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  • Präzise Beurteilung der Witterungsbeständigkeit

    Präzise Beurteilung der Witterungsbeständigkeit

    Künstliche Bewitterung von Folien und Papieren dem Q-UV-Gerät zur Überprüfung der Witterungsbeständigkeit.

    Die künstliche Bewitterung ist eine unverzichtbare Methode zur Bewertung der Langzeitbeständigkeit von Kunststoffen und zur Sicherstellung ihrer Witterungsbeständigkeit. Mithilfe moderner Prüfgeräte, wie dem Q-UV-Gerät, können Schäden durch UV-Strahlung und Feuchtigkeit gezielt simuliert werden. Durch normgerechte Verfahren nach DIN EN ISO 4892-3 und DIN EN 14932 lassen sich realistische Alterungsprozesse effizient nachbilden. Besonders für Anwendungen in Bau-, Automobil- und Agrarindustrie bietet diese Methode wesentliche Erkenntnisse. Die Ergebnisse unterstützen dabei maßgeblich Produktentwicklung und Qualitätssicherung.

    Die künstliche Bewitterung von Kunststoffen ist ein wesentlicher Bestandteil der Materialprüfung. Sie dient der Beurteilung der Langzeitbeständigkeit von Werkstoffen unter dem Einfluss von UV-Strahlung, Feuchtigkeit und Temperatur, wodurch ihre Witterungsbeständigkeit überprüft wird. Während Prüfverfahren mit Xenonbogenlampen ein breites Lichtspektrum nachbilden, ermöglichen UV-Leuchtstofflampen gezielte Untersuchungen im kurzwelligen UV-Bereich.

    Mit der Erweiterung um ein Q-UV-Gerät können nun normgerechte Prüfungen nach DIN EN ISO 4892-3 und DIN EN 14932 durchgeführt werden. Diese Normen legen Prüfverfahren für die künstliche Bewitterung von Kunststoffen mit UV-Strahlung und Feuchtigkeit fest. Das Verfahren ist insbesondere für Anwendungen relevant, bei denen Kunststoffe intensiver Sonneneinstrahlung ausgesetzt sind, wie z. B. im Bauwesen, in der Automobilindustrie oder insbesondere in der Landwirtschaft, um ihre Witterungsbeständigkeit zu testen.

    Das Q-UV-Prüfgerät simuliert die schädigende Wirkung von UV-Licht und Feuchtigkeit durch zyklische Belastung der Proben. Zum Einsatz kommen UV-Leuchtstofflampen, die in definierten Wellenlängenbereichen emittieren. Strahlung im UV-Bereich hat eine hohe Energiedichte und ist in der Lage, molekulare Bindungen in Kunststoffen aufzubrechen. Dieser Prozess führt zu Versprödung, Verfärbung oder Verlust der mechanischen Eigenschaften, die die Witterungsbeständigkeit beeinträchtigen.

    Zusätzlich zur UV-Bestrahlung wird die Materialprobe in periodischen Abständen Feuchtigkeit in Form von Kondenswasser oder Sprühnebel ausgesetzt. Diese zyklische Kombination von Strahlung und Feuchtigkeit ermöglicht eine realistische Alterungssimulation, die für verschiedene Materialklassen von hoher Relevanz ist, und ebenso die Witterungsbeständigkeit testet.

    Vorteile und Anwendungsbereiche 

    • Präzisere Alterungssimulation: Durch gezielte UV-Bestrahlung können spezifische Schadensmechanismen untersucht werden. 
    • Normgerechte Prüfverfahren: Erfüllung der Anforderungen gemäß DIN EN ISO 4892-3 und DIN EN 14932. 
    • Vergleichbarkeit mit natürlichen Bewitterungstests: Die künstliche Bewitterung ermöglicht eine beschleunigte Bewertung, deren Ergebnisse mit Freilandtests korreliert werden können. 
    • Breites Anwendungsspektrum: Die Methode ist für Kunststoffe, Lacke, Beschichtungen und andere polymere Werkstoffe geeignet. 

    Die Erweiterung der Prüfkapazitäten durch Q-UV ergänzt bestehende Methoden der künstlichen Bewitterung und ermöglicht eine detaillierte Bewertung der Materialalterung unter spezifischen Bedingungen. Diese Erkenntnisse sind sowohl für die Produktentwicklung als auch für die Qualitätssicherung in verschiedenen Industriezweigen von entscheidender Bedeutung, besonders für die Bewertung der Witterungsbeständigkeit.

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  • Präzise Materialanalyse von (Verbund-) Folien 

    Präzise Materialanalyse von (Verbund-) Folien 

    Dr. Daniel Wachtendorf 
     
    Die Materialcharakterisierung von Folien spielt eine entscheidende Rolle in der Forschung und Industrie, insbesondere bei der Entwicklung und Qualitätssicherung von Verpackungsmaterialien, technischen Folien und Verbundwerkstoffen. Um die Struktur, Zusammensetzung und thermischen Eigenschaften dieser Materialien genau zu analysieren, kommen verschiedene bewährte Verfahren zum Einsatz. 

    Die genaue Analyse von Verbundfolien ist essenziell, um deren Struktur und Eigenschaften zu verstehen. Sie wird häufig zur Klärung folgender Fragestellungen benötigt: 

    1. Materialinformation: Wie ist die Folie aufgebaut? Diese Frage ist besonders relevant, wenn das Material unbekannt ist – beispielsweise zur Beurteilung der Recyclingfähigkeit. 
    1. Verwechslung vermeiden: Entspricht die gelieferte Folie tatsächlich der bestellten Spezifikation? 
    1. Fehlersuche in der Rezeptur: Liegt eine Abweichung oder Verwechslung in der Zusammensetzung vor? 
    1. Wettbewerbsanalyse: Welche Folienvarianten existieren am Markt – auch von Mitbewerbern – für spezifische Anwendungen? 

    Der Innoform Testservice in Oldenburg bietet ein umfassendes Analysenpaket zur präzisen Bestimmung des Folienaufbaus und der Materialzusammensetzung. Dieses umfasst Mikrotomquerschnitte, DSC (Differential Scanning Calorimetry), Polarisationsthermomikroskopie und Infrarot-(IR)-Spektroskopie. Mit diesen Methoden lassen sich fundierte Erkenntnisse gewinnen, die für Qualitätssicherung, Produktentwicklung und Marktanalysen unverzichtbar sind. 

    Der erste Schritt zur Analyse 

    Beim Eingang der Kundenprobe wird zunächst ein schneller Mikrotomquerschnitt angefertigt. Dieser gibt eine erste Übersicht über die Komplexität der Probe und dient als Grundlage für die Planung weiterer Untersuchungen. Nach der Ermittlung des erforderlichen Analyseaufwands wird ein detaillierterer Mikrotomquerschnitt erstellt, der unter hoher Vergrößerung meist im Durchlicht betrachtet wird. Diese Methode erlaubt es, die Anzahl der Schichten, deren Dicken und grundlegenden Aufbau exakt zu bestimmen. 

    Der Mikrotomquerschnitt einer Folie 

    Die erstellten Bilder dienen nicht nur als Orientierung für weiterführende Analysen, sondern auch zur anschaulichen Visualisierung für den Auftraggeber. Moderne Mikroskope liefern dabei exzellente Ergebnisse und sind eine wesentliche Voraussetzung für die nachfolgende Materialcharakterisierung. Der Mikrotomquerschnitt bildet somit einen zentralen Bestandteil der Analyse und stellt zusammen mit der tabellarischen Ergebniszusammenfassung das Herzstück unserer Berichte dar. 

    Thermische Analyse 

    Der zweite Schritt ist die Differential Scanning Calorimetry (DSC), eine präzise Methode zur thermischen Analyse der Probe. Vor Beginn dieser Untersuchung müssen jedoch Halogene ausgeschlossen werden. Dies erfolgt mithilfe der Beilsteinprobe, einer einfachen chemischen Nachweismethode für Halogene wie PVC oder PVDC. Dabei wird ausgenutzt, dass Halogene in Gegenwart von Kupfer charakteristische grüne Flammenfärbungen erzeugen. Enthält die Folie Halogene, wird auf die DSC-Analyse verzichtet, da entstehende Gase den Sensor des Geräts beschädigen könnten. 

    Fällt die Beilsteinprobe negativ aus, wird ein Thermogramm der Probe erstellt. Dieses liefert wichtige thermische Parameter wie Schmelztemperaturen, Schmelzenthalpien (Energieaufnahme oder -abgabe) sowie Kristallinitäts- und Glasübergangstemperaturen. Obwohl die DSC keine schichtspezifischen Ergebnisse liefert, bietet sie einen umfassenden Überblick über die thermischen Eigenschaften der gesamten Probe. Besonders in Kombination mit der Heiztischmikroskopie lassen sich typische Werkstoffe wie Polyethylen (PE) präzise identifizieren. 

    Analyse des Schmelzverhaltens einzelner Schichten 

    Ein weiterer wichtiger Schritt der Materialcharakterisierung ist die Heiztischmikroskopie. Diese ermöglicht die detaillierte Untersuchung des Schmelzverhaltens einzelner Schichten von Verbundfolien. Nach der Anfertigung eines Mikrotomquerschnitts wird die Probe ohne Medium auf einem Glasträger im Durchlichtmikroskop positioniert. Dort wird sie schrittweise in einer Art „Miniofen“ erhitzt und kontinuierlich beobachtet. 

    Durch spezielle Polarisationsfilter entsteht ein Dunkelfeld, in dem teilkristalline Schichten als helle Bereiche sichtbar werden. Durch eine kontrollierte Temperaturerhöhung lassen sich die Schmelzbereiche exakt bestimmen. Beim Erreichen des Schmelzpunkts verschwindet die Doppelbrechung, wodurch die zuvor hellen Schichten dunkel erscheinen. Dieses Verfahren erlaubt es, die thermischen Eigenschaften einzelner Schichten genau zu bestimmen – auch bei eingefärbten Schichten, beispielsweise mit TiO₂, die eine besondere Herausforderung darstellen. 

    Chemische Analyse der Zusammensetzung 

    Zur Ergänzung der thermischen Analysen kommt die Infrarot-(IR)-Spektroskopie zum Einsatz. Diese Methode liefert detaillierte chemische Informationen über die Zusammensetzung der einzelnen Schichten. Zunächst werden die Außenschichten der Probe mittels ATR (abgeschwächte Totalreflexion)-Spektroskopie untersucht. Anschließend wird ein Mikrotomquerschnitt erstellt, der in einem speziell entwickelten Edelstahlhalter für Durchlichtmessungen positioniert wird. 

    Mithilfe eines Infrarot-Spektrometers können Spektren der einzelnen Schichten aufgenommen und mit Referenzspektren verglichen werden. Diese Untersuchung ergänzt die thermischen Analysen und dient als zweite Verifizierung der Ergebnisse. 

    Auch die Zwischenschichten einer Probe können mithilfe des IR-Mikroskops können analysiert werden, so dass sich ein vollständiger und detaillierter Aufbau der Verbundfolie ergibt. 

    Zusammenfassung der Untersuchungsergebnisse einer Folie

    Fazit: Umfassende Charakterisierung durch kombinierte Analysen 

    Durch die Kombination mechanischer, thermischer und chemischer Analysen bietet das Analysenpaket von Innoform Testservice eine Möglichkeit, Folien detailliert zu charakterisieren. Vom ersten Mikrotomquerschnitt bis hin zur abschließenden IR-Spektroskopie entsteht ein umfassendes Bild der Materialstruktur und Zusammensetzung. Diese präzise Vorgehensweise liefert nicht nur wertvolle Erkenntnisse für technische und industrielle Anwendungen, sondern setzt auch einen hohen Standard in der modernen Foliencharakterisierung.