Beschleunigte Vorhersage der Medien-Spannungsrissbeständigkeit von Kunststoffen

Am Kunststoff-Zentrum SKZ wurde ein zukunftsweisendes Forschungsvorhaben erfolgreich abgeschlossen. Ziel des Projekts war die Entwicklung einer zeitraffenden Prüfmethode, mit der das Spannungsrissversagen von Kunststoffbauteilen unter Medieneinfluss erstmals quantitativ bewertet werden kann. Im Gegensatz zu etablierten, genormten Prüfverfahren – etwa der Normenreihe ISO 22088 –, die in der Regel lediglich ein Materialranking ermöglichen, erlaubt das neue Prüfkonzept eine fundierte Lebensdauervorhersage. Damit eröffnet sich ein bedeutender Fortschritt für die Qualitätssicherung und Produktentwicklung in der kunststoffverarbeitenden Industrie.

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.

Entwicklung eines neuen Prüf- und Auswertekonzept

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.