Abhängigkeit der Festigkeit von den Verarbeitungsbedingungen

Zusammenfassung

Proben für Festigkeitsuntersuchungen an Thermoplasten werden meistens durch Spritzgießen, Pressen oder spanabhebende Bearbeitung aus Halbzeug hergestellt. Sowohl beim Spritzgießen als auch beim Pressen wird der Kunststoff bei erhöhten Temperaturen unter Druck zum Fließen gebracht und nachdem er die gewünschte Form angenommen hat, bis zu Temperaturen unterhalb der Einfriertemperatur bzw. der Schmelztemperatur der kristallinen Bereiche abgekühlt. Durch das beim viskosen Fließen auftretende Schergeschwindigkeitsgefälle werden die Molekelketten in der Schmelze orientiert, d.h. aus einem ursprünglich geknäuelten Zustand in ein mit zunehmendem Geschwindigkeitsgefälle immer mehr gestreckten Zustand überführt. Wird der Thermoplast in diesem Zustand schnell abgekühlt, so bleibt der verschieden gestreckte Zustand der Molekelketten erhalten. Damit ist die resultierende Probe anisotrop. Diese Anisotropie wirkt sich auf die physikalischen Eigenschaften und vor allem auch auf die Festigkeit aus. Während beim Pressen niedrige Fließgeschwindigkeiten, kurze Fließwege und, bedingt durch die großen Wärmekapazitäten der Preßwerkzeuge, lange Abkühlzeiten vorherrschen, liegen die Verhältnisse beim Spritzgußverfahren umgekehrt. Man wird aus diesem Grund bei spritzgegossenen Proben von vornherein eine größere Anisotropie erwarten. Unabhängig von dieser eingefrorenen Orientierung bilden sich in jedem Thermoplasten, welcher mit ungleichmäßiger Temperaturverteilung über den Einfrierbereich hinweg abgekühlt wird, Eigenspannungen (Abkühlungsspannungen) aus, die ebenfalls Anisotropie hervorrufen und die Festigkeit beeinflussen. Bei Festigkeitsuntersuchungen an spanabhebend hergestellten Proben tritt naturgemäß die Anisotropie des verwendeten Halbzeugs in Erscheinung. Hinzu kommen die von der Bearbeitung herrührenden Einflüsse wie Eigenspannungen infolge örtlich begrenzter Erwärmung in der Bearbeitungszone, Angriff der Oberfläche durch Kühlmittel, Oberflächenrauhigkeiten und Verletzungen der Oberfläche, die als Kerbstellen den Bruch vorzeitig auslösen können, usw. Angesichts der großen Bedeutung des Spritzgußverfahrens sind die Verhältnisse bei spritzgegossenen Proben von besonderem Interesse.