Wärmeformbeständigkeitstemperatur

Wärmeformbeständigkeitstemperatur, HDT

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].

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^-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

σ_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 %.

Tabelle: Wärmeformbeständigkeiten HDT in °C für verschiedene Kunststoffe [3, 4]

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 Wien, 2005, 1. Auflage S. 593–595
  2. DIN EN ISO 75 (2004)    Kunststoffe – Bestimmung der Wärmeformbeständigkeitstemperatur,
     Teil 1: Allgemeines Prüfverfahren,
     Teil 2: Kunststoffe und Hartgummi,
     Teil 3: Hochbeständige härtbare Schichtstoffe und langfaserverstärkte Kunststoffe
  3. Carlowitz, B.: Tabellarische Übersicht über die Prüfung von Kunststoffen. Giesel Verlag für Publizität, Isernhagen (1992)
  4. Campus® Datenbank: http://www.campusplastics.com