Kunststoff-Lexikon

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mechanische Eigenschaften

Die mechanischen Eigenschaften eines Kunststoffes können mit verschiedenen Materialwerten charakterisiert werden. Die wichtigsten Werte sind Streckspannung, Zugfestigkeit, Reißdehnung, Zug-E-Modul, Zug-Kriechmodul, Biegefestigkeit, Kugeldruckhärte, Rockwell- und Shorehärte, Schlagzähigkeit, Gleitkoeffizient, Gleitverschleiß.

Reißdehnung

Reißdehnung, Streckspannung und Zugfestigkeit sind Kennzahlen für die mechanische Belastbarkeit von Kunststoffen. Bei einer mechanischen Überbelastung bricht der Kunststoff. Dabei verhalten sich unverstärkte Kunststoffe duktil und verstärkte Kunststoffe verhalten sich spröde.

Duktiles Bruchverhalten (Zähbruch)

Das duktile Bruchverhalten tritt vorwiegend bei unverstärkten Kunststoffen unter mechanischer Überbelastung auf

\( σ_S =\) Streckspannung

\( σ_R =\) Reißfestigkeit

\( \varepsilon_S =\) Streckdehnung

\( \varepsilon_R =\) Reißdehnung

Sprödes Bruchverhalten

Das spröde Bruchverhalten tritt vorwiegend bei verstärkten Kunststoffen unter mechanischer Überbelastung auf.

\( σ_R =\) Zugfestigkeit

\( \varepsilon_R =\) Reißdehnung

Die Reißdehnung, Streckspannung und Zugfestigkeit der 150 wichtigsten Thermoplaste und Duroplaste finden Sie in unserer Datenblattsammlung.

Zug-E-Modul

Das Zug-E-Modul $ \ E \ $ drückt das Verhältnis zwischen Zugspannung $ \ σ \ $ und Zugdehnung $ \ ε \ $ aus:

Gleichung. Zug-E-Modul
\[ E = \frac{σ} {ε} \]

Das Zug-E-Modul der 150 wichtigsten Thermoplaste und Duroplaste finden Sie in unserer Datenblattsammlung.

Zugkriechmodul

Das Zug-Kriechmodul $ \ E_C \ $ stellt das Verhältnis zwischen Zugspannung $ \ σ \ $ und der Verformung durch Zugdehnung $ \ ε \ $ bei langzeitiger Belastung dar.

Gleichung. Zugkriech­modul
\[ E_C = \frac{σ} {ε} \]

Das Zug-Kriechmodul der 150 wichtigsten Thermoplaste und Duroplaste finden Sie in unserer Datenblattsammlung.

Kugeldruckhärte

Die Kugeldruckhärte ist der Widerstand gegen das Eindringen eines kugelförmigen Körpers.

Messmethode nach DIN 53 505/ISO 2039

Sie wird gemessen als das Verhältnis aus der Eindrückkraft und der beim Eindrücken entstehenden Oberfläche. Nach DIN 505 wird die Prüfung mit einer gehärteten und polierten Stahlkugel mit 5 mm Durchmesser durchgeführt. Die Bezeichnung H358/30 bedeutet eine Eindrückkraft von 358 N und eine Prüfdauer von 30 sec.

Die Kugeldruckhärte der 150 wichtigsten Thermoplaste und Duroplaste finden Sie in unserer Datenblattsammlung.

Rockwellhärte

Die Rockwellhärte $ \ HR \ $ wird mit einer Stahlkugel im Eindrückversuch gemessen und ist dimensionslos. Im Gegensatz zur Kugeldruckhärte, bei der die Eindringtiefe unter Last gemessen wird, findet die Messung der Eindringtiefe bei den Rockwellverfahren je nach gewählter Skala an einer definierten Prüflast $ \ F \ $ statt. Je geringer die Eindrücktiefe ist, umso größer ist die Härte des Kunststoffes.

Die bleibende Eindrücktiefe $ \ h \ $ wird gemessen und direkt zur Härtezahl umgerechnet:

Gleichung. Rockwellhärte
\[ {HR}=130 - \frac{h \ \color{gray} {[mm]}}{0,002 \ \color{gray}{[mm]}} \]

Es gibt etwa 30 Härteskalen. Davon haben sich die Skalen R, L und M für die verschiedenen Härtebereiche von Kunststoffen durchgesetzt. Liegt die nach dieser Formel ermittelte Härtezahl außerhalb des Bereiches zwischen 50 und 115, so ist eine andere Härteskala zu wählen.

Die Messmethode ist in der DIN EN ISO 2039-2 und der ASTM D 785 normiert. Die Rockwellhärte der 150 wichtigsten Thermoplaste und Duroplaste finden Sie in unserer Datenblattsammlung.

Rockwell.
Die Härteskalen.
In der Prüfpraxis für Kunststoffe werden vor allem die Härteskalen R, L und M angewendet. Liegt die aufgrund der bleibenden Eindrucktiefe errechnete Härtezahl außerhalb des Bereiches zwischen 50 und 115, so ist eine andere Härteskala zu wählen.
  Symbol Prüf­last $ \ F \ $ Kugel­durchmesser Anwendungs­bereich
Einheit [–] [N] [mm] [–]
Härteskala R HRR 588,4 12,70 weiche Werkstoffe
Härteskala L HRL 588,4 6,35 mittelharte Werkstoffe
Härteskala M HRM 980,7 6,35 harte Werkstoffe

Shorehärte

Elastisches Bauteil wird mit der A-Skala auf seine Shorehärte geprüft (HEIDELBERG)Die Shorehärte wird mit einer Prüfspitze gemessen. Das Maß für die Härte ist die Eindringtiefe, wobei die Kraft durch eine geeichte Feder aufgebracht wird.

Es gibt zwei Härteskalen:

  • Die A-Skala ist für weiche (gummiartige) Werkstoffe vorgesehen, und es wird mit einem Kegelstumpf gemessen.
  • Die D-Skala ist für härtere Werkstoffe vorgesehen, und es wird mit einem Kegel (Nadel mit einer abgerundeten Spitze, R = 0,1 mm) gemessen.

Die Shorehärte der 150 wichtigsten Thermoplaste und Duroplaste finden Sie in unserer Datenblattsammlung.

Schlagzähigkeit

Die Schlagzähigkeit ist ein Maß für die Fähigkeit des Werkstoffes, Stoßenergie und Schlagenergie zu absorbieren, ohne zu brechen. Dabei bestimmen eine Vielzahl an Faktoren die Schlagfestigkeit eines Bauteils:

  • Wandstärke
  • Form und Größe des Bauteils
  • Temperaturen und
  • Stoßgeschwindigkeit

Gemessen wird die Schlagzähigkeit mit Hilfe eines Schlaghammers. Die Schlagzähigkeit wird berechnet als das Verhältnis aus Schlagarbeit und Probekörperquerschnitt (Maßeinheit kJ ).

Für die Schlagfestigkeit gibt es drei verschiedene Messmethoden.

Izod-slagvastheid. Bij de Izod-slagvastheid wordt het teststuk rechtop ingeklemd.

Charpy-slagvastheid. Bij de Charpy-slagvastheid wordt het aan beide uiteinden vastgehouden en in het midden geslagen. Materialen met een zeer hoge slagvastheid breken niet.

Kerbschlagzähigkeit. Die Kerbschlagzähigkeit wird mit einer gekerbten Probe gemessen. Aufgrund der Spannungs­konzentration liegen die Werte deutlich tiefer. Die Kerbschlagzähigkeit ermöglicht eine Aussage über die Kerbempfindlichkeit eines Werkstoffes. Die Izod-Schlagzähigkeit, die Charpy-Schlagzähigkeit und die Kerbschlagzähigkeit der 150 wichtigsten Thermoplaste und Duroplaste finden Sie in unserer Datenblattsammlung.

Gleitkoeffizient

Der Gleitkoeffizient stellt das Verhältnis des Reibwiderstandes zu der Normalkraft da

Der Gleitkoeffizient $ \ \mu \ $ stellt das Verhältnis des Reibwiderstandes $ \ F_R \ $ (Reibungs­kraft) zu der Normalkraft $ \ F_N \ $ (Anpresskraft) bei einer bestimmten Gleitgeschwindigkeit $ \ v \ $ zweier Flächen da.

Bei Kunststoffen wird dieser Messwert gegen gehärteten Stahl mit einer Rautiefe von Rz = 2,4 mm, einer Flächen­pressung zwischen 0,15 und 1 MPa und einer Gleitgeschwindigkeit von 0,5 ms  ermittelt.

Gleichung. Gleitreibungs­koeffizient
\[ {\mu}=\frac{F_R}{F_N} \]

Den Gleitkoeffizienten der 150 wichtigsten Thermoplaste und Duroplaste finden Sie in unserer Datenblattsammlung.