Wärmeformbeständigkeitstemperatur: Unterschied zwischen den Versionen

Aus Lexikon der Kunststoffprüfung
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<big>'''Wärmeformbeständigkeitstemperatur, HDT'''</big>
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{{PSM_Infobox}}
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<span style="font-size:1.2em;font-weight:bold;">Heat-Distortion-Temperature – HDT</span>
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__FORCETOC__
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==Allgemeines==
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Das Ziel der Wärmeformbeständigkeitsmethode HDT besteht in der quantitativen Charakterisierung der [[Wärmeformbeständigkeit]] eines [[Kunststoffe]]s. 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].
  
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Das Ziel der Wärmebeständigkeitsmethode HDT besteht in der Bestimmung einer Wärmebeständigkeitstemperatur, die methodisch bedingt quantitativ nicht mit der Hilfe andere Methoden experimentell ermittelten Temperaturen übereinstimmt [1].
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==Methodische Grundlagen der HDT-Prüfung==
  
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Die Heat-Distortion-Temperature-(HDT)-Prüfung wird nach der DIN EN ISO 75 1-3 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<sup>-1</sup>, wobei als Wärmeträger üblicherweise Luft oder Silikonöl verwendet wird.
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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 [[Biegeversuch|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 [[Kunststoffe]]n 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<sup>-1</sup>, wobei als Wärmeträger üblicherweise Luft oder Silikonöl verwendet wird.
  
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Bild: Messanordnung zur Bestimmung der Wärmeformbeständigkeitstemperatur HDT
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Die Prüfung von [[Thermoplaste]]n 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 mm<sup>3</sup> eingesetzt. Die [[Stützweite]] beträgt in diesem Fall 64 mm. Die hochkante Prüfung erfolgt bei einer Stützweite von 100 mm mit [[Prüfkörper]]n von 120 mm Länge, 9,8 mm bis 15 mm Breite und 3 bis 4,2 mm Dicke.
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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 mm<sup>3</sup> 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
 
Die aufzubringende Prüfgesamtkraft F kann für das entsprechende Verfahren nach der Gleichung
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<math>\sigma_f\,=\,\frac{3\cdot F\cdot l}{2\cdot b\cdot h^2}</math>
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|Prüfkörperdicke
 
|Prüfkörperdicke
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berechnet werden, wobei jeweils die Anordnung des [[Prüfkörper]]s auf dem [[Auflagerabstand|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 %.
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==Beispiele für HDT-Temperaturen==
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|+ '''Tabelle''': Wärmeformbeständigkeitstemperaturen HDT in °C für verschiedene unverstärkte und verstärkte [[Thermoplaste]] und [[Duroplaste]] [3,&nbsp;4]
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!! style="width:200px; background:#DCDCDC" | Werkstoffe
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|PC
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 +
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|ABS
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|style="text-align:center" | 86
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!colspan="4" | '''Thermoplaste verstärkt'''
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|PET + 15 M.-% GF
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|style="text-align:center" | 192
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|PET + 30 M.-% GF
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|style="text-align:center" | 240
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|PET + 40 M.-% GF
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|PBT + 15 M.-% GF
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|PBT + 30 M.-% GF
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|style="text-align:center" | 210
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|style="text-align:center" | 220
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|PP + 20 M.-% Talkum
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|PP + 40 M.-% Talkum
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|style="text-align:center" | 75
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!colspan="4" | '''Duroplaste'''
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|Phenolharz
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 +
|style="text-align:center" | 145
 +
|-
 +
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|style="text-align:center" | 160
 +
|style="text-align:center" | 200
 +
|style="text-align:center" | 125
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|style="text-align:center" | 55
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|EP-Harz
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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 %.
 
  
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Tabelle: Wärmeformbeständigkeiten HDT in °C für verschiedene Kunststoffe [3, 4]
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Die Prüfung von hochfesten [[Duroplaste|duroplastischen]] Laminaten und [[Faserverstärkte Kunststoffe|langfaserverstärkten Kunststoffen]] nach DIN EN ISO 75-3 erfolgt ausschließlich flachkant mit einer [[Auflagerabstand|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 [[Kunststoffe]]n und Hartgummi ist die Belastung bei den hochfesten [[Duroplaste|duroplastischen]] Laminaten und langfaserverstärkten [[Kunststoffe]]n 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 [[Biegemodul]]i 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.
  
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Eine umfassende Literaturanalyse zu Wärmeformbeständigkeitstemperaturen HDT für verschiedene Kunststoffe ist in [5] enthalten.
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==Siehe auch==
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*[[Glühdrahtprüfung]]
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*[[Entflammbarkeit]]
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*[[Aushärtung]]
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*[[Schmelze-Massefließrate|Schmelze-Massefließrate (MFR)]]
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*[[Schmelze-Volumenfließrate|Schmelze-Volumenfließrate (MVR)]]
  
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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'''
 
'''Literaturhinweise'''
 
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|[1]
 
|[1]
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|Grellmann, W., Seidler, S. (Hrsg.): Kunststoffprüfung. Carl Hanser Verlag München Wien, 2005, 1. Auflage S. 593–595
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|[[Grellmann,_Wolfgang|Grellmann, W.]], [[Seidler,_Sabine|Seidler, S.]] (Hrsg.): Kunststoffprüfung. Carl Hanser Verlag, München (2024) 4. Auflage, S. 582–589 (ISBN 978-3-446-44718-9; E-Book: ISBN 978-3-446-48105-3; siehe [[AMK-Büchersammlung]] unter A 23)
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|DIN EN ISO 75 (2004)    Kunststoffe – Bestimmung der Wärmeformbeständigkeitstemperatur,
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|DIN EN ISO 75: Kunststoffe – Bestimmung der Wärmeformbeständigkeitstemperatur
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|Teil 1: Allgemeines Prüfverfahren,
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|Teil 1 (2020-06): Allgemeines Prüfverfahren
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|Teil 2 (2013-08): Kunststoffe und Hartgummi
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|Teil 3 (2024-08): Hochbeständige härtbare Schichtstoffe und langfaserverstärkte Kunststoffe (Entwurf)
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|Carlowitz, B.: Tabellarische Übersicht über die Prüfung von Kunststoffen. Giesel Verlag für Publizität, Isernhagen (1992)
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|Carlowitz, B.: Tabellarische Übersicht über die Prüfung von Kunststoffen. Giesel Verlag für Publizität, Isernhagen (1992), (ISBN 978-3980294201; siehe [[AMK-Büchersammlung]] unter C 9)
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|Campus® Datenbank: http://www.campusplastics.com
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|Campus® Datenbank: http://www.campusplastics.com (letzter Zugriff am 25.10.2024)
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|Kotter, I., [https://www.researchgate.net/profile/Wolfgang-Grellmann Grellmann, W.]: Vicat Softening Temperature and Heat Distortion Temperature. In: [https://de.wikipedia.org/wiki/Wolfgang_Grellmann Grellmann, W.], Seidler, S.: Mechanical and Thermomechanical Properties of Polymers. Landolt-Börnstein. Volume VIII/6A3, Springer Verlag, Berlin (2014) S. 62–75, (ISBN 978-3-642-55165-9; siehe [[AMK-Büchersammlung]] unter A 16)
 
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[[Kategorie:Thermoanalytische Methoden]]

Aktuelle Version vom 30. Oktober 2024, 12:33 Uhr

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Heat-Distortion-Temperature – HDT

Allgemeines

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].

Methodische Grundlagen der HDT-Prüfung

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.

Hdt messplatz.jpg

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

mit

f 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 %.

Beispiele für HDT-Temperaturen

Tabelle: Wärmeformbeständigkeitstemperaturen HDT in °C für verschiedene unverstärkte und verstärkte Thermoplaste und Duroplaste [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
Duroplaste
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.

Eine umfassende Literaturanalyse zu Wärmeformbeständigkeitstemperaturen HDT für verschiedene Kunststoffe ist in [5] enthalten.

Siehe auch


Literaturhinweise

[1] Grellmann, W., Seidler, S. (Hrsg.): Kunststoffprüfung. Carl Hanser Verlag, München (2024) 4. Auflage, S. 582–589 (ISBN 978-3-446-44718-9; E-Book: ISBN 978-3-446-48105-3; siehe AMK-Büchersammlung unter A 23)
[2] DIN EN ISO 75: Kunststoffe – Bestimmung der Wärmeformbeständigkeitstemperatur
Teil 1 (2020-06): Allgemeines Prüfverfahren
Teil 2 (2013-08): Kunststoffe und Hartgummi
Teil 3 (2024-08): Hochbeständige härtbare Schichtstoffe und langfaserverstärkte Kunststoffe (Entwurf)
[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 (letzter Zugriff am 25.10.2024)
[5] Kotter, I., Grellmann, W.: Vicat Softening Temperature and Heat Distortion Temperature. In: Grellmann, W., Seidler, S.: Mechanical and Thermomechanical Properties of Polymers. Landolt-Börnstein. Volume VIII/6A3, Springer Verlag, Berlin (2014) S. 62–75, (ISBN 978-3-642-55165-9; siehe AMK-Büchersammlung unter A 16)
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