Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Elektrochemische Messung: Korrosivität von Kunststoffschmelzen schnell bestimmen

22.09.2016

Verschleiß und Korrosion sind gravierende Vorkommnisse in der Kunststoffverarbeitung. Wer ein leistungsfähiges Compound entwickeln will, muss eine Vielzahl an Formulierungen durch Schmelzecompoundierung zubereiten und im Hinblick auf die gewünschten Eigenschaften testen. Analog stellt sich das Problem bei der Auswahl des Werkstoffes für ein Aggregat, mit dem eine korrosive Formulierung verarbeitet werden soll. Hierzu ist oft eine größere Zahl unterschiedlicher Legierungen zu prüfen. Wissenschaftler am Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF haben ein elektrochemisches Verfahren entwickelt, das mit geringen Materialmengen auskommt.

Am Fraunhofer LBF stehen nun zwei Methoden zur Prüfung der Korrosivität von Kunststoffformmassen oder der Korrosionsbeständigkeit von Stählen zur Verfügung: Neben dem neuen Verfahren der bereits etablierte Plättchentest. Den Einsatz beider Verfahren bietet das Institut als Dienstleistung an. Darüber hinaus können Kunden für die Nutzung des elektrochemischen Verfahrens eine Lizenz erhalten.


Schema der elektrochemischen Korrosionsmessung in der Kunststoffschmelze.

Grfik: Fraunhofer LBF


Messwerkzeug mit fünf Elektrodenpaaren an einem Einschneckenextruder. Die Pfeile markieren die Kontakte der Elektroden an der Oberseite des Schmelzekanals

Foto Fraunhofer LBF.

Abhängig von ihrer Zusammensetzung sind manche Polymerformulierungen extrem korrosiv gegenüber den Werkstoffen, aus denen beispielsweise Extrudergehäuse oder Schnecken gefertigt sind. Typisch hierfür sind beispielsweise bestimmte in den letzten Jahren entwickelte halogenfreie Flammschutzmittel auf Diethylphosphinatbasis. Die betreffenden Additive können dabei in der Schmelze direkt mit den Werkstoffen reagieren oder sie bilden durch thermische Zersetzung aggressive Chemikalien, wie anorganische Säuren. Auf der anderen Seite verhalten sich bestimmte Zusatzstoffe als Korrosionsschutzmittel. Allerdings können sie sich nachteilig auf die Zieleigenschaften auswirken.

Traditionelle Prüfung mit Nachteilen

Zur Bewertung von Verschleiß beziehungsweise Korrosion ist die DKI-Plättchenapparatur (Deutsches Kunststoff-Institut, jetziger Bereich Kunststoffe des Fraunhofer LBF) sehr gut etabliert. Nachteil dieser Methode ist der hohe handwerkliche Aufwand und der Materialbedarf: Pro Formulierung und Plättchenpaar werden meistens 5-30 Kilogramm Granulat benötigt. Formulierungen, die neue Chemikalien - typischerweise in Anteilen von einigen Prozenten - beinhalten, lassen sich mit der Plättchenapparatur kaum testen, wenn die neuen Substanzen zunächst nur in Gramm-Mengen zur Verfügung stehen.

Neue Screening-Methode entwickelt

Vor dem Hintergrund des hohen Materialbedarfs des Plättchentests haben Wissenschaftler des Fraunhofer LBF eine Screening-Methode entwickelt. Dieses patentierte Verfahren ermöglicht eine schnelle Aussage über die Korrosivität einer Formulierung beziehungsweise über die Beständigkeit von unterschiedlichen Legierungen gegenüber einer korrosiven Schmelze. Es sind nur rund 0,5 bis 1 Kilogramm an Formmasse erforderlich. Auf diese Weise können auch neue Rohstoffe oder Additive, die zunächst nur in geringen Mengen zur Verfügung stehen, getestet werden.

Die Methode beruht im Kern auf einer elektrochemischen Messung in der Kunststoffschmelze. Dazu stehen sich in einem Messwerkzeug mit rechteckigem Schmelzekanal zwei Elektroden gegenüber, von denen eine die Prüfelektrode darstellt, die andere die Gegenelektrode (Schema in Abb. 1). Die Prüfelektrode besteht aus einem Werkzeugstahl, die Gegenelektrode zum Beispiel aus einem Edelmetall. Beide Elektroden sind über ein Elektrometer verbunden. Der sich einstellende Kurzschlussstrom zwischen den Elektroden stellt ein Maß für die Korrosivität der Schmelze dar.

Für vergleichende Untersuchungen nimmt man bei der Plättchenapparatur häufig stellvertretend für verschiedene Werkzeugstähle einen wenig abrasions- und korrosionsbeständigen Stahl. Auch bei der neuen elektrochemischen Korrosionsmessung eignet sich so ein Stahl sehr gut als Sonde zur vergleichenden Ermittlung der Korrosivität von Compounds.

In Abb. 2 ist als Beispiel der Screening-Parameter „Korrosivität“ für unterschiedliche Polyamid/Glasfaser-Typen als Funktion der Abtragrate im Plättchenversuch aufgetragen. Es handelt sich dabei sowohl um am LBF hergestellte experimentelle Compounds von PA66/GF mit halogenfreien Flammschutzformulierungen als auch um typische flammgeschützte kommerzielle Polyamid/Glasfaser-Formmassen namhafter Hersteller. Vertreten sind neben PA66 auch Hochtemperaturpolyamide und ein PA6-Typ. Neben einem mit bromhaltigem Flammschutzmittel ausgerüsteten Hochtemperaturpolyamid sind alle übrigen Typen halogenfrei flammgeschützt. Die Korrelation ist sehr gut.

Um mehrere unterschiedliche Werkzeugstähle simultan mit derselben Schmelze testen zu können, wurde ein Messwerkzeug entwickelt, in dem entlang des Schmelzekanals fünf Elektrodenpaare angeordnet sind.

Über den Bereich Kunststoffe des Fraunhofer LBF

Mit dem Forschungsbereich Kunststoffe, hervorgegangen aus dem Deutschen Kunststoff-Institut DKI, begleitet und unterstützt das Fraunhofer LBF seine Kunden entlang der gesamten Wertschöpfungskette von der Polymersynthese über den Werkstoff, seine Verarbeitung und das Produktdesign bis hin zur Qualifizierung und Nachweisführung von komplexen sicherheitsrelevanten Leichtbausystemen. Der Forschungsbereich ist spezialisiert auf das Management kompletter Entwicklungsprozesse und berät seine Kunden in allen Entwicklungsstufen. Hochleistungsthermoplaste und Verbunde, Duromere, Duromer-Composites und Duromer-Verbunde sowie Thermoplastische Elastomere spielen eine zentrale Rolle. Der Bereich Kunststoffe ist ein ausgewiesenes Kompetenzzentrum für Additivierungs-, Formulierungs- und Hybrid-Fragestellungen. Umfassendes Know-how besteht in der Analyse und Charakterisierung von Kunststoffen und deren Veränderung während der Verarbeitung sowie in der Methodenentwicklung zeitaufgelöster Vorgänge bei Kunststoffen.

Auf der Messe K 2016 in Düsseldorf, 19.-26.10.2016, beteiligt sich das Fraunhofer LBF in Halle 7 am Fraunhofer-Stand SC01.

Weitere Informationen:

http://www.lbf.fraunhofer.de/kunststoffe

Anke Zeidler-Finsel | Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Verfahrenstechnologie:

nachricht Neues Verfahren bringt komplex geformte Verbundwerkstoffe in die Serie
23.01.2017 | Evonik Industries AG

nachricht Fraunhofer-Institute entwickeln zerstörungsfreie Qualitätsprüfung für Hybridgussbauteile
19.01.2017 | Fraunhofer IFAM

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Verfahrenstechnologie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Erstmalig quantenoptischer Sensor im Weltraum getestet – mit einem Lasersystem aus Berlin

An Bord einer Höhenforschungsrakete wurde erstmals im Weltraum eine Wolke ultrakalter Atome erzeugt. Damit gelang der MAIUS-Mission der Nachweis, dass quantenoptische Sensoren auch in rauen Umgebungen wie dem Weltraum eingesetzt werden können – eine Voraussetzung, um fundamentale Fragen der Wissenschaft beantworten zu können und ein Innovationstreiber für alltägliche Anwendungen.

Gemäß dem Einstein’schen Äquivalenzprinzip werden alle Körper, unabhängig von ihren sonstigen Eigenschaften, gleich stark durch die Gravitationskraft...

Im Focus: Quantum optical sensor for the first time tested in space – with a laser system from Berlin

For the first time ever, a cloud of ultra-cold atoms has been successfully created in space on board of a sounding rocket. The MAIUS mission demonstrates that quantum optical sensors can be operated even in harsh environments like space – a prerequi-site for finding answers to the most challenging questions of fundamental physics and an important innovation driver for everyday applications.

According to Albert Einstein's Equivalence Principle, all bodies are accelerated at the same rate by the Earth's gravity, regardless of their properties. This...

Im Focus: Mikrobe des Jahres 2017: Halobacterium salinarum - einzellige Urform des Sehens

Am 24. Januar 1917 stach Heinrich Klebahn mit einer Nadel in den verfärbten Belag eines gesalzenen Seefischs, übertrug ihn auf festen Nährboden – und entdeckte einige Wochen später rote Kolonien eines "Salzbakteriums". Heute heißt es Halobacterium salinarum und ist genau 100 Jahre später Mikrobe des Jahres 2017, gekürt von der Vereinigung für Allgemeine und Angewandte Mikrobiologie (VAAM). Halobacterium salinarum zählt zu den Archaeen, dem Reich von Mikroben, die zwar Bakterien ähneln, aber tatsächlich enger verwandt mit Pflanzen und Tieren sind.

Rot und salzig
Archaeen sind häufig an außergewöhnliche Lebensräume angepasst, beispielsweise heiße Quellen, extrem saure Gewässer oder – wie H. salinarum – an...

Im Focus: Innovatives Hochleistungsmaterial: Biofasern aus Florfliegenseide

Neuartige Biofasern aus einem Seidenprotein der Florfliege werden am Fraunhofer-Institut für Angewandte Polymerforschung IAP gemeinsam mit der Firma AMSilk GmbH entwickelt. Die Forscher arbeiten daran, das Protein in großen Mengen biotechnologisch herzustellen. Als hochgradig biegesteife Faser soll das Material künftig zum Beispiel in Leichtbaukunststoffen für die Verkehrstechnik eingesetzt werden. Im Bereich Medizintechnik sind beispielsweise biokompatible Seidenbeschichtungen von Implantaten denkbar. Ein erstes Materialmuster präsentiert das Fraunhofer IAP auf der Internationalen Grünen Woche in Berlin vom 20.1. bis 29.1.2017 in Halle 4.2 am Stand 212.

Zum Schutz des Nachwuchses vor bodennahen Fressfeinden lagern Florfliegen ihre Eier auf der Unterseite von Blättern ab – auf der Spitze von stabilen seidenen...

Im Focus: Verkehrsstau im Nichts

Konstanzer Physiker verbuchen neue Erfolge bei der Vermessung des Quanten-Vakuums

An der Universität Konstanz ist ein weiterer bedeutender Schritt hin zu einem völlig neuen experimentellen Zugang zur Quantenphysik gelungen. Das Team um Prof....

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Hybride Eisschutzsysteme – Lösungen für eine sichere und nachhaltige Luftfahrt

23.01.2017 | Veranstaltungen

Mittelstand 4.0 – Mehrwerte durch Digitalisierung: Hintergründe, Beispiele, Lösungen

20.01.2017 | Veranstaltungen

Nachhaltige Wassernutzung in der Landwirtschaft Osteuropas und Zentralasiens

19.01.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Erstmalig quantenoptischer Sensor im Weltraum getestet – mit einem Lasersystem aus Berlin

23.01.2017 | Physik Astronomie

Vom Feld in die Schule: Aktuelle Forschung zu moderner Landwirtschaft für den Unterricht

23.01.2017 | Bildung Wissenschaft

Hybride Eisschutzsysteme – Lösungen für eine sichere und nachhaltige Luftfahrt

23.01.2017 | Veranstaltungsnachrichten