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Das Verhalten von Kunststoffen unter dem Einfluss wechselnder Umgebungsfeuchte und -temperatur

In der Arbeit werden die Einflüsse wechselnder Umgebungsbedingungen auf das Kurzzeit- und Langzeitverhalten von glasfaserverstärkten ungesättigten Polyesterharzen und unverstärktem und verstärktem Polycarbonat und Polyamid 6 dargestellt.

Bereits nach Wasserlagerung der UP-Harzlaminate zeigten sich deutlich sichtbare Trübungen durch eine Schädigung der Harz-Faser-Grenzfläche. Die Schädigungen sind auf osmotische Prozesse zurückzuführen. Bestandteile der Schlichte der Glasfasern werden in Wasser gelöst. Durch eine rechnerische Abschätzung wird gezeigt, dass der sich in den Fehlstellen aufbauende osmotische Druck sehr hoch werden und zur ersten Laminatschädigung führen kann. Die unverstärkten und verstärkten Thermoplaste hingegen zeigten keine Schädigung nach Wasserlagerung.

Temperaturwechsel von 23°C auf -20°C führten bei in Wasser bis zur Sättigung vorgelagerten unidirektional verstärkten UP-Standardharzlaminaten mit Oberflächenglasvlies zu einer starken Blasenbildung (Delamination hinter der Vliesschicht). Dort sammelt sich Wasser aufgrund des kleineren Diffusionskoeffizienten der UD-Schicht an und gefriert. Da der Phasenwechsel (Wasser-Eis) mit einer 8 %-igen Volumenvergrößerung verbunden ist, platzen die Schichten durch den auftretenden Druck voneinander ab. Das unverstärkte und verstärkte PC und PA 6 überstanden auch nach Einlagerung in Wasser die Temperaturwechsel ohne Schädigung.

Die durch Feuchte- und Temperaturwechsel in Kunststoffen auftretenden Eigenspannungen durch Quell- und Wärmedehnungen können so groß werden, dass sie eine Verschiebung der effektiven Belastungshöchstwerte bewirken können. Je größer der Einfluss der Feuchte auf die Abnahme des E-Moduls ist, desto geringer wird der schädigende Einfluss der Diffusion.

Es wird ein Weg aufgezeigt, eine Berechnung der diffusions- und temperatur- wechselbedingten Spannungen in verstärkten UP Harzen durchzuführen. Diese Spannungen müssen einer zusätzlichen mechanischen Beanspruchung der Laminate überlagert werden.

Read this abstract in English at Kunststoffe-international.com
 Karin Lutterbeck

Karin Lutterbeck
Institut für Kunststoffverarbeitung
Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen

Informationen

Freie Schlagwörter: Feuchtewechsel, Temperaturwechsel, GF-UP, PC, PA 6, Sorption, Diffusion, Osmose, Eigenspannungen
Institut / Lehrstuhl: Fakultät für Maschinenwesen der Rheinisch-Westfälischen Technischen Hochschule
Sprache: Deutsch
Fachgutachter: Prof. Dr.-Ing. G. Menges (Betreuer), Prof. Dr.-Ing. G. W. Ehrenstein
Erscheinungsjahr: 1984
Anbieter: Wissenschaftlicher Arbeitskreis Kunststofftechnik (WAK) / Kunststoffe.de

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