In der Konstruktion und Fertigung von Kunststoff- oder 3D-gedruckten Bauteilen ist es entscheidend, das Verhalten eines Materials bei unterschiedlichen Temperaturen zu kennen. Thermische Materialprüfungen liefern präzise, wiederholbare Daten, die notwendig sind, um dimensionsstabile, wärmebeständige und mechanisch zuverlässige Komponenten zu entwickeln.
Zu den wichtigsten Verfahren zählen der HDT-Test (Heat Deflection Temperature) und der Vicat-Test, zwei international genormte Prüfmethoden, die es ermöglichen, die Erweichungs- und Verformungstemperatur von Kunststoffen exakt zu bestimmen.
Temperaturtests sind genormte Verfahren, die das thermische Verhalten von Polymeren beschreiben.
Da sich die mechanischen Eigenschaften von Kunststoffen stark mit der Temperatur ändern, zeigen diese Tests, ab wann ein Material zu erweichen oder sich zu verformen beginnt. So erhält der Konstrukteur verlässliche Vergleichswerte für die Materialauswahl.
Der Vicat-Test, genormt nach ISO 306, misst die Erweichungstemperatur eines Kunststoffes.
Während der Prüfung dringt eine standardisierte Nadel (Stempel) unter konstantem Gewicht in die Oberfläche des Prüfkörpers ein, während die Temperatur gleichmäßig steigt. Die Vicat-Erweichungstemperatur ist erreicht, wenn die Nadel 1 mm in das Material eindringt.
Dieser Test zeigt, ab welcher Temperatur der Kunststoff seine Steifigkeit verliert, ohne dass nennenswerte mechanische Belastungen auftreten.
In der Darstellung sehen Sie ein Diagramm des Prüfgeräts, wobei der Stempel, der die Last auf das Bauteil ausübt, mit der Nummer 3 markiert ist. Rechts sehen Sie eine Prüfmaschine mit 6 unabhängigen Stationen.
Der HDT-Test (Heat Deflection Temperature), genormt nach ISO 75, misst die Temperatur, bei der ein Material unter Last zu verformen beginnt.
Der Prüfkörper – meist ein prismatischer Stab – wird in einem temperierten Ölbad unter konstanter Biegebelastung geprüft.
Die HDT-Temperatur ist die Temperatur, bei der sich das Material um 0,25 mm (entspricht etwa 0,2 % Durchbiegung) verformt.
Der Test dient zur Bestimmung der maximalen Einsatztemperatur unter mechanischer Belastung – entscheidend für Struktur- oder Funktionsbauteile.
Auf dem Bild ist eine Probe während des Tests (links) und am Ende des Tests (rechts) nach einer Verformung von 0,25 mm zu sehen.
Beim Vicat-Verfahren wird der Prüfkörper in einem Thermostatbad gleichmäßig erwärmt, während ein konstanter Druck (10 N oder 50 N) über eine Nadel ausgeübt wird.
Die Temperatur steigt kontrolliert (typischerweise 50 °C/h oder 120 °C/h) bis zu dem Punkt, an dem die Nadel 1 mm eindringt.
Moderne Geräte ermöglichen mehrere unabhängige Prüfstationen, um verschiedene Materialien parallel zu testen.
Im HDT-Verfahren liegt der Prüfkörper auf zwei Auflagern und wird in der Mitte mit einer konstanten Kraft belastet.
Das Bauteil ist in einem Thermostatbad eingetaucht, dessen Temperatur gleichmäßig ansteigt.
Die HDT wird gemessen, sobald eine Durchbiegung von 0,25 mm erreicht wird.
Es gibt drei standardisierte Prüfarten:
HDT A: 1,8 MPa
HDT B: 0,8 MPa
HDT C: 8 MPa
Diese Varianten simulieren verschiedene Belastungsbedingungen und ermöglichen direkt vergleichbare und reproduzierbare Ergebnisse.
| Merkmal | HDT-Test | Vicat-Test |
|---|---|---|
| Norm | ISO 75 | ISO 306 |
| Belastungsart | Mechanische Biegebelastung | Eindringen mit konstantem Gewicht |
| Gemessene Größe | Temperatur bei Verformung unter Last | Temperatur der Erweichung |
| Hauptanwendung | Struktur- und Funktionsbauteile | Dünne Schichten, Beschichtungen, Formteile |
| Ergebnis | Wärmeformbeständigkeitstemperatur (°C) | Vicat-Erweichungstemperatur (°C) |
Kurz gesagt:
Der HDT-Test zeigt, wie widerstandsfähig ein Kunststoff unter mechanischer Belastung bleibt.
Der Vicat-Test bestimmt, wann ein Material ohne Last zu erweichen beginnt.
Die Tests HDT und Vicat liefern objektive, genormte und reproduzierbare Kennwerte, die für Ingenieure und Designer unverzichtbar sind. Sie ermöglichen:
die Bestimmung der sicheren Einsatztemperatur eines Materials,
den Vergleich unterschiedlicher Polymere,
die Vorhersage thermischer Verformungen im Betrieb,
die gezielte Auswahl hitzebeständiger Kunststoffe für bestimmte Anwendungen.
Bei Weerg werden alle Materialien intern gemäß diesen Normen getestet. Dadurch entstehen einheitliche Referenzwerte (Benchmark) für die thermische Leistungsfähigkeit jedes Kunststoffs.
Diese Daten sind in den vergleichenden Materialtabellen einsehbar und unterstützen Konstrukteure bei der präzisen Materialwahl.
Die HDT- und Vicat-Tests sind zentrale Verfahren zur thermischen Charakterisierung von Kunststoffen.
Sie ermöglichen es, das Verhalten eines Materials unter Temperatureinfluss vorherzusagen und so stabile, langlebige und leistungsstarke Bauteile zu realisieren.
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