Verfahren zur Bruchzähigkeitsanalyse spröder Kunststoffe

Gegenwärtige Trends und Probleme in der Werkstoff-, Verfahrens- und Bauteilentwicklung von Kunststoffen, die mit der Aufbringung immer dünnerer Schichten, der Miniaturisierung und Nanostrukturierung sowie der grundsätzlichen Verfügbarkeit nur geringer Probenmengen verbunden sind, spiegeln sich derzeit nicht adäquat in der Entwicklung neuer Prüfmethoden oder der Anpassung bestehender Methoden zur Bewertung des Risseinleitungs- und Rissausbreitungswiderstandes bzw. der Bruchsicherheit und Lebensdauer dieser Werkstoffe, Strukturen und Bauteile wider. Ein möglicher Ansatzpunkt zur Lösung der sich daraus ergebenden Fragestellungen zum Bruch­verhalten und der Bauteilsicherheit ist die Adaptierung eindruckbruchmechanischer Konzepte auf Kunststoffe. Gegenüber anorganischen Werkstoffen, wie Keramiken und Gläsern, sind eindruckbruchmechanische Untersuchungen trotz der Vorteile der kostengünstigen und schnellen Ermittlung von Bruchzähigkeiten bei geringem Werkstoffbedarf auch orts- und orientie­rungsabhängig sowie an dünnen Schichten an Polymerwerkstoffen bisher jedoch nur sehr selten durchgeführt worden. Die Auswertung von Rissen an Härteeindrücken ordnet sich in den Trend der Entwicklung vereinfachter Prüfverfahren zur Ermittlung bruchmechanischer Werkstoffkennwerte ein. Grundsätzlich lassen jedoch die im Rahmen eindruckbruchmechanischer Untersuchungen ermittelten Bruchzähigkei­ten bisher keine allgemeingültigen Korrelationen zu, auch gestaltet sich der Vergleich unterschiedlicher Werkstoffe problematisch. Hier ergeben sich Ansätze zur methodischen Weiterentwicklung von eindruckbruchmechanischen Verfahren. Herkömmliche bruchmechanische Verfahren benötigen immer größere Materialmengen, spezifische Prüfkörpergeometrien und die Einbringung eines scharfen Initialrisses, um konservative Werk­stoffkennwerte ableiten zu können, wie es z.B. für eine Bruchsicherheitsanalyse unabdingbar ist. Die oft nur vorhandenen kleinen Materialmengen an spröden funktionellen polymeren Werkstoffen bzw. die oft relativ kleinen oder dünnen Bauteile entziehen sich vielfach einer solchen konventionellen Bruchsicherheitsanalyse. Im Einzelnen sollen folgende Schwerpunkte bearbeitet werden:

• Applizierung einer Temperiereinheit an eine instrumentierte Universalhärtemesseinheit
• Weiterentwicklung der messtechnischen und methodischen Voraussetzungen zur Adaptierung eindruckbruchmechanischer Bewertungsmethoden des Zähigkeitsverhaltens polymerer Materia­lien
• Entwicklung einer Methode zur indirekten Risslängenmessung
• Entwicklung einer Methode zur schnellen und reproduzierbaren Ermittlung von Spröd-Zäh-Über­gangstemperaturen spröder Kunststoffe
• Weiterentwicklung einer Methode zur Aufklärung des Geschwindigkeitseinflusses eindruck­bruchmechanisch ermittelten Zähigkeitswerte
• Entwicklung von Verfahren zur Ermittlung von Bruchzähigkeitskennwerten an kleinen Material­mengen bzw. Miniaturbauteilen mittels Härteprüftechnik