Taskforce für Schadensanalytik an Kunststoffbauteilen

Das Fraunhofer LBF bündelt in der „Taskforce Troubleshooting“ seine Kompetenz in der Schadensanalytik für Kunststoffbauteile.

Die „Taskforce Troubleshooting“ für die Schadensanalytik unterstützt Unternehmen aus den unterschiedlichsten Branchen mit ihrem umfassenden Verständnis vom Kunststoff als Werkstoff – von den Eigenschaften der Rohmaterialien über den Verarbeitungsprozess bis zum fertigen Bauteil und den resultierenden Struktur-Eigenschafts-Beziehungen. Aufbauend auf der am Institut gebündelten interdisziplinären Expertise aus Material-, Natur- und Ingenieurswissenschaften werden individuelle Lösungen für verschiedenste Problemstellungen und Produkte erarbeitet.

Individuelle Beratung und flexible experimentelle Möglichkeiten stehen dabei im Fokus: Von der Materialanalytik über thermophysikalische und rheologische Charakterisierung bis zum mechanisch-statischen, Crash-, und Kriechverhalten oder der witterungsbedingten Alterung von Kunststoff-Produkten. Maßgeschneiderte analytische, physikalische und mechanische Mess- und Prüfmethoden für (faserverstärkte) Thermoplaste, Elastomere, Schäume und Verbundwerkstoffe sind das Ziel.

Mängel bei den chemischen Eigenschaften, bedingt beispielsweise durch fehlerhafte Synthese, Chargenschwankungen, Verschleiß oder mechanische Einwirkungen, führen häufig zu frühzeitigem Versagen von Kunststoffteilen. Chromatografische und spektroskopische Methoden werden hier zur Identifizierung von strukturellen Defekten auf molekularer Ebene genutzt, während bildgebende Verfahren, wie zum Beispiel Polarisations- und Elektronenmikroskopie die räumliche Struktur des Defekts (Morphologie) erschließen. Beide Methoden liefern jedoch keine chemischen Informationen, sodass eine Identifizierung und Ursachenklärung häufig schwer möglich ist. Diese Lücke wird durch Infrarot- und Raman-Mikroskopie gefüllt. Aktuelle Methodenentwicklungen in diesen Bereichen ermöglichen dabei die chemische Abbildung hochkomplexer Mischmaterialien – beispielsweise Blends, Schichtstrukturen, Partikel und Beschichtungen – mit einer Auflösung von 0,001 mm.

Die hohe räumliche Auflösung bietet die Möglichkeit, Grenzflächendefekte in mikrostrukturierten Proben wie beispielsweise Mehrschichtfolien zu untersuchen. Dabei können die Defekte dreidimensional profiliert und die Defekt-verursachende Komponente identifiziert werden. Über die so zugänglichen Informationen können beispielsweise Schwankungen in den Verarbeitungsbedingungen oder der Rohstoffqualität bei Blendsystemen als Schadensursache identifiziert werden.

Die Orientierung von Fasern und die Grenzfläche Faser/Polymermatrix Füllstofforientierungen sind entscheidend für die mechanischen Eigenschaften und das Langzeitverhalten von Leichtbauwerkstoffen. So können Schwankungen hinsichtlich Haftvermittlern/Faserbeschichtungen und der Faserorientierung im Bauteileinsatz zu Defekten führen. Lokale Heterogenitäten der Faserorientierungen können mit der Raman-Mikroskopie schnell und einfach analysiert und identifiziert werden. Zudem ermöglicht die hohe spektrale Auflösung eine akkurate Abrasterung der Faseroberfläche im Bauteil im Mikrometer-Maßstab, so dass das Vorhandensein eines Grenzflächenversagens um die Glasfaser herum aufgezeigt werden kann.

Diese Techniken werden im Rahmen der 15. Tagung des Arbeitskreises Polymeranalytik am 22.1.2021 vorgestellt. Die Veranstaltung richtet sich an Interessenten aus allen Bereichen der Analytik von Kunststoffen.

Kürzlich hat das Fraunhofer LBF einen neuen Chromatograf vorgestellt, der das gesamte Spektrum der Schwingungsspektroskopie für die Analytik von Polyolefincompounds abdeckt. Außerdem haben die Wissenschaftler die dynamischen Testmöglichkeiten am institutseigenen Schnellzerreißer mit einer Vorrichtung erweitert, die es ermöglicht, Kunststoffe auch bei tiefen Temperaturen – validiert sind bis -40 °C – ohne Thermokammer zu prüfen.

sk