Materialdatenblätter entschlüsseln

Die Recherche ist ein unvermeidlicher Teil des Materialauswahlprozesses – um herauszufinden, ob ein bestimmtes Material für Ihre Anwendung geeignet ist oder nicht, müssen Sie Ihre Sorgfalt walten lassen. Allgemeine Materialbeschreibungen können Ihnen genügend Informationen geben, um Sie in die richtige Richtung zu weisen, z. B. ob ein bestimmter Kunststoff für Schiffsanwendungen geeignet ist oder ob ein Metall korrosionsanfällig ist. Um ein tiefes Verständnis für ein bestimmtes Material zu erlangen, müssen Sie sich dessen Datenblatt ansehen.

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

Bevor wir uns mit den verschiedenen Eigenschaften von Kunststoffmaterialien befassen, die Sie auf einem Materialdatenblatt finden können, ist es wichtig zu verstehen, dass die angegebenen Materialblatteigenschaften etwas davon abhängen, wie das Material getestet wird. Aus diesem Grund gibt es in der Regel Standards, die Testbedingungen – wie ASTM-Standards – auf einem technischen Datenblatt beschreiben. Hier ist alles, was Sie wissen müssen.

Zugeigenschaften

Zugeigenschaften, die am häufigsten angegebenen mechanischen Materialeigenschaften, geben an, wie sich ein Material verhält, wenn es Zuglasten, Kräften und Spannungen ausgesetzt wird. Einige Zugmessungen beinhalten:

• Ultimative Zugfestigkeit — Wie viel Belastung 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.

• Zugfestigkeit bei Streckgrenze oder Streckgrenze — Wie viel Spannung ein Material aushalten kann, bevor es zu einer irreparablen, bleibenden Verformung kommt. Die Streckgrenze wird normalerweise in psi oder MPa angegeben.

• Zugdehnung bei Streckung — Wie stark sich ein Material dehnen kann, bevor es irreparabel verformt wird („Dehnbarkeit“). Die Zugdehnung bei Streckgrenze wird normalerweise als prozentuale Längenzunahme angegeben.

• Elastizitätsmodul — Wie stark sich ein Material unter Belastung verformt („Steifigkeit“). Der Elastizitätsmodul wird normalerweise in psi oder MPa angegeben.

Es ist üblich, Spannung durch Zugversuche zu verwenden, um die mechanischen Eigenschaften eines Materials zu bestimmen. Zugversuche sollen herausfinden, wie stark ein Material ist, wie steif es ist und wie stark es sich dehnen oder dehnen kann. Der Test ist einfach – eine der Klemmen zieht an dem Material, bis es bricht.

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

Biegeeigenschaften

Biegeeigenschaften, ein weiterer häufig genannter Typ mechanischer Materialeigenschaften, geben an, wie sich ein Material verhält, wenn es Biegebelastungen, Kräften und Belastungen ausgesetzt ist. Während einige Objekte verbesserte Biegeeigenschaften für die Verwendung in strukturellen Stützen erfordern, benötigen andere Komponenten mehr Flexibilität, um Beschädigungen zu vermeiden. Es gibt zwei besondere Biegeeigenschaften, die Sie normalerweise auf einem technischen Datenblatt finden:

• Biegefestigkeit — Wie viel Spannung ein Material aushalten kann, bevor es sich dauerhaft verbiegt

• Biegemodul — Die Tendenz eines Materials, einer Biegung zu widerstehen, dargestellt durch das Spannungs-Dehnungs-Verhältnis

Üblicherweise wird eine Dreipunkt-Biegefestigkeitsprüfung zur Bestimmung der Biegefestigkeit und des Biegemoduls verwendet. Dabei wird eine Stange des Materials über zwei Stützen gelegt und dann mit einer hydraulischen Kopfpresse Druck auf die Mitte der Stange ausgeübt. Es ist üblich, dass die Biegefestigkeit eines Materials höher ist als seine Zugfestigkeit. Gefüllte oder verstärkte Polymere wie Polyamide und Acetale weisen verbesserte Biegeeigenschaften auf, während flexible Materialien wie Elastomere normalerweise eine geringere Biegefestigkeit und einen niedrigeren Modul aufweisen.

Schlageigenschaften

Aufpralleigenschaften beziehen sich darauf, wie viel Aufprall ein Material aushalten kann, was im Wesentlichen bedeutet, wie viel Energie es absorbieren kann, ohne zu brechen. Die gebräuchlichste Methode zum Testen der Schlageigenschaften in Nordamerika ist die Verwendung des IZOD-Schlagprüfsystems. Zur Prüfung der Schlagfestigkeit wird eine Materialprobe in einer Klemme befestigt. Ein schwerer Pendelarm wird angehoben, schwingt dann nach unten und schlägt auf die Materialprobe.

Es gibt zwei Arten von Schlagzähigkeitsprüfungen – Kerbschlagprüfungen und ungekerbte Prüfungen. Bei der Kerbschlagprüfung wird der Arm gegen eine gekerbte Oberfläche geschlagen, während bei ungekerbten Prüfungen der Arm auf eine flache Oberfläche schwingt. Gekerbte Tests liefern in der Regel realistischere Ergebnisse und sind daher beliebter als ungekerbte Tests.

Die individuellen Eigenschaften eines Materials beeinflussen seine Schlageigenschaften. Im Allgemeinen weisen gummiartige Materialien aufgrund ihrer hohen Bruchdehnung eine bessere Schlagzähigkeit auf. Auch langkettige Verzweigungen und größere kristalline Strukturen können die Schlagzähigkeit eines Kunststoffs erhöhen.

Härte

Die Härte eines Materials bestimmt, wie gut es Verformungen widerstehen kann, die durch lokalisierten Abrieb oder Einkerbungen verursacht werden. Da die Bandbreite der Härte enorm ist und von superweichen bis unglaublich harten Materialien reicht, gibt es verschiedene Skalen, mit denen die Materialhärte gemessen und bestimmt werden kann. Die zwei gebräuchlichsten Materialhärteskalen sind:

• Rockwell-Skala , zum Messen von harten Materialien wie Metallen oder Edelsteinen.

• Küstenwaage , mit dem die Härte von Polymeren gemessen wird. Die Shore-Skala kann weichere Materialien wie Gele und Gummi sowie starrere Materialien wie Nylon und Polypropylen messen.

Bei einer Härteprüfung drückt ein kleiner Stäbchen mit Kugel- oder Kegelende mit einer bestimmten Kraft in eine Materialprobe, und wie stark sich das Stäbchen in das Material eindrückt, bestimmt seine Härte.

Thermische Eigenschaften

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

• Dauerbetriebstemperatur — Gibt die Temperatur an, oberhalb derer die mechanischen Eigenschaften stark abnehmen

• Wärmeformbeständigkeit — Misst die Steifigkeit eines Materials bei steigenden Temperaturen

• Koeffizient der linearen Wärmeausdehnung (CLTE) — Beschreibt die Neigung eines Materials, seine Größe aufgrund einer Temperaturänderung zu ändern

• Wärmeleitfähigkeit — Beschreibt, wie stark sich die Temperatur eines Materials in Bezug auf die ihm zugeführte Energiemenge erhöht

Das Testen der thermischen Eigenschaften ist einfach, außer wenn es darum geht, die Glasübergangstemperatur eines Materials zu bestimmen. Nur amorphe Materialien ohne kristalline Strukturen wie Polycarbonat und Polystyrol haben eine Glasübergangstemperatur. Diese, gemessen in Tg, bestimmt die Wärme, bei der ein Material gummiartig wird.

Materialdatenblatt-Decodierung mit Fast Radius

Das Lesen eines Materialdatenblatts ist eine hervorragende Möglichkeit, mehr über potenzielle Materialien für ein bevorstehendes Projekt zu erfahren. Wie Sie jedoch in diesem Artikel sehen können, kann es schwierig sein, ein technisches Datenblatt zu verstehen. Außerdem ersetzt es keine fachkundige Beratung.

Ein erfahrener Fertigungspartner wie Fast Radius kann Sie durch den Materialauswahlprozess führen und komplexe Materialdatenblätter entmystifizieren. Die Mitglieder des Fast Radius-Teams verfügen über umfangreiche Branchenkenntnisse und Erfahrung, und wir nutzen dieses Fachwissen, um sicherzustellen, dass Sie das richtige Material für Ihre Anwendung auswählen. Wenn Sie bereit sind, Ihr nächstes Projekt zu starten, kontaktieren Sie uns noch heute.

Weitere Anleitungen zur Materialherstellung, einschließlich der Auswahl des richtigen Materials für Spritzguss, Urethanguss oder CNC-Bearbeitung, finden Sie im Ressourcenzentrum von Fast Radius.

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