Wärmeformbeständigkeitstemperatur

Aus Lexikon der Kunststoffprüfung
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Wärmeformbeständigkeitstemperatur, HDT

Das Ziel der Wärmeformbeständigkeitsmethode HDT besteht in der quantitativen Charakterisierung der Wärmeformbeständigkeit eines Kunststoffes. Es erfolgt dazu die Bestimmung der Wärmeformbeständigkeitstemperatur HDT, die methodisch bedingt quantitativ nicht mit der mit Hilfe anderer experimenteller Methoden ermittelter Wärmeformbeständigkeitstemperaturen (wie z.B. die Vicat-Erweichungstemperatur übereinstimmen muss [1].

Die Heat-Distortion-Temperature-(HDT)-Prüfung wird nach der DIN EN ISO 75-1 bis 3 durchgeführt [2]. Bei dieser Prüfung (siehe Bild) wird der Prüfkörper nach dem Dreipunktbiegeprinzip belastet, wodurch das Biegemoment über die beanspruchte Prüfkörperlänge nicht konstant ist, sondern von den Auflagepunkten bis zum Angriffspunkt der Einzellast zunimmt. Dabei ist bei Kunststoffen und Hartgummi nach DIN EN ISO 75-2 die Einzellast so bemessen, dass im Prüfkörper eine maximale Biegespannung von 1,80 MPa (Verfahren A), 0,45 MPa (Verfahren B) oder 8,0 MPa (Verfahren C) vorliegt. Die Erwärmung erfolgt mit einer Aufheizgeschwindigkeit von 2 °C min-1, wobei als Wärmeträger üblicherweise Luft oder Silikonöl verwendet wird.

Bild: Messanordnung zur Bestimmung der Wärmeformbeständigkeitstemperatur HDT

Die Prüfung von Thermoplasten kann flachkant oder hochkant erfolgen. Dazu werden unterschiedliche Prüfkörpergeometrien und -anordnungen verwendet. Bei der flachkanten Prüfung werden Prüfkörper der Abmessungen 80 x 10 x 4 mm3 eingesetzt. Die Stützweite beträgt in diesem Fall 64 mm. Die hochkante Prüfung erfolgt bei einer Stützweite von 100 mm mit Prüfkörpern von 120 mm Länge, 9,8 mm bis 15 mm Breite und 3 bis 4,2 mm Dicke.

Die aufzubringende Prüfgesamtkraft F kann für das entsprechende Verfahren nach der Gleichung

\sigma_f\,=\,\frac{3\cdot F\cdot l}{2\cdot b\cdot h^2}

mit

σf Biegespannung im Dreipunktbiegeversuch
L Stützweite
b Prüfkörperbreite
h Prüfkörperdicke

berechnet werden, wobei jeweils die Anordnung des Prüfkörpers auf dem Widerlager (flachkant oder hochkant) zu berücksichtigen ist. Zur Berechnung der Masse von zusätzlichen Gewichtsstücken zur Erreichung der Prüfgesamtkraft müssen gerätespezifische Faktoren Berücksichtigung finden. Als HDT-Wert ist die Temperatur festzuhalten, bei der der Prüfkörper eine in der Norm tabellarisch vorgegebene Standarddurchbiegung erreicht. Diese Standarddurchbiegung entspricht einer Randfaserdehnung von 0,2 %.

Tabelle: Wärmeformbeständigkeitstemperaturen HDT in °C für verschiedene Kunststoffe [3, 4]
Werkstoffe HDT (°C)
A B C
Thermoplaste unverstärkt
PE-HD 45
PP 55 85
POM 100
PA 6 70 170 65
PET 70 75
PBT 60 150
PEEK 152
PC 128 136
PMMA 95 100
PS 68 80
SAN 98 103
ABS 90 93
PUR 47 86
Thermoplaste verstärkt
PET + 15 M.-% GF 192 231
PET + 30 M.-% GF 210 240
PET + 40 M.-% GF 220 242
PBT + 15 M.-% GF 205 220
PBT + 30 M.-% GF 210 220
PP + 20 M.-% Talkum 70 120
PP + 40 M.-% Talkum 75 125
Duromere
Phenolharz 165 215 145
Melaminharz 160 200 125
UP-Harz (Standardtyp) 55
EP-Harz 100

Die Prüfung von hochfesten duroplastischen Laminaten und langfaserverstärkten Kunststoffen nach DIN EN ISO 75-3 erfolgt ausschließlich flachkant mit einer Stützweite s von 60 bis 210 mm (s = 30 x b). Aus der Stützweite wird die Prüfkörperlänge mit L ≥ s + 10 mm abgeleitet. Die Dicke beträgt 2 bis 7 mm und die Prüfkörperbreite 9,8 bis 12,8 mm. Im Gegensatz zu den Kunststoffen und Hartgummi ist die Belastung bei den hochfesten duroplastischen Laminaten und langfaserverstärkten Kunststoffen nicht fest vorgegeben, sondern sie ist ein Zehntel der Biegefestigkeit. Dadurch ist es möglich, die Methode auf Werkstoffe mit einem großen Bereich von Festigkeit und Biegemoduli anzuwenden. Die Prüfkörper aus duroplastischen Laminaten oder langfaserverstärkten Kunststoffen werden mit einer Biegespannung beaufschlagt, die 10 % einer festgelegten oder gemessenen Biegefestigkeit entspricht. Als HDT-Wert ist die Temperatur festzuhalten, bei der der Prüfkörper eine Standarddurchbiegung erreicht, die aus der Prüfkörperhöhe errechnet wird und einer Randfaserdehnung von 0,1 % entspricht.


Literaturhinweise

[1] Grellmann, W., Seidler, S. (Hrsg.): Kunststoffprüfung. Carl Hanser Verlag, München (2015) 3. Auflage, S. 602–605 (ISBN 978-3-446-44350-1; siehe AMK-Büchersammlung unter A 18)
[2] DIN EN ISO 75: Kunststoffe – Bestimmung der Wärmeformbeständigkeitstemperatur,
Teil 1 (2013-08): Allgemeines Prüfverfahren,
Teil 2 (2013-08): Kunststoffe und Hartgummi,
Teil 3 (2004-09): Hochbeständige härtbare Schichtstoffe und langfaserverstärkte Kunststoffe
[3] Carlowitz, B.: Tabellarische Übersicht über die Prüfung von Kunststoffen. Giesel Verlag für Publizität, Isernhagen (1992), (ISBN 978-3980294201; siehe AMK-Büchersammlung unter C 9)
[4] Campus® Datenbank: http://www.campusplastics.com
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