Wie Ingenieure die Festigkeit von Kunststoffmaterialien bewerten: Wichtige mechanische Eigenschaften erklärt

Wenn Ingenieure einen Kunststoff für eine bestimmte Anwendung auswählen, ist das Materialdatenblatt die erste Referenz. Diese Blätter, für die meisten Kunststoffe online verfügbar, enthalten wesentliche Werte für physikalische, mechanische, thermische und elektrische Eigenschaften. Sie geben auch die verwendeten ASTM-, ISO- oder UL-Prüfverfahren, Maßeinheiten und Rohdaten an. So kann ein Dichtewert beispielsweise als 1,20 g/cm³ angegeben sein, ermittelt nach ASTM D792.

Nachfolgend finden Sie einen prägnanten Überblick über die wichtigsten mechanischen Eigenschaften, die die Festigkeit und Eignung eines Materials für einen bestimmten Verwendungszweck bestimmen:

• Zugfestigkeit (Ultimate Tensile Strength, UTS) – Die maximale Spannung, die ein Kunststoff beim Dehnen vor dem Versagen aushält. Sie wird in MPa oder psi angegeben und stellt den Höhepunkt der Spannungs-Dehnungs-Kurve dar. Spröde Kunststoffe zeigen oft einen scharfen Bruch ohne eindeutigen Fließpunkt, was die UTS zu einer entscheidenden Kennzahl macht.
• Zugspannung bei Bruch (Ultimate Tensile Stress) – Die Spannung unmittelbar vor dem Reißen des Materials. Berechnet als Kraft geteilt durch Querschnittsfläche (F/A), ebenfalls in MPa oder psi angegeben.
• Biegemodul (Flexural Modulus) – Misst den Widerstand gegen Biegung. Es ist das Verhältnis von Biegespannung zu Dehnung, definiert in Einheiten von Kraft pro Fläche. ASTM D790 legt das Prüfverfahren fest.
• Biegefestigkeit (Flexural Strength) – Die maximale Spannung, die ein Material im Biegeversuch vor dem Bruch aushält. Auch hier gilt ASTM D790.
• E-Modul (Young's Modulus / Tensile Modulus) – Auch Elastizitätsmodul genannt, quantifiziert er die Steifigkeit eines Materials. Ein höherer Wert weist auf einen steiferen Polymer hin.
• Schubfestigkeit (Shear Strength) – Die pro Flächeneinheit erforderliche Kraft zum Scherbruch, angepasst an die Materialdichte. Sie spiegelt wider, wie gut ein Kunststoff inneren Scherkräften widersteht.
• Rockwell-Härte – Ein weit anerkannter Härtetest, der den Widerstand eines Polymers gegen Eindrückung misst. Die Rockwell-Skala ist eine der bekanntesten Härtekenngrößen der Branche.
• Izod-Schlagzähigkeit (gekerbt) – Ein ASTM-Standardtest, der die Fähigkeit eines Materials beurteilt, Energie unter Stoßbelastung aufzunehmen. Der Probekörper, ein vertikaler Auslegerbalken, wird von einem schwingenden Pendel getroffen; die absorbierte Energie wird in Joule pro Einheitsdicke gemessen.
• Bruchdehnung (Elongation at Break) – Das Verhältnis der Endlänge zur ursprünglichen Länge nach dem Bruch. Sie gibt an, wie stark sich ein Material plastisch verformen kann, bevor es reißt.

Warum ASTM wichtig ist – Die American Society for Testing and Materials (ASTM) entwickelt freiwillige technische Standards, die weltweit anerkannt sind. Die Verwendung ASTM-zugelassener Prüfverfahren stellt sicher, dass die angegebenen Werte zuverlässig und lieferantenübergreifend vergleichbar sind.

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