Schnellere Vorhersage zur Lebensdauer von Kunststoffen

Für die effiziente Vorhersage der Lebensdauer von Kunststoffen koppelt das Fraunhofer LBF Experiment und Modellierung. Die Laborbewitterung von Kunststoffbauteilen ist dabei ein Baustein. Foto: Fraunhofer LBF/Raapke

Für die effiziente Vorhersage der Lebensdauer von Kunststoffen koppelt das Fraunhofer LBF Experiment und Modellierung miteinander.

Um die Risiken beim Einsatz neuer Materialien oder bei geänderten Betriebsbedingungen zu minimieren, sind belastbare Aussagen und Vorhersagen zur Lebensdauer erforderlich. Voraussetzung hierfür sind neben Prüfmethoden, die Schädigungen frühzeitig erkennen, geeignete Alterungs- und Versagensmodelle sowie anwendungsrelevante Schadenskriterien. Um die Material- und Bauteilentwicklung zu beschleunigen, ist es zudem von Vorteil, die Dauer der Prüfzyklen, der Klimalagerung oder der Laborbewitterung zu verkürzen. Der Beschleunigung solcher Versuche durch erhöhte Temperaturen, Umgebungsfeuchte, Bestrahlungsstärke oder kürzere Prüfzyklen sind Grenzen gesetzt. Noch schwieriger ist es, Alterung und Versagen für neue Betriebszyklen oder für den Einsatz unter veränderten Umgebungsbedingungen vorherzusagen.

Forscherteams aus dem Bereich Kunststoffe des Fraunhofer-Instituts für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF entwickeln maßgeschneiderte Prüfmethoden und koppeln diese mit Modellierungssoftware zur Lebensdauervorhersage für komplexe Einsatzszenarien. Das Resultat sind kürzere Entwicklungszeiten und ein verringertes Ausfallrisiko im späteren Einsatz.

Software-Tools zur Vorhersage der Lebensdauer

Die schematische Lebensdauervorhersage für vorgegebene Lastszenarien durch Kopplung von Experiment und Modellierung. Grafik: Fraunhofer LBF

Im Bereich Kunststoffe des Fraunhofer LBF arbeiten interdisziplinäre Teams eng zusammen, um die Alterungsvorgänge und Versagensmechanismen von Kunststoffen besser zu verstehen und die zugehörigen Material- und Lebensdauermodelle zu verbessern. Ziel sind optimierte Prüfverfahren und Software-Tools zur Lebensdauervorhersage für komplexe Einsatzszenarien.

Indem sie Alterungsexperimente und Modellierung koppeln, können die Wissenschaftler Lebensdauer und Versagensrisiko für vorgegebene Einsatzfälle besser abschätzen. Durch Superposition von aufeinanderfolgenden Temperatur-, Feuchte-, Bestrahlungs- und mechanischen Lasten können sie nahezu beliebige Szenarien nachstellen. Als Eingangsgrößen dienen dabei zeitaufgelöste Messdaten für verschiedene Betriebszustände, Wetterdaten oder hypothetische Einsatzszenarien.

Kürzere Entwicklungszeiten und verringertes Ausfallrisiko

Am Fraunhofer LBF steht hierfür eine Toolbox zur Verfügung – bestehend aus Klimalagerung und Bewitterung, vielfältigen Mess- und Prüfmethoden, einer breit gefächerten chemischen Analytik und anpassbaren Alterungs- und Lebensdauermodellen. Die Vorgehensweise lässt sich direkt mit der Bauteilauslegung mit FE-Methoden koppeln. Gemeinsam mit Industriepartnern passen die Darmstädter Forscher diese an die jeweilige Fragestellung an und begleiten die Überführung in bestehende Abläufe und vorhandene Infrastruktur. Das Resultat sind anwendungsbezogene Prüfvorschriften, kürzere Entwicklungszeiten und ein verringertes Ausfallrisiko im späteren Einsatz. Zielgruppe sind Hersteller und Anwender von Kunststoffkomponenten und -bauteilen sowie polymerbasierten Beschichtungsmaterialien in nahezu allen Wirtschaftsbereichen.

Praxisbezogener Austausch mit Experten

„Lebensdauer von Kunststoffen effizient vorhersagen: Kopplung von Experiment und Modellierung“ lautet auch das Thema eines virtuellen Seminars des Fraunhofer LBF am 6. Mai 2021 von 9.00 bis 15.00 Uhr. Es richtet sich an Interessenten aus allen Bereichen der Entwicklung, Berechnung und Prüfung von Kunststoffen.

Das Fraunhofer LBF entwickelt zudem anwendungsnahe Methoden zur Simulation von Spritzgießbauteilen, die mit Medien wie Benzin in Kontakt kommen.

sk