestimmung der Zugfestigkeit ein rein mechanischer Prüfablauf, der mit den selben Prüfgeräten durchgeführt werden kann. Hierbei wird der in seinen Dimensionen genau definierte Prüfkörper mit einer gleichmäßigen Geschwindigkeit so lange gestreckt, bis er zerreißt. Die bis zum Reißen aufgewendete Kraft wird gemessen und nach DIN 53455 in N/mm2 angegeben. Analog des E-Moduls aus Biegefestigkeit wird oft auch ein E-Modul aus Zugfestigkeit angegeben. Dabei wird ebenfalls die Kraft ermittelt, die zum Strecken des Prüfkörpers um einen bestimmten Betrag aufgewendet werden muss. Die Angabe erfolgt in N/mm2.
 
Abweichend von den harten Kunststoffen wird bei Elastomeren die Zugfestigkeit im Allgemeinen nach ISO 37-94 bestimmt. Wesentlicher Unterschied ist dabei die höhere Abzugsgeschwindigkeit. Da Elastomere eine deutlich höhere Streckgrenze aufweisen, wird das E-Modul aus Zugfestigkeit üblicherweise bei einer Dehnung von 100% angegeben. Außerdem sind für den Zugversuch nach ISO 37-94 verschiedene Prüfkörper vorgesehen, da die auftretenden Kräfte bei den kleinen Prüfkörpern z.T. zu gering ausfallen und nur schwer eine exakte Bestimmung möglich ist.
 
Prüfungen der flüssigen Komponenten
Selbstverständlich sollen auch die Harze und Härter die dem Anwender zugesicherten Eigenschaften haben. Wichtige Prüfparameter für die flüssigen Komponenten sind zum einen die Viskosität der einzelnen Komponenten, aber auch die Mischviskosität des fertig angemischten Systems. Da die Mischviskosität sich aber mit fortschreitender Reaktion ständig ändert, kann nur die Mischviskosität unmittelbar nach Vermischen bestimmt und angegeben werden. Die Viskosität ist ein Maß für die Zähflüssigkeit. Je höher die Viskosität, desto dickflüssiger ist ein Harz. Die Viskosität wird üblicherweise mit Brookfield Viskosimetern des Typs RV gemessen. Neben der Angabe der gemessenen Viskosität, die bei einer definierten Temperatur gemessen wird (meist 23 oder 25°C), ist auch die bei der Messung verwendete Spindel und die Drehzahl anzugeben. Die Einheit der dynamischen Viskosität ist Pa •s , bzw. bei niedrigen Viskositäten auch mPa •s.
 
Neben der Viskosität wird oft auch die Dichte von Flüssigkomponenten angegeben. Diese wird immer dann benötigt, wenn Flüssigkomponenten nach Volumen dosiert werden sollen. Die Angabe des Mischungsverhältnis erfolgt dagegen zumeist in Gewichtsanteilen. Die Dichte ist der Quotient aus dem Gewicht im Verhältnis zu dem dazugehörigen Volumen. Bei Wasser rechnet man allgemein mit dem gerundeten Wert von 1,0. Der Kehrwert der Dichte ist das spezifische Volumen. Bei Flüssigkeiten kann die Dichte relativ einfach mit so genannten Spindeln (od. Aräometer) bestimmt werden. Spindeln haben ein bauchiges, mit Gewichten beschwertes Unterteil und im oberen Bereich einen dünnen Hals mit Skalierung. Die Dichte wird an der Eintauchtiefe der Skala abgelesen und z.B. in g/cm3 angegeben. Bei anderen Verfahren zur Dichtebestimmung wird ein genau bekanntes Gefäß (Pyknometer) randvoll gefüllt und gewogen, woraus sich ebenfalls die Dichte errechnet. In der chemischen Produktion wird die Dichte im laufenden Produktionsprozess durch Strahlenabsorption von in der Regel Gammastrahlern gemessen.
 
Eine für die Verarbeitung von 2-Komponenten Systemen besonders wichtige Angabe ist die Verarbeitungs- oder Topfzeit. Hierbei wird diejenige Zeit angegeben, bis zu der das System entsprechend der Anwendung verarbeitbar ist. Bei entsprechend niedrig viskosen Flüssigkeiten ist das die Zeit innerhalb derer die Flüssigkeit noch vergossen werden kann. Bei Oberflächenharzen wird neben der Topfzeit, die angibt wie lange die Paste aufgetragen werden kann, auch die Gelzeit angegeben. Innerhalb dieser Zeit ist ein Weiterapplizieren der nächsten Schicht noch möglich, ohne dass die Gefahr von Delamination besteht. Der Übergang von flüssig zu fest kann gerade bei Schnellgießharzen sehr plötzlich erfolgen. Bestimmt wird die Topfzeit u.a. mit Gel-Timern. Dabei mischt ein kleiner Stab das Reaktionsgemisch permanent durch. Bei entsprechendem Viskositätsanstieg wird das Reaktionsgefäß angehoben und schaltet die Messung ab. Die Zeit kann dann direkt abgelesen werden.
 
Neben den beschriebenen Prüfverfahren für die Bestimmung der Eigenschaften von Flüssigkomponenten und den daraus hergestellten Kunststoffen gibt es auch noch einige Verfahren, die die Alterung der Stoffe unter definierten Bedingungen simulieren können. Dies ist deshalb von Bedeutung, da immer wieder Vorhersagen für die dauerhafte Beständigkeit von Kunststoffen vom Kunden gewünscht werden, diese aber in der zur Verfügung stehenden Zeit eigentlich nicht gemacht werden können. Beispielsweise kann eine Beständigkeit gegenüber UV-Strahlung bei Kunststoffen gefragt sein. Das Ergebnis wäre unter Umständen erst nach Jahren an einer Vergilbung zu erkennen. Dies kann man recht gut mit intensiver UV -Bestrahlung in entsprechenden Prüfkammern simulieren, wobei gleichzeitig auch noch eine Bewitterung möglich ist.
 
Es gibt natürlich genormte Verfahren, wie z.B. die beschleunigte Alterung (unter Einfluss von heißer Luft) gem. ISO 2440, oder die Bestimmung der Eindruckhärte gem. DIN EN ISO 868 (Shore), aber zum Leidwesen der Kunden gibt es auch eine große Vielfalt an Verfahren, die die Hersteller selbst entwickelt haben und als „Prüfung nach interner Methode“ angeben. Diese Werte sind bestimmt hilfreich, allerdings untereinander nicht vergleichbar.
1. Einführung
2. Kunststoffe und Chemie
3. Epoxidharze
4. Polyesterharze
5. Polyurethanharze
6. Silicone
7. Eigenschaften und Prüfung
8. Modellbauwerkstoffe
9. Rapid Prototyping
10. Klebstoffe
Allgemeines
Gefahrensymbole
Transportsymbole
R-Sätze
S-Sätze