Instrumentierte Kratzprüfung

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Instrumentierte Kratzprüfung

Registrierende Kratzprüfmaschine

Die Instrumentierte Kratzprüfung erfolgt mittels Registrierender Kratzprüfmaschinen (Bild 1), die über dreidimensional verfahrbare Messtische in Horizontal- oder Vertikalanordnung und entsprechende Eindringkörper (z. B. Rockwell- oder Vickers-Indenter) verfügen. Diese Prüf­maschinen ermöglichen eine separate Kraft- und Wegmessung in xyz- oder xz-Richtung, wobei die Versuchsdurchführung je nach Prüfmaschine und Anwendungsfall eindringtiefengeregelt, kraftgeregelt, eindringtiefengeschwindigkeitsgeregelt oder kraft­geschwindigkeitsgeregelt erfolgen kann (siehe auch Zugversuch Regelung).

Bild 1:

Registrierende Kratzprüfmaschine der Fa. Coesfeld, a) Übersichtsaufnahme und b) Probentisch für die Folienprüfung (Vakuumtisch)

Durchführung der Kratzprüfung

Die Instumentierte Kratzprüfung wird herangezogen für die mehrparametrige Bewertung der Kratzfestigkeit von Kunststoffoberflächen von kompakten ebenen Prüfkörpern oder Bauteilen, Beschichtungen und Lacken auf einem Substrat sowie Kunststofffolien.

Die Durchführung der Messung kann zwar normgerecht z. B. nach ISO 19252 oder ASTM D 7027 erfolgen. Allerdings schöpfen diese derzeitig existierenden Normen das Potential des Verfahrens nicht einmal im Ansatz aus, da sie nicht über die ausschließliche Bewertung von Messgrößen hinausgehen. Derzeit gibt es jedoch Bestrebungen, die einstellbaren experimentellen Parameter und die erfassbaren Messgrößen unmittelbar zur reproduzierbaren Ermittlung spezifischer Kratzeigenschaften zu nutzen, wie in der unten stehenden Tabelle dargestellt ist. Erst dadurch kann das volle Potential der Methode ausgenutzt werde, wie es bereits bei der Registrierenden Härteprüfung geschehen ist.

Messgrößen der Kratzprüfung

Die Tabelle 1 enthält eine Auflistung der experimentellen Parameter der Messgrößen und der Kratzeigenschaften der Instrumentierten Kratzprüfung.

Tabelle 1: Experimentelle Parameter, Messgrößen und Kratzeigenschaften

Experimentelle Parameter	Messgrößen	Kratzeigenschaften
Normalkraft Fn Indentervorschub(Kratz)-Geschwindigkeit Zeit nach dem Versuch Kratzriefenlänge	Tangentialkraft Ft Eindringtiefe h, elastische und plastische (bleibende) Tiefe (he und hp) Kratzriefenbreite w (mikroskopisch) Tangentiale Weglänge (Zeit)	Kratzhärte: Hs= 4Fn/w2 (Rockwell) Pflughärte Scheinbarer Reibungskoeffizient Erholung: R = he/h Bruchmechanische Analysen

Dazu ist es notwendig, sowohl die Tangentialkraft als auch die Eindringtiefe als Funktion der Zeit bzw. des Kratzweges messtechnisch zu erfassen (Bild 2) und die Kratzriefenbreite mikroskopisch zu vermessen.

Bild 2:

Kraftgeschwindigkeitsgeregelte Messung an PVC mittels einer Registrierenden Kratzprüfmaschine

Literaturhinweise

• DIN EN ISO 1518: Beschichtungsstoffe – Bestimmung der Kratzbeständigkeit
  • Teil 1 (2019-10): Verfahren mit konstanter Last
  • Teil 2 (2019-10): Verfahren mit kontinuierlich ansteigender Last
• ASTM D 7027 (2020): Standard Test Method for Evaluation of Scratch Resistance of Polymeric Coatings and Plastics Using an Instrumented Scratch Machine
• ISO 18922 (2003-05): Imaging Materials – Processed Photographic – Methods for Determining Scratch Resistance
• ISO 19252 (2008-12): Plastics – Determination of Scratch Properties
• Rybnicek, J., Lach, R., Dominguez, S. R., Tondl, D., Valek, R., Grellmann, W.: Kratzfestigkeit von PA6-Nanokompositen. GAK – Gummi Fasern Kunststoffe 65 (2012) 775–783