Mikroskopische Verfahren bieten in der Kunststoffanalytik sowohl im Rahmen von Forschungs- und Entwicklungstätigkeiten als auch in den Bereichen Schadensanalyse und Qualitätssicherung zielführende Untersuchungsmöglichkeiten.

Hierzu zählen unter anderem:

• Ermittlung von Material- und Werkstoffeigenschaften
• Identifizierung von Verarbeitungsfehlern zur Bewertung der Bauteilqualität
• Fraktographische Untersuchungen
• 3D-visualisierte Oberflächenquantifizierungen
• Polarisationsmikroskopische Beschreibung innerer Bauteilspannungen und -orientierungen
• Bewertung konstruktiver Bauteilmerkmale
• Quantifizierung der Größe und Verteilung von Füll- und Verstärkungsstoffen, Poren und mehrphasigen Systemen
• Volumenbasierte Bauteilvermessungen und Strukturuntersuchungen

Das IKV verfügt über eine umfassende Palette mikroskopischer Präparations- und Analyseverfahren, die die gesamte Bandbreite der für die Kunststoffanalytik relevanten Techniken abdecken. Diese ermöglichen es, schnell und zuverlässig aussagekräftige Ergebnisse zu erzielen. Eine sorgfältige Probenpräparation spielt dabei eine zentrale Rolle. Durch die tägliche Mitwirkung an öffentlichen Forschungsprojekten und die Bearbeitung zahlreicher industrieller Fragestellungen hat das IKV ein breites Wissensfundament aufgebaut, das die rasche Gewinnung stichhaltiger und aussagekräftiger Untersuchungsergebnisse unterstützt.

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Die präzise Identifizierung eines Materials ist in vielen praktischen Bereichen und Anwendungen die Grundlage für nachfolgende Arbeitsschritte und Vorgehensweisen. Sowohl Kunststoffe als auch zahlreiche andere organische und anorganische Substanzen können mit den folgenden Methoden als unerlässliche Hilfsmittel zur Strukturaufklärung erfasst werden:

• Die Fourier-Transformations-Infrarot-Spektroskopie (FT-IR) ist ein in der Regel zerstörungsfreies Standardverfahren zur Materialcharakterisierung (halb-)organischer Substanzen und somit auch von Kunststoffen, Beschichtungen und Kontaminationen.
• Zur Charakterisierung anorganischer Substanzen, wie beispielsweise Füllstoffe, eignet sich die energiedispersive Röntgenstrukturanalyse (EDX). Diese Methode der oberflächennahen Elementaranalyse (für Elemente mit Ordnungszahl ≥ 6) kann sowohl punktuell als auch über definierte Flächen hinweg durchgeführt werden.
• Unter Verwendung der Elektronenspektroskopie zur chemischen Analyse (ESCA), auch bekannt als Röntgenphotoelektronenspektroskopie (XPS), wird eine Elementaranalyse der Oberfläche durchgeführt, die Elemente ab Ordnungszahl 3 erfasst und die ersten wenigen Nanometer der Probe untersucht.

Folgende Aufgabenstellungen können typischerweise mit spektroskopischen Methoden verfolgt werden:

• Werkstoffidentifizierung
• Qualitätskontrolle
• Alterungszustand / oxidative Schädigung
• Identifizierung von Verunreinigungen bzw. Kontaminationen
• Erfassung von Reaktionskinetiken
• Oberflächenanalyse inklusive Barriere- und Schutzschichten
• Spurenanalyse von Metallverbindungen wie Metalloxiden inklusive Verteilung dieser

Die mechanische Prüfung ist ein wichtiges Instrument zur Produkterprobung und Qualitätssicherung. Zur Charakterisierung der mechanischen Eigenschaften von Konstruktionswerkstoffen sind Prüfverfahren wie der Zugversuch, der Kerbschlagbiegeversuch und die Härteprüfung grundlegende und häufig verwendete Methoden. Der Einsatz von Universalprüfmaschinen ermöglicht sowohl normgerechte Prüfprozesse als auch individualisierte Bauteilprüfungen.

Zu den Untersuchungsmethoden in der Kurzzeitprüfung zählen:

• Zug-, Druck-, Biegeversuche
• Torsionsversuche, Schub- bzw. Scherversuche
• Rissaufweitungsversuche, Weiterreißversuche
• Haftfestigkeitsuntersuchung
• Reibuntersuchung
• Druckverformungsrest-Bestimmung

Zusätzliche Einflussparameter auf den Kunststoff, wie beispielsweise Klima- und Medieneinflüsse, werden bereits bei der Versuchskonzeption und der Vorbereitung der Probekörper berücksichtigt. Den mechanischen Untersuchungen gehen oft Arbeiten in den Bereichen Probenpräparation, Alterung mittels UV-Strahlung und/oder Konditionierung in Klimaschränken voraus. Des Weiteren sind weitere Laborbereiche für eine Vielzahl von Langzeit- oder dynamischen Prüfungen optimal ausgestattet. In allen Laborbereichen werden Untersuchungen sowohl an Thermoplasten und Duroplasten als auch an Faserverbundwerkstoffen mit umfangreicher Erfahrung durchgeführt.

Die vielfältigen und aussagekräftigen Methoden der Thermischen Analyse helfen komplexe Zusammenhänge zwischen Verarbeitung, Struktur und Eigenschaften der Kunststoffe zu erkennen. Durch die Verfahren der Thermischen Analyse können Polymere identifiziert und charakterisiert werden sowie die Verarbeitungseinflüsse und Materialschädigungen erkannt werden.
Mithilfe der Thermischen Analyse werden viele für die Verarbeitung und den Gebrauch von Kunststoffprodukten wichtige Eigenschaften ermittelt. Dazu zählen:

• Schmelztemperatur, Schmelzenthalpie
• Erstarrungstemperatur
• Glasübergangstemperatur
• Vernetzungszustände bei Duroplasten und Elastomeren
• qualitative und quantitative Beschreibung thermischer und thermo-oxidativer Abbauvorgänge
• Ermittlung von Füll- und Verstärkungsstoffgehalten
• Ausdehnungskoeffizienten
• Eigenspannungen
• Temperaturabhängige Elastizitätsmoduln unter verschiedenartigen Belastungen

Die Methoden werden für unterschiedliche Materialien eingesetzt: Thermoplaste, Duroplaste  Elastomere, Harz- und Klebstoffsysteme, Lebensmittel, Pharmazeutika, Baustoffe und viele mehr.

Die Kenntnis des Fließverhaltens von Kunststoffschmelzen, Kautschuk- bzw. Silikonmassen und auch der Viskosität von Harzsystemen ist essentiell, um die Verarbeitungsprozesse zielgerichtet auslegen zu können. Neben dem Betrag der Viskosität können auch deren elastische und viskose Anteile ermittelt werden. Diese Option bringt zum Beispiel wichtige Informationen darüber, in welchem Maße eine Kunststoffschmelze unter Scherung mit einer Temperaturerhöhung reagiert. Da die Viskosität eines Kunststoffs das Ergebnis vieler Detaileigenschaften wie Molekulargewichtsverteilung, Verzweigungsgrad und Additivierung ist, können rheometrische Methoden auch Chargenschwankungen vergleichend nachweisen.

• Folgende Eigenschaften können mithilfe rheometrischer Untersuchungen beschrieben werden:
• Viskosität in Abhängigkeit von Temperatur, Schergeschwindigkeit und Druck
• Elastische und ideal-viskose Anteile der Viskosität
• Strukturviskosität
• Ermittlung von Carreau-Parametern
• Speicher- und Verlustmoduln als Funktion von Temperatur und Schergeschwindigkeit
• Veränderung eines molekularen Gefüges (z.B. durch Abbau oder Vernetzung)
• Veränderung in der Additivierung
• Gelpunkt bzw. die Topfzeit eines Harzsystems

Insbesondere oszillatorische Messungen bieten hierbei viele Möglichkeiten der Werkstoffcharakterisierung. Vorversuche zur Findung eines geeigneten individuellen Betriebspunktes des Wechselwirkungssystems aus Rheometer und Werkstoff sind hierbei erforderlich.