Wärmeformbeständigkeitstemperatur

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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.

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

$\sigma$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.

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 (2020-06): 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 (letzter Zugriff am 09.05.2022)
[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)