Spannungsrissversagen, das Versagen unter gleichzeitiger Einwirkung von mechanischer Belastung und chemischem Medium, zählt zu den häufigsten Schadensursachen bei Kunststoffbauteilen. Die bislang genormten Verfahren, etwa gemäß ISO 22088, erlauben in der Regel lediglich ein qualitatives Materialranking. Eine verlässliche Lebensdauervorhersage war damit bislang kaum möglich.
Im Rahmen eines vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) geförderten Forschungsprojekts ist es dem Kunststoff-Zentrum SKZ nun gelungen, ein neues Prüf- und Auswertekonzept zu entwickeln und zu validieren. Dieses ermöglicht erstmals eine quantitative Bewertung des Spannungsrissverhaltens unter realitätsnahen Bedingungen. Die Methode erlaubt Aussagen darüber, wann ein Kunststoff unter definierten Prüfbedingungen – etwa Medium (z. B. Desinfektionsmittel, Öle), Lasthöhe und Temperatur – versagt. Grundlage ist ein eigens entwickelter, beheizbarer Messaufbau, der sich auf gängige Universalprüfmaschinen adaptieren lässt. Durch die gezielte Temperaturanhebung kann die Prüfung zeitlich stark beschleunigt werden (Zeit-Temperatur-Superpositionsprinzip).
Der realisierte Messaufbau mit kontinuierlicher Kraft und Dehnungsmessung bietet einen besonderen Vorteil: Neben Versagenszeiten kann auch der Einfluss von Beanspruchungsdauer und Medium auf die Steifigkeit untersucht werden – etwa durch Weichmacherwirkung. Auch verarbeitungsbedingte Faktoren wie Eigenspannungen oder Molekülorientierungen lassen sich bewerten.
Das Projekt wurde vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) unter dem Programm der industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) gefördert und von einem Ausschuss interessierter Unternehmen begleitet.
In einem ergänzenden FuE-Kooperationsprojekt mit der IPT Institut für Prüftechnik Gerätebau GmbH & Co. KG – gefördert über das Zentrale Innovationsprogramm Mittelstand (ZIM) – wurde ein entsprechendes Prüfgerät mit mehreren Messstationen entwickelt. In seiner aktuellen Ausführung verfügt das neue Prüfgerät über sechs autarke Messstationen. Dieses erlaubt parallele Prüfungen mit unterschiedlichen Medien, Kunststoffen oder Prüfbedingungen (Temperatur, Versuchsart, Prüfparameter).
Es steht ab sofort am SKZ für industrielle Anwendungen zur Verfügung, um (zeitraffende) Prüfungen zur quantitativen Beurteilung der Medien-Spannungsrissbeständigkeit (Versagenszeiten sowie Kriechverformung) von Kunststoffen durchzuführen.
Mit dieser Entwicklung leistet das SKZ einen wichtigen Beitrag zur Schadensprävention bei Kunststoffbauteilen.
Mehr Informationen zum Forschungsbereich Bauteileigenschaften am SKZ
Link zum Abschlussbericht: Medienbedingtes Spannungsrissversagen
Das SKZ ist ein Klimaschutzunternehmen und Mitglied der Zuse-Gemeinschaft. Diese ist ein Verbund unabhängiger, industrienaher Forschungseinrichtungen, die das Ziel verfolgen, die Leistungs- und Wettbewerbsfähigkeit der Industrie, insbesondere des Mittelstandes, durch Innovation und Vernetzung zu verbessern.
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