Zeitraffende Bestimmung des Kriechverhaltens von Thermoplasten

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SKZ - Das Kunststoff-Zentrum

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Ziel des Forschungsvorhabens war die Entwicklung eines innovativen Prüf- und Auswertekonzepts zur beschleunigten Ermittlung von isochronen Spannungs-Dehnungs-Diagrammen mit einem Fokus auf die Optimierung hinsichtlich von drei Faktoren: Zeitbedarf, Prüfaufwand und Gesamtkosten. Dazu wurden zwei Ansätze verfolgt: weniger Prüfungen und schnellere Prüfungen. Dank der Übertragung des sog. Drei-Parameter Ansatzes nach Schmachtenberg (ursprünglich für quasistatische Spannungs-Dehnungskurven) auf die Beschreibung von isochronen Spannungs-Dehnungskurven konnte die Anzahl der notwendigen Langzeit-Versuche bei gleichbleibender, hoher Genauigkeit deutlich gesenkt werden. Zudem wurden Zeit-Temperatur- und Zeit-Spannung-Superpositionsprinzip kombiniert, um mit einer überschaubaren Anzahl an zusätzlichen Kurzzeit-Kriechversuchen das ermittelte isochrone Spannungs-Dehnungs-Diagramm auf weitere Temperaturen zu verschieben. Damit werden Prüfaufwand und Zeitbedarf stark reduziert, da viele lange Kriechversuche (je 1.000 h) entfallen. Darüber hinaus wurde die Eignung von neuen, innovativen zeitraffenden Prüfmethoden - die Stepped Isothermal Method (SIM) und insb. die Stepped Isostress Method (SSM) - zur beschleunigten Ermittlung von Langzeit-Kriechmasterkurven untersucht. Das Konzept wurde an einem unverstärkten Polyoxymethylen (POM) durch Vergleich mit Langzeit-Referenzdaten validiert und die Übertragbarkeit auf weitere Materialien am Beispiel von zwei faserverstärkten Thermoplasten (PBT-GF30 und PA-GF50) überprüft. Beide Ansätze wurden kombiniert, um eine gewaltige Reduzierung von Zeitbedarf, Prüfaufwand und natürlich Gesamtkosten bei gleichzeitig hoher Genauigkeit zu erzielen. Diese Erkenntnisse können direkt, ohne zusätzliche Investitionen, eingesetzt werden.