Strukturverhalten

Es gibt kaum eine Verwendung von Werkstoffen, bei der vom Werkstoff lediglich seine Eigenschaft der Raumausfüllung verlangt wird. Meist muss er Anforderungen mechanischer, physikalischer, elektrischer oder chemischer Art genügen. Dies bedeutet, dass man bei der Konzeption eines Teiles eine Werkstoffauswahl treffen muss, die sich nicht nur nach rein wirtschaftlichen Gesichtspunkten richten kann, sondern auch die Kenntnis vom Eigenschaftsbild des Werkstoffs erfordert. Die Eigenschaftswerte der Kunststoffe werden zum größten Teil durch den Rohstoff-Lieferanten ermittelt und weitergegeben. Obwohl auf diesem Gebiet viel geleistet wurde und ein großes Wissen vorliegt, ist es für den Anwender der Kunststoffe oft schwierig, die für ihn wichtigen Daten unter den komplexen Bedingungen zu erhalten und dann entsprechend seinen Anforderungen zu bewerten.

Voraussetzung für die Anwendung von Kunststoffen ist das Erreichen einer ausreichenden Gebrauchstauglichkeit, d. h. eine Funktionstauglichkeit über den vorgesehen Einsatzzeitraum. Dazu ist es notwendig, dass die Formmassenqualität und die Formstoffeigenschaften sowie die Prozessparameter bei den Herstellungs- und den Verarbeitungsprozessen ausreichend bekannt, optimiert sind und eingehalten werden. Daten für die Werkstoffbeurteilung auf allen Ebenen des Weges von der ersten Synthese eines Polymeren bis zur Formteilprüfung und Praxiserprobung.

Die an Flüssigkeiten messbare Oberflächenspannung gegen den eigenen Dampf oder eine sonstige Gasphase, ist die auf die Oberfläche bezogene freie Enthalpie bzw. freie Energie der Oberfläche. An festen Oberflächen ist die Oberflächenspannung so nicht messbar, obwohl sie naturgemäß auch zu einer geringen Verformung z. B. von Kristallgittern führen muss. Freie Energie und freie Enthalpie der Oberfläche sind gleich, da eine Volumenänderung der kondensierten Phase mit der Änderung ihrer freien Oberfläche nicht messbar, und sicher zu vernachlässigen, ist.

Während Neumann die Unterteilung der Oberflächenspannungswerte der untersuchten Werkstoffe in polare und dispersive Anteile nicht für sinnvoll hält, werden sie von Wu, Wendt und Owens durchaus getrennt gemessen und am Beispiel eines PTB’s als Summe zusammengefasst σ = σ^d + σ^p, Tabelle 3.24 in Kapitel 3. Auf gleiche Weise für PA6 und PC, Klebstoff und Bestückelemente, unbehandelt und plasmabehandelt abgeleitete Grenzflächenspannungen und Adhäsionsarbeiten sind in Tabelle 4.1 und Tabelle 4.2 zusammengestellt. Die Grundbeziehung zwischen der Oberflächenspannung des Substrats σ_s und der adhäsiv benetzenden Komponente σ_l mit dem cos des sich bildenden Randwinkel δ mit der Grenzflächenspannung γ_sl zwischen Substrat und Benetzung verzichtet ebenfalls auf die Trennung in polare und dispersive Anteile. Diese Beziehung wird als Young’sche Gleichung bezeichnet und ist die Basis für die Auswertung von Benetzungen.

Die wenigen statistisch gesicherten Analysen weisen schon darauf hin, dass die Spannungsrissbildung der größte Schadensverursacher bei Kunststoffteilen im Gebrauch ist. Um die Rentabilität zu steigern, versuchen Verarbeiter sehr häufig die Produktion zu beschleunigen. Das geht oft einher mit höherer Belastung (Druck und Temperatur) des Materials, gekennzeichnet durch Reduzierung des Molekulargewichts (fließt schneller) und schnelleres Füllen des Werkzeugs (stärkere Orientierung der Makromoleküle). Äußerlich sieht man nichts. Vorausgesetzt man hat den richtigen Kunststofftyp ausgewählt, wovon man ausgehen kann, so führen diese nicht so einfach definierbaren Fehlbehandlungen besonders häufig zur Spannungsrissempfindlichkeit.