Mikroprüfkörper zur Charakterisierung

Prüfkörper für kleinste Materialmengen

Sie sind in der Entwicklungsphase eines neuen Materials und möchten dieses schnell und effizient testen? Mit spritzgegossenen Mikroprüfkörpern kann Kunststoff unter sehr präzisen Prozessvorgaben geprüft werden. Die im Kunststoff-Zentrum in Leipzig (KUZ) entwickelte Mikrospritzgießmaschine „formicaPlast“ erlaubt die Verarbeitung von kleinsten Schussgewichten auch bei verweilzeitsensitiven Werkstoffen. 

Palette der im KUZ herstellbaren Mikroprüfkörper für Materialtests

Mikroprüfkörper – Warum?

Für die Materialentwicklung und generell bei der Entwicklung mikrotechnischer Lösungen bietet die Herstellung von Mikroprüfkörpern vielfältige Vorteile:

  • Umfangreiche Probekörpermenge aus weniger als 50 g Material, auch bei mehreren Probekörpergeometrien
  • Effiziente Verarbeitung und Untersuchung sehr kostenintensiver Werkstoffe
  • Vergleichende Prüfung von neuen Materialien aus einer Laborproduktion
  • Effiziente und schnelle Erarbeitung von Empfehlungen zur Spritzgießtechnologie
  • Erste Beurteilung der Gebrauchseigenschaften, chemischen Beständigkeit, Klebbarkeit usw.
  • Unterstützung der Materialauswahl für Mikroprodukte

Charakterisierung des spritzgegossenen Materials

Zur Auswahl stehen beispielsweise folgende Prüfmethoden:

  • Dynamische Differenzkalorimetrie (DSC) mit 2 Heizläufen (Ergebnis: TG, TSCH, Enthalpie)
  • Thermomechanische Analyse (TMA) (Ergebnis: Ausdehnungskoeff., Schrumpf)
  • Dynamisch-mechanische Analyse (DMA) (Ergebnis: Modul-Temp.-Kurve)
  • Ermittlung der Mikrohärte an spritzgegossenen Mikroprüfplatten bei Raumtemperatur
  • Zugversuch an Mikroprüfkörpern 1/12 mit 5 Probekörpern pro Probe (Ergebnis: Festigkeit, E-Modul, Werte wegen Skalierungseffekte nur untereinander vergleichbar)

Materialvielfalt

Die verarbeitbare Werkstoffpalette umfasst:

  • Thermoplaste, einschließlich Hochtemperaturwerkstoffe und bioresorbierbarer Materialien
  • Duroplaste
  • Kautschuke
  • Fest- und Flüssigsilikone

Darüber hinaus sind viele experimentelle Werkstoffe möglich, welche in vielfältiger Form (z. B. als Granulat, Pulver oder Flocken) verarbeitet werden können.

Beispiel für eine beschleunigte Materialentwicklung –
POX (Polyoxazolidinon)

Das im Entwicklungsstadium befindliche Material Polyoxazolidinon (POX) von Covestro konnte trotz geringen verfügbaren Materialmengen bereits erfolgreich getestet werden. POX ist ein thermisch verformbarer Hochleistungskunststoff, der in einzigartiger Weise zahlreiche gute Eigenschaften vereint. Er ist stabil und gleichzeitig elastisch bei relativ hoher Härte, außerdem beständig gegen Hitze und viele Lösungsmittel.

In dem aktuellen Forschungsprojekt „DreamCompoundConti“ wird momentan ein kontinuierliches Verfahren zur Herstellung von POX entwickelt, um eine umweltverträgliche und wirtschaftliche Produktion im Industriemaßstab zu ermöglichen. Daran arbeitet Covestro im Verbund mit der RWTH Aachen University, der Technischen Universität Berlin, dem Kunststoff-Zentrum in Leipzig und dem Flugzeughersteller Airbus als assoziiertem Partner.

Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) fördert das Vorhaben über die nächsten drei Jahre – im Rahmenprogramm „Forschung für Nachhaltigkeit (FONA³)“ in der Maßnahme „r+Impuls – Impulse für industrielle Ressourceneffizienz“ (Förderkennzeichen 033R199).

POX-Ausgangsmaterial (Pulver), extrudiertes Granulat und Prüfkörper.
Im Vergleich Zugprüfkörper ISO Typ 1A zu 1/12 Mikrozugstab.

Kleinere Mengen des neuartigen Materials wurden bereits im Labormaßstab hergestellt und zu Plastifizierversuchen an das KUZ versendet. Das KUZ konnte mit den kleinen Chargen, jeweils ca. 100 g in Pulverform, eine Verarbeitbarkeit im Spritzguss nachweisen und fertigte entsprechende Mikroprüfkörper zur Charakterisierung der mechanischen Kennwerte. Auch die Kunststoffprüfungen für die kleinen Prüfkörper wurden im KUZ durchgeführt. Somit konnte sehr schnell die Beeinflussung der mechanischen Eigenschaften der einzelnen Rezepturen nachgewiesen und damit die Entwicklungszeit stark verkürzt werden. Derzeit strebt Covestro die Skalierung des Herstellprozesses an.

Schlanker Produktionsprozess

Eine Besonderheit von Polyoxazolidinonen besteht darin, dass die Herstellung auf sehr gut zugänglichen Basischemikalien beruht. Diese werden ohnehin für die Produktion etwa von Schaumstoffen (Polyurethan) und Klebstoffen (Epoxidharz) eingesetzt und müssen somit nicht eigens hierfür hergestellt werden. Ein neuartiges Katalysatorensystem ermöglicht nun erstmalig die Herstellung von thermoplastischem POX aus diesen Basischemikalien. Das spart im gesamten Prozess CO2-Emissionen und Energie ein, weil im Vergleich zur Produktion herkömmlicher Hochleistungsthermoplasten aufwändige Prozessschritte entfallen.

Ansprechpartner für Mikroprüfkörper

Nutzen Sie das Potential des KUZ aus kleinen Materialchargen Vergleichskennwerte für Ihre Anwendung zu gewinnen. Für Anfragen hinsichtlich der Bereitstellung von kleinen Mikroprüfkörpern aus Ihrem Testmaterial wenden Sie sich bitte an:

Steffen Jacob
jacob(at)kuz-leipzig.de
0341 4941-763

Dr. Gábor Jüttner
juettner(at)kuz-leipzig.de
0341 4941-762