Einfluss von Chemikalien auf Bauteilfestigkeit: Unterschied zwischen den Versionen
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Die Ergebnisse zeigen, dass die Reinigungslösung das Materialverhalten eindeutig verändert. Die Proben werden weicher, verlieren an Steifigkeit und zeigen geringere Festigkeiten, gleichzeitig verbessert sich das Verformungsverhalten, was auf molekulare Umstrukturierungen oder ein leichtes Anlösen von Polymerketten hindeuten könnte. Im Datenblatt wird eine Lösung dieser Art als besonders kritisch eingestuft, jedoch fallen die Labor Ergebnisse im Gegensatz dazu besser als gedacht aus. Die Bauteile zeigen keine sichtbaren Schäden oder Verformungen und behalten ihre ursprüngliche Form bei. Kurzfristige oder vereinzelte Reinigungsvorgänge sollten somit keine unmittelbare Gefahr für die Struktur des Kunststoffes darstellen, bei häufiger oder längerer Belastung muss der beobachtete Festigkeitsverlust jedoch berücksichtigt werden. Für den Praxiseinsatz empfiehlt sich daher die Verwendung milderer Mittel welche nicht auf | Die Ergebnisse zeigen, dass die Reinigungslösung das Materialverhalten eindeutig verändert. Die Proben werden weicher, verlieren an Steifigkeit und zeigen geringere Festigkeiten, gleichzeitig verbessert sich das Verformungsverhalten, was auf molekulare Umstrukturierungen oder ein leichtes Anlösen von Polymerketten hindeuten könnte. Im Datenblatt wird eine Lösung dieser Art als besonders kritisch eingestuft, jedoch fallen die Labor Ergebnisse im Gegensatz dazu besser als gedacht aus. Die Bauteile zeigen keine sichtbaren Schäden oder Verformungen und behalten ihre ursprüngliche Form bei. Kurzfristige oder vereinzelte Reinigungsvorgänge sollten somit keine unmittelbare Gefahr für die Struktur des Kunststoffes darstellen, bei häufiger oder längerer Belastung muss der beobachtete Festigkeitsverlust jedoch berücksichtigt werden. Für den Praxiseinsatz empfiehlt sich daher die Verwendung milderer Mittel welche nicht auf Chlor basieren, um Langzeitschäden auszuschließen. | ||
Version vom 27. Juni 2025, 14:04 Uhr
Ziel und Hintergrund, Maximilian Wimmer, 20.06.2025
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 Aussetzung gegenüber solchen Chemikalien auf das Materialverhalten auswirkt. Die Proben werden dafür in eine geeignete Lösung eingetaucht, in diesem Fall ein Chlorbasiertes 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 einer Lösung auf Materialeigenschaften mit sich zieht. Ziel ist es, potenzielle Materialschwächungen oder Beeinträchtigungen der Oberflächenstruktur zu identifizieren.
Versuchsaufbau und Versuchsablauf
Versuchsaufbau
Der Versuch zur Chemischen 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. Die Einflussbedingungen der Probearten unterscheiden sie jedoch nicht.
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 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, wahrscheinlicher ist der Gewichtsunterschied dank Knoten im Filament.
Insgesamt fiel das Ergebnis der chemischen Belastung hier bereits 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
Zugversuch
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].
Bild 1: Zugversuchdaten des ersten Laborversuchs, Einfluss Chemie
Bild 2: Spannungs-Dehnungsdiagramm der Flachgedruckten Zugstäbe
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 % |
Es zeigen sich bei den anschließenden Zugversuchen signifikante Veränderungen der Materialeigenschaften im Vergleich zur Referenzserie ohne Einfluss. Das Elastizitätsmodul sinkt stark, was eine deutlich geringere Steifigkeit des Materials nach der chemischen Belastung bedeutet. Auch die Streckspannung und Bruchspannung reduzieren sich um ca. 20 % bzw. 33 %, was auf eine generelle Abschwächung der mechanischen Festigkeit hinweist.
Auffällig ist jedoch, dass sich die Dehnungseigenschaften im Gegensatz dazu verbessert haben. Die Streckdehnung und Bruchdehnung steigen nach der Zeit in der Lösung, was auf ein deutlich duktileres Verhalten der Proben nach chemischer Einwirkung schließen lässt.
Schlagbiegeversuch
Der Schlagbiegeversuch wurde, abgesehen einer zweiwöchigen Verzögerung, unter denselben Bedingungen durchgeführt wie der Zugversuch.
Das Ergebnis des Schlagbiegeversuchs zeigt erneut einen Scharnierbruch. Die Messwerte deuten auf einen starken Anstieg der aufgenommen Schlagenergie hin. Die Kerbschlagzähigkeit liegt nach dem Kontakt der Lösung auf rund 15 kJ/m² und somit rund 50% höher als bei den Unbehandelten Bauteilen. Auch die Schlagarbeit pro Kerblänge steigt von knapp 25 J/m auf Werte oberhalb von 35J/m an. Ähnlich wie bei der Zugprobe lässt sich hier eine Erweichung und Verminderung der Steifigkeit des Kunststoffes untersuchen.
Fazit
Die Ergebnisse zeigen, dass die Reinigungslösung das Materialverhalten eindeutig verändert. Die Proben werden weicher, verlieren an Steifigkeit und zeigen geringere Festigkeiten, gleichzeitig verbessert sich das Verformungsverhalten, was auf molekulare Umstrukturierungen oder ein leichtes Anlösen von Polymerketten hindeuten könnte. Im Datenblatt wird eine Lösung dieser Art als besonders kritisch eingestuft, jedoch fallen die Labor Ergebnisse im Gegensatz dazu besser als gedacht aus. Die Bauteile zeigen keine sichtbaren Schäden oder Verformungen und behalten ihre ursprüngliche Form bei. Kurzfristige oder vereinzelte Reinigungsvorgänge sollten somit keine unmittelbare Gefahr für die Struktur des Kunststoffes darstellen, bei häufiger oder längerer Belastung muss der beobachtete Festigkeitsverlust jedoch berücksichtigt werden. Für den Praxiseinsatz empfiehlt sich daher die Verwendung milderer Mittel welche nicht auf Chlor basieren, um Langzeitschäden auszuschließen.