Wärmeformbeständigkeitstemperatur (HDT):Definition, Bedeutung und Einflussfaktoren

Bei der Auswahl eines Fertigungsmaterials, insbesondere Kunststoff, bietet Ihnen das technische Datenblatt eine Reihe nützlicher Informationen, die Ihnen bei der Auswahl helfen. Die Wärmeformbeständigkeitstemperatur (HDT) ist ein solcher Leckerbissen, und es ist wichtig zu wissen, ob Ihr Produkt seine Form und Größe unter Druck behalten muss.

Was ist die Wärmeformbeständigkeitstemperatur?

Der HDT eines Materials ist die Temperatur, bei der es sich zu verformen beginnt, wenn es bei hoher Hitze einer bestimmten Belastung ausgesetzt wird. Es misst die Fähigkeit des Kunststoffs, unter diesen Umständen steif oder starr zu bleiben. Kunststoffe mit hohem HDT bleiben bei höheren Temperaturen steifer, Kunststoffe mit niedrigem HDT dagegen nicht so sehr. Und ja, das ist nur für Polymere und Kunststoffe relevant, daher müssen Metalle dies auslassen (sie haben ihre eigenen Versionen, wie Warmhärte- und Kriechtests).

HDT ist in vielen Branchen wertvoll (eigentlich ein Muss) für die Entwicklung, das Design und die Herstellung von Kunststoffprodukten (oder solchen mit Teilen aus Kunststoff), darunter:

• Verpackung
• Luft- und Raumfahrt
• Automobil
• Elektronisch
• Medizin
• Konsumgüter
• Bauindustrie
• Spritzguss

Beim Verpacken werden Behälter im Lebensmittelgeschäft, bei der Post und sogar zu Hause gestapelt und gequetscht – und manchmal auch Hitze –, aber sie können sich unter Druck nicht verformen. Das Gleiche gilt für Fahrzeugteile wie Armaturenbretter. Ein Auto steht oft stundenlang im direkten Sonnenlicht, aber es wäre eine totale Katastrophe, wenn das Armaturenbrett einsinke, wenn Sie Ihre Tasche oder Ihr Telefon darauf legen. Beim Spritzgießen ist die HDT eines Materials einer der Faktoren, die die Prozesszykluszeit bestimmen. Es ist auch ein entscheidender Faktor, ob ein Kunststoff für den Einsatz als Strukturbauteil geeignet ist oder nicht, da diese verständlicherweise einen ziemlich harten Job haben.

Welche Bedeutung hat die Wärmeformbeständigkeitstemperatur (HDT)?

HDT ist ein hilfreiches Messgerät zur Bestimmung der Temperatur, bei der ein Material nicht für strukturelle Anwendungen verwendet werden kann. Mit diesem Wert können Materialien miteinander verglichen werden. Es hilft auch dabei, anzuzeigen, wie sich ein geformtes Kunststoffteil verhält, wenn es mechanischer Belastung ausgesetzt und Hitze ausgesetzt wird. HDT ist eine wichtige Eigenschaft in der Spritzgussindustrie. Es kann Aufschluss über die Formbarkeit des Polymers geben. 

Die Auswurfphase eines jeden Spritzgussprozesses belastet das frisch geformte Objekt. Das Material muss steif genug sein, damit die Auswerferstifte es ordnungsgemäß aus der Form drücken können. Der relative Unterschied zwischen den HDT-Werten zweier Materialien kann Ihnen bei der Entscheidung über die richtige Abkühlrate und -temperatur helfen. Die Auswerferstifte versinken im weichen, flexiblen Kunststoff, der sich immer noch über seinem HDT befindet. Unterhalb dieser Temperatur wird es jedoch hart und lässt sich leichter aus der Form drücken. Ein höherer HDT ermöglicht einen schnelleren Formprozess.  

Die Wärmeformbeständigkeit (HDT) ist eine kritische Eigenschaft für 3D-Druckmaterialien, insbesondere bei der Verwendung von Fused Deposition Modeling (FDM) und Polyjet-Geräten. Dies ist ein wichtiger Gesichtspunkt, da das Material erhitzt und geschmolzen wird, um ein 3D-Objekt zu erzeugen. Beim Druckvorgang wird das Material hohen Temperaturen ausgesetzt. Es muss seine Form und strukturelle Integrität beibehalten, damit das Endprodukt langlebig ist und gut aussieht. 

Verschiedene 3D-Druckmaterialien haben unterschiedliche HDT-Werte. Ihre Materialauswahl hängt von der spezifischen Anwendung und den Betriebsbedingungen ab. Wenn beispielsweise ein 3D-gedrucktes Teil in Hochtemperaturumgebungen verwendet wird, muss es einen hohen HDT-Wert aufweisen, um seine Form und Eigenschaften beizubehalten.

Weitere Informationen finden Sie in unserem Leitfaden zur Funktionsweise des 3D-Drucks.

Wie misst man die Wärmeformbeständigkeitstemperatur (HDT)?

Um die HDT eines Materials zu ermitteln, benötigen wir Heiz-, Belastungs- und Messsysteme – die alle von der HDT-Testausrüstung/-apparatur bereitgestellt werden (siehe Abbildung unten). Das Standardmesssystem für HDT ist die American Society for Testing and Materials (ASTM) D 648 – vergleichbar mit der internationalen Norm ISO 75.

Der HDT-Messvorgang besteht aus den folgenden 4 Schritten:

1. Die Probe wird vorbereitet und in einer Dreipunkt-Biegekonfiguration auf die Maschine geladen, d. h. sie wird an ihren beiden Enden abgestützt, sodass in der Mitte Druck ausgeübt werden kann.
2. Auf die Mitte wird eine konstante Biegespannung (entweder 0,46 oder 1,8 MPa, je nachdem, was Sie testen) ausgeübt.
3. Als Wärmeträger wird ein Mineral- oder Silikonöl verwendet, das den Kunststoff nicht angreift, und dessen Temperatur wird schrittweise mit einer kontrollierten Geschwindigkeit von 2 °C/Minute (±0,2 °C/Minute) erhöht.
4. Die Probe wird in allen Phasen und Temperaturen überwacht, und wenn sie sich um 0,25 mm verformt, haben wir den HDT.