Einfluss von Chemikalien auf Bauteilfestigkeit

Ziel und Hintergrund, Maximilian Wimmer, 03.06.2025

Für Bauteile in einer Kaffeemaschine ist die Beständigkeit gegenüber chemischen Reinigungs- und Entkalkungsmitteln von großer Bedeutung. In diesem Arbeitspaket wird untersucht, wie sich eine längere Exposition gegenüber solchen Chemikalien auf das Materialverhalten auswirkt. Die Proben werden dafür in eine geeignete Lösung eingetaucht, in diesem Fall ein Bleichbasiertes Reinigungsmittel. Im Datenblatt von GreenTEC Pro steht hierzu das der Kunststoff speziell anfällig gegenüber solcher Chemikalien ist, weshalb hier untersucht wird welche Auswirkungen eine Reinigung mit solch einem Mittel auf die Bauteilfestigkeit hat. Ziel ist es, potenzielle Materialschwächungen oder Beeinträchtigungen der Oberflächenstruktur zu identifizieren.

Versuchsaufbau und Versuchsablauf

Versuchsaufbau

Der Versuch von Chemische Einwirkung auf Bauteilfestigkeit läuft in vielen Aspekten ähnlich wie der von dem Einfluss von Wasser. Zur Untersuchung wurden ebenfalls neun Probekörper verwendet, aufgeteilt in drei Gruppen:

• 3 flach gedruckte Zugproben
• 3 hochkant gedruckte Zugproben
• 3 Schlagbiegeproben

Die Proben wurden vor dem Einlegen in die Chemische Lösung vermessen (Länge, Breite, Höhe) und gewogen, um potenzielle Veränderungen in Geometrie oder Masse im Nachgang identifizieren zu können.

Versuchsablauf

Die Bauteile wurden für 15 Minuten in eine Reinigungslösung eingelegt, um ein intensives bzw. wiederholtes Reinigen zu simulieren. Die Lösung bestand aus einem Mischungsverhältnis von 1:5 (Reinigungsmittel zu Wasser), konkret 200 ml Wasser und 40 ml eines stark alkalischen Reinigungsmittels. Dieses Verhältnis entspricht den Herstellerangaben für reguläre Reinigungsanwendungen. Nach Ablauf der Einwirkzeit wurden die Bauteile vorsichtig entnommen und mit klarem Wasser abgespült, um Rückstände des Reinigungsmittels zu entfernen und die Prüfteile für die anschließenden Untersuchungen vorzubereiten. Auch hier folgen die Schlagbiegeproben zeitlich versetzt, da ein Wechsel der Prüfaufbauten im Labor mit einem höheren organisatorischen Aufwand verbunden war. Um dennoch vergleichbare Ergebnisse zu erhalten, wurden die Schlagbiegeproben denselben Bedingungen unterzogen.

Dokumentation und Beobachtungen

Nach der chemischen Einwirkung zeigten die Prüfkörper keine sichtbaren Verformungen oder optischen Auffälligkeiten. Lediglich die Beschriftungen mit Permanentmarker hatten sich gelöst. Die gemessenen Abmessungen (Länge, Breite, Höhe) blieben bei allen Proben unverändert im Vergleich zu den Ausgangswerten. Beim Gewicht der Schlagbiegeproben wurde eine Veränderung von etwa 8 % festgestellt. Da jedoch einige dieser Proben leichte Druckfehler aufwiesen, lässt sich nicht mit Sicherheit sagen, ob die Abweichung ausschließlich durch den Chemikalieneinfluss verursacht wurde.

Insgesamt fiel das Ergebnis der chemischen Belastung deutlich besser aus als zunächst erwartet, insbesondere in Anbetracht der Tatsache, dass das verwendete Reinigungsmittel laut Herstellerdatenblatt als potenziell kritisch für Kunststoffe eingestuft wird.

Laborversuch für Zugproben

Ähnlich wie bei der Untersuchung von Einfluss von Wasser, wurden hier auch nicht alle Z-Proben verwendet. Die Daten der Prüfungen finden sich in [Bild 1] sowie die Spannungs-Dehnungsdiagramme in [Bild 2] und [Bild 3].

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  Bild 1: Zugversuchdaten des ersten Laborversuchs, Einfluss Chemie

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  Bild 2: Spannungs-Dehnungsdiagramm der Flachgedruckten Zugstäbe

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  Bild 3: Spannungs-Dehnungsdiagramm der Hochkanntgedruckten Zugstäbe

Eine genauere Gegenüberstellung der Daten findet sich in [Tabelle 1]:

Parameter	Ohne Einfluss	Nach Lösung	Veränderung
E-Modull Et (MPa)	~3829	~2336	↓ ca. 39 %
Streckgrenze σy (MPa)	~40,5	~32.6	↓ ca. 20 %
Streckdehnung εy (%)	~2,02	~2,57	↑ ca. 27 %
Bruchspannung σb (MPa)	~32	~21.6	↓ ca. 33 %
Technische Bruchdehnung εtb (%)	3,3	6,4	↑ ca. +80 %