Materialdatenblätter meistern für intelligente Materialauswahl

Recherche ist ein unvermeidlicher Teil des Materialauswahlprozesses – um herauszufinden, ob ein bestimmtes Material für Ihre Anwendung geeignet ist, müssen Sie Ihre Sorgfaltspflicht erfüllen. Allgemeine Materialbeschreibungen können Ihnen genug Informationen geben, um Sie in die richtige Richtung zu lenken, wie ob ein bestimmter Kunststoff für Meeresanwendungen geeignet ist oder ob ein Metall anfällig für Korrosion ist. Um ein tiefes Verständnis eines bestimmten Materials zu erlangen, müssen Sie sein Datenblatt betrachten.

Materialdatenblätter beschreiben verschiedene Materialien anhand ihrer Eigenschaften und sind ein unglaublich nützliches Werkzeug für Produktteams. Sie können jedoch verwirrend sein, wenn Sie keinen ingenieurtechnischen oder technischen Hintergrund haben. Dieser Artikel hilft Ihnen, Materialdatenblätter zu entschlüsseln, damit Sie fundierte Entscheidungen bei der Materialauswahl treffen können.

Bevor wir in die verschiedenen Kunststoffeigenschaften eintauchen, die Sie auf einem Materialdatenblatt finden können, ist es wichtig zu verstehen, dass die auf einem Datenblatt angegebenen Materialeigenschaften etwas davon abhängen, wie das Material getestet wird. Aus diesem Grund gibt es normalerweise Standards, die Testbedingungen beschreiben – wie ASTM-Standards – auf einem technischen Datenblatt. Hier ist alles, was Sie wissen müssen.

Zugeigenschaften

Zugeigenschaften, die am häufigsten gemeldeten mechanischen Materialeigenschaften, geben an, wie sich ein Material verhält, wenn es Zuglasten, -kräften und -spannungen ausgesetzt ist. Einige Zugmessungen umfassen:

• Zugfestigkeit (Ultimate Tensile Strength) – Wie viel Spannung ein Material aushalten kann, ab der ein Bruch unvermeidlich ist. Die Zugfestigkeit wird normalerweise in psi oder MPa angegeben, was im Wesentlichen eine Kraft pro Flächeneinheit ist.
• Streckfestigkeit (Tensile Strength at Yield / Yield Strength) – Wie viel Spannung ein Material aufnehmen kann, bevor irreparable, dauerhafte Verformung eintritt. Die Streckfestigkeit wird normalerweise in psi oder MPa angegeben.
• Zugdehnung bei Streckgrenze – Wie viel sich ein Material dehnen kann, bevor irreparable Verformung eintritt („Dehnbarkeit“). Die Zugdehnung bei Streckgrenze wird normalerweise als prozentuale Längenzunahme angegeben.
• Elastizitätsmodul (Modulus of Elasticity) – Wie stark sich ein Material unter Spannung verformt („Steifigkeit“). Der Elastizitätsmodul wird normalerweise in psi oder MPa angegeben.

Es ist üblich, Zugversuche zu verwenden, um die mechanischen Eigenschaften eines Materials zu bestimmen. Zugversuche sind darauf ausgelegt, herauszufinden, wie stark ein Material ist, wie steif es ist und wie viel es sich dehnen oder strecken kann. Der Test ist einfach – eine der Spannbacken zieht am Material, bis es bricht.

Die aufgebrachte Kraft wird während eines Zugversuchs gemessen, dann durch die Querschnittsfläche der Testprobe geteilt, um „Spannung“ zu messen. Längenänderung oder „Dehnung“ wird ebenfalls gemessen. Spannung und Dehnung werden dann geplottet, um die Beziehung zwischen ihnen zu verstehen, aus der viele mechanische Eigenschaften bestimmt werden können.

Biegeeigenschaften

Biegeeigenschaften, ein weiterer häufig gemeldeter Typ mechanischer Materialeigenschaften, geben an, wie sich ein Material verhält, wenn es Biegelasten, -kräften und -spannungen ausgesetzt ist. Während einige Objekte erhöhte Biegeeigenschaften für den Einsatz in strukturellen Stützen benötigen, brauchen andere Komponenten mehr Flexibilität, um Schäden zu vermeiden. Es gibt zwei bestimmte Biegeeigenschaften, die Sie normalerweise auf einem technischen Datenblatt finden:

• Biegefestigkeit (Flexural Strength) – Wie viel Spannung ein Material aushalten kann, bevor es dauerhaft biegt
• Biegemodul (Flexural Modulus) – Die Tendenz eines Materials, Biegung zu widerstehen, dargestellt durch ein Spannungs-Dehnungs-Verhältnis

Normalerweise wird ein Dreipunkt-Biegeversuch verwendet, um Biegefestigkeit und Biegemodul zu bestimmen. Dabei wird ein Stab des Materials auf zwei Auflagen gelegt, dann wird Druck mit einer hydraulischen Presse auf die Mitte des Stabes ausgeübt. Es ist üblich, dass die Biegefestigkeit eines Materials höher ist als seine Zugfestigkeit. Gefüllte oder verstärkte Polymere wie Polyamide und Acetale weisen erhöhte Biegeeigenschaften auf, während flexible Materialien wie Elastomere normalerweise niedrigere Biegefestigkeit und -modul haben.

Schlageigenschaften

Schlageigenschaften beziehen sich darauf, wie viel Schlag ein Material aushalten kann, was im Wesentlichen bedeutet, wie viel Energie es absorbieren kann, ohne zu brechen. Die gängigste Methode, um Schlageigenschaften in Nordamerika zu testen, ist das IZOD-Schlagversuchssystem. Um die Schlagfestigkeit zu testen, wird eine Materialprobe in einer Spannvorrichtung gesichert. Ein schwerer Pendelarm wird angehoben, dann schwingt er nach unten und trifft die Materialprobe.

Es gibt zwei Arten von Schlagfestigkeitstests – gekerbte und ungekerbte Tests. Beim gekerbten Schlagversuch schlägt der Arm auf eine gekerbte Oberfläche, während bei ungekerbten Tests der Arm auf eine flache Oberfläche schwingt. Gekerbte Tests tendieren dazu, realistischere Ergebnisse zu liefern und sind daher beliebter als ungekerbte Tests.

Die individuellen Qualitäten eines Materials beeinflussen seine Schlageigenschaften. Im Allgemeinen ergeben gummiartige Materialien bessere Schlagfestigkeit aufgrund ihrer hohen Dehnung bei Bruch. Langkettenverzweigungen und größere kristalline Strukturen können auch die Schlageigenschaften eines Kunststoffs erhöhen.

Härte

Die Härte eines Materials bestimmt, wie gut es Verformung durch lokale Abrasion oder Eindrückung widerstehen kann. Da der Härtebereich enorm ist und von superweichen bis unglaublich harten Materialien reicht, gibt es verschiedene Skalen zur Messung und Bestimmung der Materialhärte. Die zwei gängigsten Materialhärtenskalen sind:

• Rockwell-Skala, verwendet für die Messung harter Materialien wie Metalle oder Edelsteine.
• Shore-Skala, die zur Messung der Härte von Polymeren verwendet wird. Die Shore-Skala kann weichere Materialien wie Gele und Kautschuke sowie härtere Materialien wie Nylon und Polypropylen messen.

Während eines Härtetests drückt ein kleiner kugel- oder kegelförmiger Stift mit einer spezifischen Kraft in eine Materialprobe, und wie tief der Stift in das Material eindringt, bestimmt dessen Härte.

Thermische Eigenschaften

Die thermischen Eigenschaften eines Materials geben an, wie es auf Temperatur reagiert. Hier sind die Kernthermieeigenschaften eines Materials:

• Dauereinsatztemperatur (Continuous Service Temperature) – Gibt die Temperatur an, oberhalb derer mechanische Eigenschaften stark abnehmen
• Wärmeformbeständigkeitstemperatur (Heat Deflection Temperature) – Misst die Steifigkeit eines Materials bei steigenden Temperaturen
• Linearer thermischer Ausdehnungskoeffizient (CLTE) – Beschreibt die Neigung eines Materials, die Größe aufgrund einer Temperaturänderung zu ändern
• Wärmeleitfähigkeit (Thermal Conductivity) – Beschreibt, wie stark ein Material in der Temperatur ansteigt in Bezug auf die ihm zugeführte Energiemenge

Tests für thermische Eigenschaften sind unkompliziert, außer bei der Bestimmung der Glasübergangstemperatur eines Materials. Nur amorphe Materialien ohne kristalline Strukturen, wie Polycarbonat und Polystyrol, haben eine Glasübergangstemperatur. Diese, gemessen in Tg, bestimmt die Hitze, bei der ein Material gummiartig wird.

Materialdatenblatt-Entschlüsselung mit Fast Radius

Ein Materialdatenblatt zu lesen, ist ein ausgezeichneter Weg, um mehr über potenzielle Materialien für ein anstehendes Projekt zu erfahren. Wie Sie in diesem Artikel sehen können, kann ein technisches Datenblatt jedoch herausfordernd zu verstehen sein. Zudem ist es kein Ersatz für Expertenrat.

Ein erfahrener Fertigungspartner wie Fast Radius kann Sie durch den Materialauswahlprozess führen und komplexe Materialdatenblätter entmystifizieren. Fast Radius Teammitglieder verfügen über umfangreiches Branchenwissen und Erfahrung, und wir werden diese Expertise nutzen, um sicherzustellen, dass Sie das richtige Material für Ihre Anwendung wählen. Wenn Sie bereit sind, Ihr nächstes Projekt zu starten, kontaktieren Sie uns heute.

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