Kombination Reib- und Kratzprüfungen

All-in-One -STS-Kombinationsverfahren für Reib- und Kratzprüfungen von Kunststoffoberflächen

All-in-One -STS-Kombinationsverfahren für Reib- und Kratzprüfungen von Kunststoffoberflächen

Wachsende Anforderungen an Kunststoffoberflächen

In den letzten Jahren sind die Anforderungen an die Formteiloberflächen zunehmend gewachsen. Neben ästhetischen Forderungen, die durch Einfärben und Strukturierung realisiert werden, müssen zunehmend weitere Funktionen integriert, zu denen der Kratz- und Verschleißschutz oder haptische Eigenschaften gehören. Daraus ergibt sich, dass die Qualität der Formteiloberfläche einen erheblichen Einfluss auf die spätere Anwendung hat. Nicht erkannte Oberflächenfehler oder unzureichend geschützte Oberflächen verursachen erhebliche Qualitätskosten.

Vielzahl von Prüfverfahren

Aus den breit gefächerten Einsatzgebieten von Kunststoffoberflächen ergibt sich eine Vielzahl unterschiedlicher Prüfverfahren, mit denen versucht wird, die ver­schiedenen in der Praxis vorkommenden Beanspruchungen der Oberfläche im Laborversuch möglichst anwendungsnah nachzustellen und die Eigenschaftsveränderungen möglichst objektiv zu bewerten. Dabei spielen Verfahren zur Beurteilung der Abriebbeständigkeit der Oberfläche und der Haftung von Beschichtungen eine besondere Rolle. Viele Prüfungen stammen zum großen Teil aus der Textilbranche und sind in der Regel nicht durch chemisch-physikalische Stoffmodelle untersetzt sind. Bei den meisten Prüfungen werden keine physikalischen Kenngrößen oder Funktionen ermittelt. Zu jeder Art von Beanspruchung gibt es in der Regel jeweils sehr spezielle Mess- und Prüfeinrichtungen. Für eine ganze Reihe von Kenngrößen werden nach wie vor manuelle Messmittel eingesetzt. Diese führen zu subjektiven Messergebnissen, die Anlass für Streitigkeiten zwischen OEM und Zulieferer sein können. Die Normung ist durch eine große Vielfalt und Uneinheitlichkeit gekennzeichnet. Viele der Verfahren sind auf der Basis von planen Oberflächen entwickelt worden, die den heutigen oft gekrümmten Oberflächen nicht mehr gerecht werden.

Forderung nach objektiven Prüfverfahren

Zulieferer und Abnehmer anspruchsvoller Kunststoffprodukte haben ein Interesse an objektiven, praktikablen und letztlich effizienten Prüfverfahren, die die realen Beanspruchungen, vorwiegend die Gebrauchsbeanspruchung durch den Menschen, möglichst praxisnah simulieren. Aus diesen Anforderungen heraus ergab sich die Zielstellung für die Entwicklung und Realisierung eines Kombinationsprüfstandes, in dem mehrere unterschiedliche Prüfanforderungen an Kunststoffoberflächen integriert sind.

„Surface Testing System“ - Kombinationsprüfstand ­für Oberflächenprüfungen von Kunststoffen

Die wesentlichen Merkmale des gemeinsam mit dem FuE-Partner emtec Electronic GmbH entwickelten Technologiekonzepts sind:

  • Flachbetteinheit mit Antrieben, Steuerungen und Bedieneinheit
  • Spannfläche für Proben max. : 250 x 250 mm²
  • Werkzeugbewegung in z-Richtung für die Prüfung leicht gekrümmter Oberflächen
  • Einspannmöglichkeiten für verschiedenste Kratz- und Reibwerkzeuge
  • schneller Werkzeugwechsel durch flexiblen Aufnahmekopf
  • drehbarer Probentisch zur Erzeugung z.B. von Kratzgittern in variierbaren Winkeleinstellungen
  • integrierte Schlauchpumpe für zyklische Medienzufuhr von max. 1 ml/min

Die technischen Daten des Prüfgerätes finden Sie hier.

Zum System wurde eine funktionale Software entwickelt in der aktuell 40 Prüfverfahren zur Auswahl stehen, die vorwiegend DIN-Normen und Prüfvorschriften zur Prüfung des Automobilinnenraums sind. Folgende beispielhafte Einzel- und Mehrfachprüfungen sind möglich:

  • Gitterschnittprüfung (Einscheidenmesser, Mehrschneidenmesser)
  • Schreibempfindlichkeit (Abzeichnungsempfindlichkeit)
  • Kratzempfindlichkeit
  • Abriebfestigkeit
  • Farbechtheit gegenüber Reiben
  • Pflegemittelbeständigkeit

Anwendungsbeispiel: Gitterschnittprüfung

Die Gitterschnittprüfung ist eine übliche Methode zur Überprüfung der Haftfestigkeit von Beschichtungen auf den verschiedensten Substratmaterialien. Hierbei wird mit einem Schneidgerät die Beschichtung mit gleichmäßigem Druck kreuzförmig bis zum Grund durchtrennt, so dass ein rechtwinkliges Gitter entsteht. Mindestens 6 Schnitte müssen in jede Richtung rechtwinklig zueinander verlaufen. Das aufgebrachte Klebeband wird anschließend gleichmäßig abgezogen und der Gitterschnittkennwert durch den Vergleich mit Standardbildern ermittelt. Die manuelle Gittererzeugung mittels Einscheiden- und Mehrschneidenmesser als Stand der Technik wurde mit dem STS verglichen. Auf den Proben erfolgte ein Gitterauftrag über jeweils zehn Linien mit einem Gitterabstand von 1 mm (Abb. 1).

Gitterschnittprüfung

Abb. 1: Gitterschnittprüfung

links: Einscheidenmesser, mittig: Mehrschneidenmesser, rechts: Kombinations-Prüfstand

Die Untersuchungen zeigten deutlich die Probleme bei der manuellen Gitterschnitterzeugung.

Beim Einschneidengerät ist es problematisch die Linien gerade und mit gleicher Kraft aufzubringen (Abb. 1 links), da die Schablone bei geringsten Unebenheiten auf der Probe verrutschen kann bzw. man Krümmung durch stärkeres Aufdrücken ausgleichen muss.

Auch die Verwendung von Mehrschneidenmessern ist mit individuellen Fehlern verbunden. Ein ungeübter Prüfer erzeugt gerade bei harten Beschichtungen durch ungenügende Kraftaufbringung ein ungleichmäßiges Kratzgitter (Abb. 1 mittig). Nicht alle Schnitte wurden bis zum Untergrund geführt.

Im Gegensatz zu den Prüfungen von Hand, konnte mit dem STS ein gleichmäßiges Schnittbild über das gesamte Gitter erzeugt werden (Abb. 1 rechts).

Sonderfall: kleine Tasten

Gerade bei kleinen Tasten, wo die Prüfung per Hand an ihre Grenzen stößt, da die Proben nicht mehr korrekt gehalten werden können, ist das STS klar im Vorteil. An leicht gekrümmten kleinen Tasten konnte die Gitterschnittprüfung mit der Anforderung von 6 Schnitten in jede Gitterrichtung mit dem STS unproblematisch durchgeführt werden (Abb. 2).

Giterschnittprüfung auf gekrümmter Fläche

Abb. 2: Gitterschnittprüfung auf gekrümmter Fläche

Zusammenfassung

Mit dem in Zusammenarbeit mit der Firma emtec Electronic GmbH entwickelten Surface Testing System (STS) ist es gelungen, verschiedene Beanspruchungsarten für Kunststoffoberflächen zu vereinen. Mit diesem Kombinationsprüfverfahrens ist es möglich die unterschiedlichen Oberflächenbeanspruchungen, wie z.B. Ritzen, Kratzen oder Reiben unter definierten Bedingungen innerhalb eines Versuchsaufbaus zu realisieren. Gerade bei der Prüfung kleinere Proben bzw. von Probenabschnitten, wo manuelle Verfahren an ihre Grenzen stoßen, ist das entwickelte STS deutlich im Vorteil. Über entsprechende Einspannvorrichtungen kann die Probe auf dem Probentisch aufgespannt und geprüft werden. Subjektive Einflussfaktoren werden ausgeschlossen und die Ergebnisse sind gut reproduzierbar. 

Kontakt

Dr. Katrin Lühe

Telefon +49 (0)341 4941 810

luehe(at)kuz-leipzig.de

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