Analyse und Bewertung verarbeitungsinduzierter, feinkristalliner Strukturen in Thermoplasten

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Ernst Schmachtenberg
• Fachliche Zuordnung: Polymermaterialien
• Förderung: Förderung von 2007 bis 2009
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 41693782

Die Ausprägung der Struktur teilkristalliner Thermoplaste wird neben dem Werkstoffeinfluss durch die Bedingungen des Spritzgießprozesses, aber auch durch die geometrische Auslegung der Bauteile beeinflusst. Bedeutung erlangt die Struktur in Hinblick auf die resultierenden Eigenschaften der Bauteile, insbesondere bei kleinen und dünnwandigen sowie spannungsrissanfälligen und tribologisch beanspruchten Bauteilen. Neue Untersuchungen zeigen, dass sich bei kleinen und dünnwandigen Formteilen aufgrund der erhöhten Abkühlgeschwindigkeit durch das große Oberflächen/Volumen-Verhältnis eine feinkristalline Struktur mit geringerer Kristallinität als bei großen Teilen ausbildet. Damit einher geht eine Veränderung der mechanischen Eigenschaften. In Hinblick auf die Verschleißfestigkeit hat sich zudem gezeigt, dass sich feinkristalline Randbereiche ungünstig im Vergleich zu grobsphärolithischen Strukturen auswirken. Umgekehrt verhält sich die Spannungsrissanfälligkeit. Feinsphärolithische Strukturen erweisen sich weniger spannungsrissanfällig als grobsphärolithische. Bei der Aufklärung der Struktur von Spritzgießteilen ist die Dünnschnittpräparation und Beurteilung im Lichtmikroskop eine gängige und häufig eingesetzte Methode. Während grobe Sphärolithstrukturen, d.h. Sphärolithe mit Durchmessern ab mehreren μm, anhand mikroskopischer Aufnahmen stereologisch bewertet werden können, ist die Aufklärung feiner Strukturen nur durch aufwändige Methoden wie beispielsweise der Rasterelektronenmikroskopie an geätzten Strukturen möglich. Ein einfaches Verfahren zur Bestimmung der Sphärolithgrößen stellt die erstmals 1960 auf Kunststoffe angewandte SALS-Methode (Small Angle Light Scattering, Kleinwinkellichtstreuung) dar. Anhand des Streubilds einer in einem dünnen Präparat vorliegenden Struktur kann, aufgrund der indirekten Proportionalität von Strukturgröße und Streuwinkel, die mittlere Sphärolithgröße ermittelt werden. Ebenso kann die Regelmäßigkeit der Sphärolithstruktur durch eine Veränderung des Streubilds bewertet werden. Ziel des beantragten Forschungsvorhabens ist, die bereits umfangreich auf die Untersuchung von Schmelzfilmen angewandte SALS-Methode auf die Untersuchung von Dünnschnitten spritzgegossener Bauteile mit feinkristallinen Strukturen zu übertragen. Eine algorithmierte Auswertung ermöglicht die Erzielung reproduzierbarer Aussagen über die Sphärolithordnungsparameter (Regelmäßigkeit, mittlerer Durchmesser). Durch die Erforschung der Methodenentwicklung soll ein schneller und einfacher Weg zur Beurteilung der Struktur feinkristalliner Bereiche sowie der Korrelation zu anderen Kenngrößen und ferner einer gezielte Beeinflussung der Strukturbildung im Spritzgießprozess ermöglicht.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen