Kunststoffprüfung

Vorwort zur 3. Auflage

Vorwort zur 2. Auflage

Vorwort zur 1. Auflage

Die Herausgeber

Wolfgang Grellmann

Sabine Seidler

Mitautoren

Verzeichnis der verwendeten Formelzeichen (Auswahl)

Abkürzungsverzeichnis

Kurzzeichen für Kunststoffe

1?Einleitung

1.1?Zur Herausbildung der Kunststoffprüfung als Wissenschaftsdisziplin

1.2?Einflussgrößen auf die Kennwertermittlung

1.3?Einteilung der Methoden der Kunststoffprüfung

1.4?Normen und Regelwerke in der Kunststoffprüfung

1.5?Zusammenstellung der Normen

1.6?Literaturhinweise für die einzelnen Fachgebiete

2?Prüfkörperherstellung

2.1?Einführung

2.2?Prüfung an Formmassen

2.3?Herstellung von Prüfkörpern

2.3.1?Allgemeine Anmerkungen

2.3.2?Prüfkörperherstellung durch direkte Formgebung

2.3.2.1?Herstellung von Prüfkörpern aus thermoplastischen Formmassen

2.3.2.2?Herstellung von Prüfkörpern aus duroplastischen Formmassen

2.3.2.3?Herstellung von Prüfkörpern aus elastomeren Werkstoffen

2.3.3?Prüfkörperherstellung durch indirekte Formgebung

2.3.4?Charakterisierung des Prüfkörperzustandes

2.4?Prüfkörpervorbereitung und Konditionierung

2.5?Zusammenstellung der Normen

2.6?Literatur

3?Bestimmung verarbeitungsrelevanter Eigenschaften

3.1?Formmassen

3.2?Bestimmung von Schüttguteigenschaften

3.2.1?Schüttdichte, Stopfdichte, Füllfaktor

3.2.2?Rieselfähigkeit, Schüttwinkel, Rutschwinkel

3.3?Bestimmung von Fluideigenschaften

3.3.1?Rheologische Grundlagen

3.3.1.1?Viskosität Newton’scher und nicht-Newton’scher Fluide

3.3.1.2?Temperatur- und Druckabhängigkeit der Viskosität

3.3.1.3?Molmasseneinfluss auf die Viskosität

3.3.1.4?Volumeneigenschaften

3.3.2?Messung rheologischer Eigenschaften

3.3.2.1?Rheometrie/Viskosimetrie

3.3.2.2?Rotationsrheometer

3.3.2.3?Kapillarrheometer

3.3.2.4?Dehnrheometer

3.3.3?Auswahl von Messmethoden zur rheologischen Charakterisierung von Polymerwerkstoffen

3.4?Zusammenstellung der Normen

3.5?Literatur

4?Mechanische Eigenschaften von Kunststoffen

4.1?Grundlagen mechanischen Verhaltens

4.1.1?Mechanische Beanspruchungsgrößen

4.1.1.1?Spannung

4.1.1.2?Deformation

4.1.2?Werkstoffverhalten und Stoffgesetze

4.1.2.1?Elastisches Verhalten

4.1.2.2?Viskoses Verhalten

4.1.2.3?Viskoelastisches Verhalten

4.1.2.4?Plastisches Verhalten

4.2?Mechanische Spektroskopie

4.2.1?Experimentelle Bestimmung zeitabhängiger mechanischer Eigenschaften

4.2.1.1?Statische Prüfverfahren

4.2.1.2?Dynamisch-Mechanische Analyse (DMA)

4.2.2?Zeit- und Temperaturabhängigkeit der viskoelastischen Eigenschaften

4.2.3?Strukturelle Einflussgrößen auf die viskoelastischen Eigenschaften

4.3?Quasistatische Prüfverfahren

4.3.1?Deformationsverhalten von Kunststoffen

4.3.2?Zugversuch an Kunststoffen

4.3.2.1?Theoretische Grundlagen des Zugversuches

4.3.2.2?Der konventionelle Zugversuch

4.3.2.3?Erweiterte Aussagemöglichkeiten des Zugversuches

4.3.3?Weiterreißversuch

4.3.4?Druckversuch an Kunststoffen

4.3.4.1?Theoretische Grundlagen des Druckversuchs

4.3.4.2?Durchführung und Auswertung des Druckversuches

4.3.5?Biegeversuch an Kunststoffen

4.3.5.1?Theoretische Grundlagen des Biegeversuches

4.3.5.2?Der genormte Biegeversuch

4.4?Schlagartige Beanspruchung

4.4.1?Einführung

4.4.2?Schlagbiegeversuch und Kerbschlagbiegeversuch

4.4.3?Schlagzugversuch und Kerbschlagzugversuch

4.4.4?Fallbolzenversuch und Durchstoßversuch

4.5?Ermüdungsverhalten

4.5.1?Allgemeine Grundlagen

4.5.2?Experimentelle Ermittlung des Ermüdungsverhaltens

4.5.3?Planung und Auswertung von Ermüdungsversuchen

4.5.4?Einflussgrößen auf das Ermüdungsverhalten und die Lebensdauervorhersage von Kunststoffen

4.6?Statisches Langzeitverhalten

4.6.1?Allgemeine Grundlagen

4.6.2?Zeitstandzugversuch

4.6.3?Zeitstandbiegeversuch

4.6.4?Zeitstanddruckversuch

4.7?Härteprüfverfahren

4.7.1?Grundlagen der Härteprüfung

4.7.2?Konventionelle Härteprüfverfahren

4.7.2.1?Prüfverfahren zur Ermittlung von Härtewerten nach Entlastung

4.7.2.2?Prüfverfahren zur Ermittlung von Härtewerten unter Last

4.7.2.3?Sonderverfahren

4.7.2.4?Vergleichbarkeit von Härtewerten

4.7.3?Instrumentierte Härteprüfung

4.7.3.1?Grundlagen der Messmethodik

4.7.3.2?Werkstoffkenngrößen der instrumentierten Härteprüfung

4.7.3.3?Anwendungsbeispiele

4.7.4?Korrelationen der Mikrohärte mit Streckgrenze und Zähigkeit

4.8?Reibung und Verschleiß

4.8.1?Einleitung

4.8.2?Grundlagen von Reibung und Verschleiß

4.8.2.1?Reibungskräfte

4.8.2.2?Temperaturerhöhung als Folge der Reibung

4.8.2.3?Verschleiß als Systemeigenschaft

4.8.2.4?Verschleißmechanismen und Transferfilmbildung

4.8.3?Verschleißprüfung und Verschleißkenngrößen

4.8.3.1?Ausgewählte Modell-Verschleißprüfungen

4.8.3.2?Verschleißkenngrößen und deren Ermittlung

4.8.3.3?Verschleißkenngrößen und deren Darstellung

4.8.4?Ausgewählte experimentelle Ergebnisse

4.8.4.1?Einfluss des Gegenpartners

4.8.4.2?Einfluss von Füllstoffen

4.8.4.3?Einfluss der Belastungsparameter

4.8.4.4?Eigenschaftsvorhersage mittels neuronaler Netze

4.8.5?Abschließende Bewertung

4.9?Zusammenstellung der Normen

4.10?Literatur

5?Zähigkeitsbewertung mit bruchmechanischen Methoden

5.1?Einführung

5.2?Stand und Entwicklungstendenzen

5.3?Grundaussagen bruchmechanischer Konzepte

5.3.1?Linear-elastische Bruchmechanik (LEBM)

5.3.2?Crack Tip Opening Displacement-(CTOD-)Konzept

5.3.3?J-Integral-Konzept

5.3.4?Risswiderstands-(R-)Kurven-Konzept

5.4?Experimentelle Bestimmung bruchmechanischer Kennwerte

5.4.1?Quasistatische Beanspruchung

5.4.2?Instrumentierter Kerbschlagbiegeversuch

5.4.2.1?Prüfanordnung

5.4.2.2?Einhaltung experimenteller Bedingungen

5.4.2.3?Typen von Schlagkraft-Durchbiegungs-Diagrammen – Optimierung der Diagrammform

5.4.2.4?Spezielle Näherungsverfahren zur Bestimmung von J-Werten

5.4.2.5?Anforderungen an die Prüfkörpergeometrie

5.4.3?Instrumentierter Fallversuch

5.5?Anwendungen in der Werkstoffentwicklung

5.5.1?Bruchmechanische Zähigkeitsbewertung von modifizierten Kunststoffen

5.5.1.1?Teilchengefüllte Kunststoffe

5.5.1.2?Faserverstärkte Kunststoffe

5.5.1.3?Blends und Copolymere

5.5.2?Anwendung des instrumentierten Schlagzugversuchs zur Erzeugnisbewertung

5.5.3?Berücksichtigung des Bruchverhaltens bei der Werkstoffauswahl und Dimensionierung

5.6?Zusammenstellung der Normen

5.7?Literatur

6?Prüfung physikalischer Eigenschaften

6.1?Thermische Eigenschaften

6.1.1?Einleitung

6.1.2?Wärmeleitfähigkeitsbestimmung

6.1.3?Dynamische Differenz-Thermoanalyse (DSC)

6.1.4?Thermogravimetrische Analyse (TGA)

6.1.5?Thermomechanische Analyse (TMA)

6.2?Optische Eigenschaften

6.2.1?Einführung

6.2.2?Reflexion und Brechung

6.2.2.1?Gerichtete und diffuse Reflexion

6.2.2.2?Brechzahlbestimmung

6.2.3?Dispersion

6.2.4?Polarisation

6.2.4.1?Optische Aktivität

6.2.4.2?Polarisationsoptische Bauelemente

6.2.4.3?Polarisationsoptische Untersuchungsverfahren

6.2.5?Transmission, Absorption und Reflexion

6.2.6?Glanz, Innere Remission und Trübung

6.2.7?Farbe

6.2.8?Transparenz und Durchsichtigkeit

6.2.9?Infrarotspektroskopie

6.2.10?Lasertechnik

6.2.11?Prüfung auf die Konstanz optischer Werte

6.3?Elektrische und dielektrische Eigenschaften

6.3.1?Einleitung

6.3.2?Physikalische Grundlagen

6.3.3?Elektrische Leitfähigkeit und Widerstand

6.3.3.1?Durchgangswiderstand

6.3.3.2?Oberflächenwiderstand

6.3.3.3?Isolationswiderstand

6.3.3.4?Messverfahren

6.3.3.5?Kontaktierung und Prüfkörpervorbereitung

6.3.4?Dielektrische Eigenschaften und dielektrische Spektroskopie

6.3.4.1?Relaxationsprozesse

6.3.4.2?Wechselstromleitfähigkeit

6.3.4.3?Breitbandige dielektrische Messtechnik

6.3.5?Spezielle technische Prüfverfahren

6.3.5.1?Elektrostatische Aufladung

6.3.5.2?Elektrische Festigkeit

6.3.5.3?Kriechstromfestigkeit und Lichtbogenfestigkeit

6.4?Zusammenstellung der Normen

6.5?Literatur

7?Bewertung der Spannungsriss­beständigkeit

7.1?Allgemeine Bemerkungen zum Versagen von Kunststoffen in aggressiven Medien

7.2?Prüfung der Spannungsrissbeständigkeit

7.2.1?Prüfmethoden zur Bestimmung der umgebungsbedingten Spannungsrissbildung

7.2.2?Beispiele zur Bewertung der Spannungsrissbeständigkeit mit standardisierten Prüfverfahren

7.2.3?Bruchmechanische Prüfmethoden

7.3?Modellbetrachtungen zum Versagen von Kunststoffen in Medien durch Spannungsrisse

7.4?Einflussgrößen auf das Spannungsrissverhalten

7.4.1?Vernetzung

7.4.2?Molmasse und Molmassenverteilung

7.4.3?Verzweigungen

7.4.4?Kristalline Bereiche

7.4.5?Molekülorientierung

7.4.6?Physikalisch-chemische Wechselwirkungsvorgänge

7.4.7?Viskosität des Umgebungsmediums

7.4.8?Einfluss der Prüfkörperdicke

7.4.9?Einfluss der Temperatur

7.5?Zusammenstellung der Normen und Richtlinien

7.6?Literatur

8?Zerstörungsfreie Kunststoffprüfung

8.1?Einleitung

8.2?Zerstörungsfreie Prüfung mit elektromagnetischen Wellen

8.2.1?Röntgenstrahlung

8.2.1.1?Projektionsverfahren mittels Absorption

8.2.1.2?Compton-Rückstreuung

8.2.1.3?Röntgen-Refraktometrie

8.2.2?Spektralbereich des sichtbaren Lichts

8.2.2.1?Dickenmessung an transparenten Bauteilen

8.2.2.2?Spannungsoptik an transparenten Bauteilen

8.2.2.3?Konfokale Laser-Scanning-Mikroskopie

8.2.2.4?Streifenprojektion zur Konturerfassung

8.2.2.5?Interferometrische Verfahren

8.2.3?Thermographie

8.2.4?Mikrowellen

8.2.5?Dielektrische Spektroskopie

8.2.6?Wirbelstrom

8.3?Zerstörungsfreie Prüfung mit elastischen Wellen

8.3.1?Elastische Wellen bei linearem Werkstoffverhalten

8.3.1.1?Ultraschall

8.3.1.2?Mechanische Vibrometrie

8.3.2?Elastische Wellen bei nichtlinearem Werkstoffverhalten

8.3.2.1?Grundlegendes zu elastischen Wellen im nichtlinearen Werkstoff

8.3.2.2?Nichtlinearer Luftultraschall

8.3.2.3?Nichtlineare Vibrometrie

8.4?Zerstörungsfreie Prüfung mit dynamischem Wärmetransport

8.4.1?Externe Anregung

8.4.1.1?Wärmeflussthermographie mit nichtperiodischem Wärmetransport

8.4.1.2?Thermographie mit periodischem Wärmetransport

8.4.2?Interne Anregung

8.4.2.1?Thermographie mit Anregung durch elastische Wellen

8.4.2.2?Thermographie mit anderen internen Anregungsarten

8.5?Ausblick

8.6?Literatur

9?Hybride Verfahren der Kunststoffdiagnostik

9.1?Zielstellung

9.2?Zugversuch, Schallemissionsprüfung und Videothermographie

9.3?Zugversuch und Laserextensometrie

9.4?Bruchmechanik und Zerstörungsfreie Prüfung

9.5?Literatur

10?Prüfung von Verbundwerkstoffen

10.1?Einführung

10.2?Theoretischer Hintergrund

10.2.1?Anisotropie

10.2.2?Elastische Eigenschaften von Laminaten

10.2.3?Einfluss von Feuchtigkeit und Temperatur

10.2.4?Laminattheorie und Hauptsatz nach St. Venant

10.2.5?Anwendung Bruchmechanischer Konzepte für FVW

10.3?Prüfkörperherstellung

10.3.1?Laminatherstellung

10.3.2?Prüfkörpervorbereitung für unidirektionale Beanspruchung

10.4?Bestimmung des Faservolumengehalts

10.5?Mechanische Prüfmethoden

10.5.1?Zugversuche

10.5.2?Druckversuche

10.5.3?Biegeversuche

10.5.4?Interlaminare Scherfestigkeit

10.5.5?Schubversuche

10.5.5.1?± 45° Off-Axis Zugversuch

10.5.5.2?10° Off-Axis Zugversuch

10.5.5.3?Two- und Three-Rail Scherversuche

10.5.5.4?Iosipescu Schubversuch

10.5.5.5?Plate-Twist Schubversuch

10.5.5.6?Torsion dünnwandiger Rohre

10.6?Bruchmechanische Prüfmethoden

10.6.1?Experimentelle Prüfung von FVW

10.6.2?Spezielle Prüfkörperformen

10.6.2.1?Prüfkörper für Mode I-Beanspruchung

10.6.2.2?Prüfkörper für Mode II-Beanspruchung

10.6.2.3?Mixed Mode-Prüfkörper

10.6.3?Bruchmechanische Kennwerte von FVW

10.7?Spezifische Prüfmethoden

10.7.1?Edge-Delamination Test (EDT)

10.7.2?Boeing Open-Hole Compression Prüfung

10.8?Schälfestigkeit biegeweicher Laminate

10.9?Schlagbeanspruchung und Schadenstoleranz

10.10?Zusammenstellung der Normen und Richtlinien

10.11?Literatur

11?Technologische Prüfverfahren

11.1?Wärmeformbeständigkeit

11.1.1?Grundlagen und Definitionen

11.1.2?Bestimmung der Wärmeformbeständigkeitstemperatur HDT und der Vicat-Erweichungstemperatur

11.1.3?Anwendungsbeispiele zur Aussagefähigkeit der Vicat- und HDT-Prüfung

11.2?Brandverhalten

11.2.1?Einleitung

11.2.2?Stufen eines Brandes und Brandparameter

11.2.3?Brandprüfungen

11.2.3.1?Neigung zu Schwelbrand

11.2.3.2?Entzündbarkeit

11.2.3.3?Flammenausbreitung

11.2.3.4?Wärmefreisetzung

11.2.3.5?Feuerwiderstand

11.2.3.6?Löschbarkeit

11.2.3.7?Rauchentwicklung

11.2.4?Die Anwendung des Cone-Kalorimeters zur Charakterisierung des Brandverhaltens

11.3?Bauteilprüfung

11.3.1?Einführung

11.3.2?Basisprüfmethoden

11.3.2.1?Allgemeines

11.3.2.2?Prüfung äußerer Merkmale

11.3.2.3?Prüfung von Werkstoffeigenschaften

11.3.2.4?Prüfung der Gebrauchstauglichkeit

11.3.3?Prüfung von Kunststoffrohren

11.3.3.1?Qualitätssicherung bei Kunststoffrohren

11.3.3.2?Prüfung des Zeitstandinnendrucks von Kunststoffrohren

11.3.4?Prüfung von Kunststoffbauteilen für Anwendungen im Automobilbau

11.3.4.1?Anforderungen an die Prüfung

11.3.4.2?Mechanische Prüfungen

11.3.4.3?Permeations- und Emissionsprüfungen

11.3.5?Prüfung von Kunststoffbauteilen für Anwendungen im Bauwesen

11.3.5.1?Einleitung

11.3.5.2?Prüfung von Sandwichelementen

11.3.5.3?Prüfung von Kunststoffmantelrohren

11.4?Implantatprüfung

11.4.1?Einführung

11.4.2?Push-out Test an Implantaten

11.4.3?Prüfung des Einsatzverhaltens von pharyngo-trachealen Stimmprothesen

11.4.4?Ermittlung der mechanischen Eigenschaften von humanem Knorpel

11.5?Zusammenstellung der Normen

11.6?Literatur

12?Mikroprüftechnik

12.1?Einführung

12.2?Kennwertermittlung an Mikroprüfkörpern

12.2.1?Mikrozugprüfung

12.2.2?Bruchmechanische Untersuchungen mit Hilfe von miniaturisierten Compact Tension (CT)-Prüfkörpern

12.3?Nano-Eindringprüfung

12.4?Prüfmethoden auf dem Weg in die Nanowelt

12.4.1?Berührungslose Verschiebungsfeldbestimmung durch digitale Bildkorrelation (Grauwertkorrelationsanalyse)

12.4.2?In-situ-Deformationsmessungen im Atomkraftmikroskop (AFM)

12.5?Literatur

Sachwortverzeichnis