Alterung: Unterschied zwischen den Versionen

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<span style="font-size:1.2em;font-weight:bold;">Alpha-Rockwellhärte</span>
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==Begriffsbestimmung==
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==Allgemeines==
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Unter Alterung versteht man die Gesamtheit aller im Laufe der Zeit in einem Material irreversibel ablaufenden chemischen und physikalischen Vorgänge. Die Alterung läuft unter natürlichen Umweltbedingungen ab, die in speziellen Fällen jedoch besondere Merkmale aufweisen kann, wie erhöhte Temperaturen, Chemikalienangriff und mechanische [[Beanspruchung]]. Für Prüfzwecke kann eine verstärkte Einwirkung eines Faktors erwünscht sein, um eine Zeitraffung zu erreichen (siehe: [[Stepped Isothermal Methode, Makroeindringprüfung]]). Diese Zeitraffung lässt allerdings normalerweise keine direkte Extrapolation auf ein Langzeitverhalten unter entsprechend geringerem Angriff zu, es sei denn, es handelt sich um relativ einfach überschaubare Vorgänge, wie das Zeitstandverhalten oder die thermische Alterung. Da in den meisten Fällen jedoch die natürlichen Alterungsbedingungen nicht differenziert vorhersehbar sind und in ihrer Komplexität auch nicht gerafft werden können, ist die Aussage für langzeitige Anwendung aufgrund irgendwelcher Kurzzeitversuche problematisch.
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Obwohl das Rockwell-Härteprüfverfahren ursprünglich nur für metallische Werkstoffe (HRC, HRB usw.) ausgelegt war, existieren derzeit auch Skalen und Belastungen, mit denen die Eignung auch für [[Kunststoffe]] (HR15Y, HR30Y mit 15 und 30 kg Belastung) gegeben ist.
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==Alpha-Rockwellhärte für Kunststoffe==
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Im Fall der Rockwell α-Härteprüfung wird mit einer vergleichsweise großen Stahlkugel mit dem Durchmesser von 12,7 mm gearbeitet. Dabei wird in Analogie zum Kugeldruckverfahren (siehe [[Kugeleindruckhärte]]) mit einer Vorlast von 98,1 N und einer Hauptlast von 588,4 N gearbeitet. Zur Festlegung eines eindeutigen Zustandes für die [[Härteprüfung]] wird der betreffende Wert nach 15 s Haltezeit ermittelt.
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Durch den großen Durchmesser des Eindringkörpers (siehe auch: [[Indenter]]) und aufgrund der großen Kraft kann die Härte in einem relativ großen Härtebereich bestimmt werden. Der beim Eindringvorgang entstehende relativ tiefe Eindruck trägt auch zur Vermeidung von Einflüssen durch die [[Oberfläche]] auf den [[Kennwert]] der [[Härte]] bei.
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Die Rockwellhärte HRα ist nach folgender Gleichung zu berechnen:
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==Innere und äußere Alterung==
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mit h in mm.
  
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Generell wird zwischen einer inneren und einer äußeren Alterung unterschieden. Die innere Alterung, Abbau von [[Zugversuch Eigenspannungen Orientierungen|Eigenspannungen]], [[Kristallinität|Nachkristallisation]], Phasentrennung bei Mehrstoffsystemen, Weichmacherwanderung oder ähnliches, ist auf thermodynamisch instabile Zustände des polymeren Werkstoffs zurückzuführen. Die äußere Alterung, wie [[Spannungsrissbeständigkeit|Spannungsrissbildung]], Ermüdungsrisse, thermooxydativer Abbau, [[Wasseraufnahme|Quellung]] oder etwas ähnliches, beruht auf physikalischen oder chemischen Einwirkungen der Umgebung auf den [[Polymer|polymeren Werkstoff]]. Die Unterscheidung nach chemischen und physikalischen Alterungsvorgängen ist nicht immer eindeutig möglich, da normalerweise komplexe Wirkungen vorliegen.
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==Durchführung der Härtemessung nach &alpha;-Rockwell (HRα)==
  
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==Einfluss der Alterung auf das Kennwertniveau==
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Der schematische Aufbau eines derartigen Messsystems und der Messvorgang sind in dem nachfolgenden '''Bild''' dargestellt.  Der Zusammenhang zwischen der [[Kugeleindruckhärte]] und der Rockwell α-Härte ist infolge der unterschiedlichen Prüfbedingungen und der verwendeten Messtechnik nichtlinear.
  
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Versteht man unter Alterung nur die zeitabhängigen, irreversibel ablaufenden Vorgänge, so müsste korrekterweise auch eine Verbesserung des Gebrauchswertes des Werkstoffs darunter verstanden werden, wenn z. B. eine Nachkondensation, [[Kristallinität|Nachkristallisation]] oder Strahlungsvernetzung zu einer Vergütung im Sinne einer Verbesserung bestimmter gewünschter Eigenschaften führt.
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[[Datei:Alpha_rockwell_bear.jpg]]
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|width="600px" |Schematischer Aufbau des HRα - Verfahrens und Zusammenhang zwischen α-Rockwellhärte und Kugeleindruckhärte (D–Kugeldurchmesser, F<sub>0</sub>–Vorkraft, F–Prüfkraft, h<sub>0</sub>–Eindringtiefe nach Aufbringen der Vorkraft, h–Eindringtiefe)
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So kann z. B. für ein medial beanspruchtes (Waschlauge, 95 °C) mit Teilchen gefülltes (z. B. Talkum) Polypropylen ([[Kurzzeichen]]: PP) in Abhängigkeit von der Auslagerungszeit (bis 2000 h) der [[Elastizitätsmodul]] E<sub>t</sub> deutlich sinken, die [[Zugfestigkeit]] σ<sub>M</sub> geringfügig ansteigen, die Bruchdehnung ε<sub>tB</sub> und die technische bedeutsamere Dehnung an der [[Streckspannung|Streckgrenze]] ε<sub>tM</sub> keine Veränderungen zeigen sowie die [[Kerbschlagbiegeversuch|Kerbschlagzähigkeit]] a<sub>cN</sub> merklich ansteigen. Diese strukturabhängigen Eigenschaftsänderungen der mechanischen [[Kennwert]]e in Abhängigkeit von der Auslagerungszeit können sich in anderen Beispielen auch ganz anders gestalten. Aus diesem Grunde ist eine mehrparametrige Eigenschaftsbewertung bei der Rezepturoptimierung von komplexen Polymerwerkstoffsystemen (siehe: [[Polymerblends]]) besonders wichtig.
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Eine umfassende Literaturanalyse zu den HRα-Kennwerten ist in dem Landolt-Börnstein Band VIII/6A3 (siehe Literaturhinweise) enthalten.
  
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Gegen eine Reihe besonders kritischer Umwelteinflüsse sind sogar Stabilisatoren entwickelt worden, welche die unerwünschten Veränderungen der Material- und Gebrauchseigenschaften während der Verarbeitung oder des Gebrauchs soweit verzögern, dass das [[Kunststoffbauteil]] während der Gebrauchsdauer darunter nicht leidet. Die wichtigsten Stabilisatoren sind neben den Verarbeitungsstabilisatoren die Wärme- und Lichtstabilisatoren, UV-Absorber, Antioxidanten und Hydrolyseschutzmittel.
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==Siehe auch==
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*[[Konventionelle Härteprüfung]]
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*[[ROCKWELL-Härte|ROCKWELL-Härteprüfung]]
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*[[Instrumentierte Kratzprüfung]]
  
  
 
'''Literaturhinweise'''
 
'''Literaturhinweise'''
  
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* [[Ehrenstein,_Gottfried_W.|Ehrenstein, G. W.]]: Polymerwerkstoffe. Struktur und mechanisches Verhalten. Grundlage für das technische Konstruieren mit Kunststoffen. Carl Hanser Verlag, München Wien (1978) S. 173 (ISBN 3-446-12478-0; siehe [[AMK-Büchersammlung]] unter G 28)
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* [[Grellmann,_Wolfgang|Grellmann, W.]], [[Seidler,_Sabine|Seidler, S.]] (Hrsg.): Kunststoffprüfung. Carl Hanser Verlag, München (2024) 4. Auflage, S. 199/200 (ISBN 978-3-446-44718-9; E-Book: ISBN 978-3-446-48105-3; siehe [[AMK-Büchersammlung]] unter A 23)
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* Lechner, M. D., Gehrke, K., Nordmeier, E. M.: Makromolekulare Chemie – Ein Lehrbuch für Chemiker, Physiker, Materialwissenschaftler. Birkhäuser Verlag, Basel Boston Berlin (2010) 4. überarbeitete und erweiterte Auflage, S. 488 ff, (ISBN 978-3-7643-8890-4; siehe [[AMK-Büchersammlung]] unter N 11)
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* Koch, T., [[Bierögel,_Christian|Bierögel, C.]], Seidler, S.: Conventional Hardness Values. In: [https://www.researchgate.net/profile/Wolfgang-Grellmann Grellmann, W.], Seidler, S.: Mechanical and Thermomechanical Properties of Polymers. Landolt-Börnstein. Volume VIII/6A3, Springer Verlag, Berlin (2014) 357–379, (ISBN 978-3-642-55165-9; siehe [[AMK-Büchersammlung]] unter A 16)
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* [[Grellmann,_Wolfgang|Grellmann, W.]], Schoßig, M., Reincke, K., Kirbs, J.: Bewertung der Alterungsbeständigkeit von Folien durch künstiche Bewitterung. In: [https://www.researchgate.net/profile/Wolfgang-Grellmann Grellmann, W.] (Hrsg.): Neue Entwicklungen in der Werkstoffprüfung – Herausforderung an die Kennwertermittlung. Tagung "Werkstoffprüfung 2011", 1. und 2. Dezember 2011, Berlin, Tagungsband S. 173–178 (ISBN 978-3-9814516-1-0; siehe [[AMK-Büchersammlung]] unter A 13)
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* DIN EN ISO 2039-2 (2000-01): Kunststoffe – Bestimmung der Härte – Teil 2: Rockwellhärte
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* Berthold, A., Schoßig, M., Langer, B., [https://de.wikipedia.org/wiki/Wolfgang_Grellmann Grellmann, W.]: Die Bewertung des Risswiderstandsverhaltens von polymeren Werkstoffen, DGM- dIALOG – Materialwissenschaft und Werkstofftechnik (2019) S. 2–7
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* ASTM D 785 (2023): Standard Test Method for Rockwell Hardness of Plastics and Electrical Insulating Materials
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* Langer, B., Schoßig, M., Reincke, K., Grellmann, W.: Charakterisierung des Alterungsverhaltens von Polymerwerkstoffen. In: Borsutzki, M. und Moninger, G. (Hrsg.): Fortschritte in der Werkstoffprüfung für Forschung und Praxis. Tagung Werkstoffprüfung 2012, 06. bis 07. Dezember 2012, Bad Neuenahr, Tagungsband S. 145–152 (ISBN 978-3-514-00794-9; siehe [[AMK-Büchersammlung]] unter M 24) [https://www.polymerservice-merseburg.de/fileadmin/inhalte/psm/veroeffentlichungen/Charakterisierung_des_Alterungsverhaltens_von_Polymerwerkstoffen_WP2012.pdf Download als pdf]
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* Fett, T.: Materialprüfung 14/5 (1972) 151
  
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[[Kategorie:Alterung]]
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[[Kategorie:Härte]]

Version vom 30. September 2024, 09:51 Uhr

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Alpha-Rockwellhärte

andere Schreibweise: α-Rockwellhärte (HRα)

Allgemeines

Obwohl das Rockwell-Härteprüfverfahren ursprünglich nur für metallische Werkstoffe (HRC, HRB usw.) ausgelegt war, existieren derzeit auch Skalen und Belastungen, mit denen die Eignung auch für Kunststoffe (HR15Y, HR30Y mit 15 und 30 kg Belastung) gegeben ist.

Alpha-Rockwellhärte für Kunststoffe

Im Fall der Rockwell α-Härteprüfung wird mit einer vergleichsweise großen Stahlkugel mit dem Durchmesser von 12,7 mm gearbeitet. Dabei wird in Analogie zum Kugeldruckverfahren (siehe Kugeleindruckhärte) mit einer Vorlast von 98,1 N und einer Hauptlast von 588,4 N gearbeitet. Zur Festlegung eines eindeutigen Zustandes für die Härteprüfung wird der betreffende Wert nach 15 s Haltezeit ermittelt. Durch den großen Durchmesser des Eindringkörpers (siehe auch: Indenter) und aufgrund der großen Kraft kann die Härte in einem relativ großen Härtebereich bestimmt werden. Der beim Eindringvorgang entstehende relativ tiefe Eindruck trägt auch zur Vermeidung von Einflüssen durch die Oberfläche auf den Kennwert der Härte bei.

Die Rockwellhärte HRα ist nach folgender Gleichung zu berechnen:

mit h in mm.

Durchführung der Härtemessung nach α-Rockwell (HRα)

Der schematische Aufbau eines derartigen Messsystems und der Messvorgang sind in dem nachfolgenden Bild dargestellt. Der Zusammenhang zwischen der Kugeleindruckhärte und der Rockwell α-Härte ist infolge der unterschiedlichen Prüfbedingungen und der verwendeten Messtechnik nichtlinear.

Alpha rockwell bear.jpg

Bild: Schematischer Aufbau des HRα - Verfahrens und Zusammenhang zwischen α-Rockwellhärte und Kugeleindruckhärte (D–Kugeldurchmesser, F0–Vorkraft, F–Prüfkraft, h0–Eindringtiefe nach Aufbringen der Vorkraft, h–Eindringtiefe)

Eine umfassende Literaturanalyse zu den HRα-Kennwerten ist in dem Landolt-Börnstein Band VIII/6A3 (siehe Literaturhinweise) enthalten.

Siehe auch


Literaturhinweise

  • Grellmann, W., Seidler, S. (Hrsg.): Kunststoffprüfung. Carl Hanser Verlag, München (2024) 4. Auflage, S. 199/200 (ISBN 978-3-446-44718-9; E-Book: ISBN 978-3-446-48105-3; siehe AMK-Büchersammlung unter A 23)
  • Koch, T., Bierögel, C., Seidler, S.: Conventional Hardness Values. In: Grellmann, W., Seidler, S.: Mechanical and Thermomechanical Properties of Polymers. Landolt-Börnstein. Volume VIII/6A3, Springer Verlag, Berlin (2014) 357–379, (ISBN 978-3-642-55165-9; siehe AMK-Büchersammlung unter A 16)
  • DIN EN ISO 2039-2 (2000-01): Kunststoffe – Bestimmung der Härte – Teil 2: Rockwellhärte
  • ASTM D 785 (2023): Standard Test Method for Rockwell Hardness of Plastics and Electrical Insulating Materials
  • Fett, T.: Materialprüfung 14/5 (1972) 151
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