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Labor für Werkstoffe Prof. Dr.-Ing. Karin Lutterbeck Polymere Werkstoffe und Keramik Prof. Dr.-Ing. Helmut Winkel Metallische Werkstoffe
Werkstoffkunde Kunststoffe Verhalten von Kunststoffen beim Erwärmen b) Bestimmung der Formbeständigkeit beim Erwärmen (HDT und Vicat) Stand: 01.10.2015
Aufgabenstellung: Für einen Thermoplasten soll die Wärmeformbeständigkeitstemperatur bestimmt werden. Nach DIN EN ISO 75-1 und DIN EN ISO 75-2 wird der Kunststoffprobekörper mit einer Biegespannung beaufschlagt. Diejenige Temperatur, bei welcher der Probekörper bei gleichmäßiger Temperaturerhöhung eine festgelegte Durchbiegung erreicht, wird gemessen (HDT = Heat Distortion Temperature = Wärmeformbeständigkeitstemperatur). Weiterhin soll für einen Thermoplasten die Erweichungstemperatur bestimmt werden. Nach DIN EN ISO 306 ist dies die Temperatur, bei der ein festgelegter Eindringkörper unter bestimmter Kraft bei gleichmäßiger Temperatursteigerung 1 mm tief in den Kunststoffprobekörper eindringt (Vicat-Erweichungstemperatur).
Versuchseinrichtung: Für den Versuch zur Prüfung der Wärmeformbeständigkeit, steht ein HDT/Vicat Junior Prüfgerät zur Verfügung. Das Gerät ist mit den entsprechenden HDT- und Vicat-Prüfköpfen ausgerüstet. Die Kunststoffproben liegen in einem Silikonöl, welches gleichmäßig beheizt wird. Als Vicatzahl bzw. Vicattemperatur wird diejenige Temperatur vom Gerät festgehalten, bei der die Nadel 1mm tief in das Polymer eingedrungen ist. Bei der Bestimmung der HDT liegt der Probekörper auf zwei Auflagern auf (100 oder 64 mm Abstand, je nach Geometrie des Probekörpers), wobei auf seine Mitte eine Biegespannung wirkt. Die Temperatur, bei der sich die Probe 0,2 bis 0,4 mm (je nach Probendicke) durchgebogen hat, wird als HDT angegeben.
Versuchsdurchführung: • Die Proben vermessen und in die Prüfstationen einlegen. • Berechnung der notwendigen Gewichte für die HDT-Stationen: nach Methode A: maximale Biegespannung σ = 1,8 MPa = 1800 kPa Probekörper liegt flachkant
𝐹𝐹 =
2𝜎𝜎 ∙ 𝑏𝑏 ∙ ℎ2 3𝐿𝐿 1
Probekörper liegt hochkant
𝐹𝐹 = σ b h L
2𝜎𝜎 ∙ ℎ ∙ 𝑏𝑏 2 3𝐿𝐿
nominelle Randfaserspannung im Probekörper, in MPa Breite des Probekörpers, in mm Dicke des Probekörpers, in mm Stützweite zwischen den Auflagern, in mm
• Das errechnete Gewicht (Gewichtssatz) auf den entsprechenden Stationen installieren. • Gewichte für die VICAT-Prüfstation: arbeiten nach Prüfmethode B/120 (DIN EN ISO 306) Es wird das Gewicht von 50 N ± 1 N aufgelegt, (inklusive Eigengewicht der Übertragungsstange und Auflageteller), bei einer Temperatursteigerung von 120 °C/h. • Messköpfe auf die Proben durch Drehen des schwarzen Kugelgriffes in Uhrzeigersinn aufsetzen. • Justierung der Wegmessung: an der Stellschraube der Übertragungsstange drehen bis am Display die Werte S 1 , S 2 , S 3 zwischen 1 und 2 liegen. • Die Prüfstationen werden ins Ölbad abgesenkt, und die Parameter der Reihe nach am Gerät im PROGRAM MENU eingegeben (siehe ausliegende Arbeitsanleitung zum HDT- Vicat Junior Prüfgerät). • Mit der ENTER-Taste wird jede Eingabe bestätigt. • START-Taste drücken, um den Versuch zu starten. • Wenn die LED-Anzeigen STN 1 , STN 2 , STN 3 aufleuchten, haben die Stationen ihren Endwert erreicht = Versuchsende. (Wasserkühlung wird automatisch eingeschaltet, um das Ölbad auf die vorgegebene Starttemperatur zurück zu kühlen.) • Mit den Tasten ↑ und ↓ können die Prüfergebnisse abgerufen werden: T1 = T2 = T3 =
Protokoll erstellen mit: • Beschreibung der Versuchseinrichtung • Beschreibung der Versuchsdurchführung • Berechnung der notwendigen Gewichte für die HDT-Messung • Angabe der Vicat-Erweichungstemperatur und der Wärmeformbeständigkeitstemperatur für den untersuchten Thermoplasten • Diskussion der Versuchsergebnisse hinsichtlich des Zustandsdiagrammes für teilkristalline Thermoplaste
Quellen: [1] [2] [3]
W. Hellerich, G. Harsch, E. Baur: Werkstoff-Führer Kunststoffe. Eigenschaften, Prüfungen, Kennwerte, 10. Aufgabe. München: Carl Hanser Verlag, 2010 DIN EN ISO 75-1 und 2: 2012: Bestimmung der Wärmeformbeständigkeitstemperatur DIN EN ISO 306: 2012: Bestimmung der Vicat-Erweichungstemperatur (VST)
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