Extrusion 2-2021

Fraunhofer LBF koppelt Experiment und Modellierung Kunststoffe haben Stress mit ihrer Umwelt: Wechselnde Temperaturen, Sonnenstrahlung, Feuchte, chemische Substanzen und mechanische Belas- tungen setzen ihnen zu und verän- dern die Materialeigenschaften. Um die Risiken beim Einsatz neuer Mate- rialien oder bei geänderten Betriebs- bedingungen zu minimieren, sind belastbare Aussagen zur Lebensdauer erforderlich. Voraussetzung hierfür sind neben Prüfmethoden, die Schädi- gungen frühzeitig erkennen, geeigne- te Alterungs- und Versagensmodelle sowie anwendungsrelevante Scha- denskriterien. Um die Material- und Bauteilentwicklung zu beschleunigen, ist es zudem von Vorteil, die Dauer der Prüfzyklen, der Klimalagerung oder der Laborbewitterung zu verkürzen. F orscherteams aus dem Bereich Kunststoffe des Fraunhofer- Instituts für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF entwickeln maßgeschneiderte Prüfmethoden und koppeln die- se mit Modellierungssoftware zur Lebensdauervorhersage für komplexe Einsatzszenarien. Das Resultat sind kürzere Entwick- lungszeiten und ein verringertes Ausfallrisiko im späteren Ein- satz. Um die Betriebssicherheit von Kunststoffbauteilen zu garantie- ren, sind belastbare Aussagen zur Lebensdauer erforderlich, die 34 Prüftechnik – Aus der Forschung Extrusion 2/2021 Lebensdauer von Kunststoffen effizient vorhersagen Laborbewitterung von Kunststoffbauteilen im Fraunhofer LBF (Foto: Fraunhofer LBF/Raapke) Lebensdauervorhersage für vorgegebene Lastszenarien durch Kopplung von Experiment und Modellierung (schematisch) (Graphik: Fraunhofer LBF) den konkreten Anwendungsfall so gut wie möglich widerspie- geln müssen. Beispiele sind Kunststoffe und polymerbasierte Beschichtungsmaterialien im Außenbereich, Bauteile unter stark wechselnden thermischen und mechanischen Lasten oder Druckbehälter für organische Flüssigkeiten bei hohen Tempera- turen. Besonders wichtig ist eine zuverlässige Lebensdauervor- hersage für sicherheitsrelevante Kunststoffanwendungen wie Gefahrstoffbehälter, tragende Bauteile oder Injektionsdübel für lasttragende Befestigungen. Erfassung der Eigenschafts- änderung durch Klimalagerung Beispiel: Thermische Alterung Alterungsmodell Beispiel: Bestimmung der Aktivierungsenergie mit dem Arrhenius- Ansatz P/P o Charakteristische Zeit Thermische u. mechanische Lasten, Wetterdaten etc. log (t) Zeit 1/T 20°C 190°C 180°C 170°C Input: Multidimensionales Belastungskollektiv Lebensdauervorhersage : • Eigenschaftsänderung • Zeit bis zum Versagen • ...