Kratzfest und kostengünstig - Wacker Chemie AG


Kratzfest und kostengünstig

Petra Stinglhammer aus dem anwendungstechnischen Labor unterzieht mit GENIOPLAST® Pellet S veredelte Kunststoffe einem Kratzfestigkeitstest.

Hoher Wirkstoffgehalt

Es gelang, den Wirkstoff zu einem granulierten Produkt zu formulieren. Das erhaltene Additiv liegt in Form von kleinen zylindrischen Pellets vor, die sich ohne Schwierigkeiten in die Kunststoffmischung einarbeiten lassen. Eine pyrogene Kieselsäure dient in den Pellets als Trägermaterial für den Siliconwirkstoff, der 70 Prozent des Pelletgewichts ausmacht. Dieser hohe Wirkstoffgehalt macht das Additiv effizient.

Für Anwendungstechniker Geck trägt das Trägermaterial entscheidend zu den vorteilhaften Eigenschaften des Additivs bei: „Erstens ist die pyrogene Kieselsäure für die feste Konsistenz des Additivs verantwortlich. Weil sie zweitens mit allen thermoplastischen Kunststoffen verträglich ist, benötigt der Compoundierer nur noch ein einziges Siliconadditiv, um unterschiedliche thermoplastische Kunststoffe zu optimieren – ein großer Vorteil gegenüber den Silicon-Masterbatches. Drittens verankert die Kieselsäure den Wirkstoff fest in der Kunststoffmatrix.“ Der Siliconwirkstoff hat also keine Chance, aus dem modifizierten Kunststoff herauszuwandern.

Nach der Herstellung der ersten Proben des Additivs begannen die anwendungstechnischen Prüfungen. Hier mussten die Silicon-Pellets ihre Wirksamkeit und Praxistauglichkeit anhand von talkgefüllten Polypropylen- Mischungen beweisen und sich dem Vergleich mit marktgängigen Konkurrenzprodukten stellen. Auch hinsichtlich etwaiger Nebenwirkungen wurden etliche Tests durchgeführt. Als Vergleichsprodukte zog Geck ein organisches Additiv und zwei siliconbasierte Wettbewerbsprodukte heran.

Für die Untersuchungen standen nicht nur die anwendungstechnischen Labors zur Verfügung, sondern auch das Polymertechnikum von WACKER (siehe Kasten S. 2). „Das gab uns die Möglichkeit, die zu prüfenden Kunststoffmischungen selbst herzustellen – und zwar genau so, wie es auch ein Compoundierer macht – und sie auf einer Spritzgießmaschine weiterzuverarbeiten. Auch die Prüfplatten, die wir für unsere Untersuchungen benötigten, haben wir auf diese Weise hergestellt“, berichtet Dr. Geck. Basis war eine typische talkgefüllte Polypropylen-Formulierung, der die zu testenden Additive in unterschiedlichen Einsatzmengen zugesetzt wurden. Die Oberflächenqualität der Prüfplatten wurde nach Industriestandards, vor allem nach den Vorschriften der Automobilhersteller, geprüft und bewertet.

Ritzhärteprüfgerät

Weit verbreitet ist das Ritzhärteprüfgerät 430 P-I der Firma Erichsen. Dieses vielseitig nutzbare Prüfgerät erzeugt geradlinige, parallel verlaufende Schnitte in Kunststoff- und Lack-Oberflächen. Dabei wird ein Werkzeug mit einer genau einstellbaren Kraft über die Oberfläche, etwa über die Prüfplatte aus dem zu untersuchenden Kunststoff, geführt. Die Prüfplatte wird in das Gerät eingespannt, ein geeignetes Werkzeug – zum Beispiel eine Prüfnadel oder eine Prüfscheibe – ausgewählt und die Kraft eingestellt. Das Gerät kann mehrere unterschiedliche Prüfprogramme fahren.

Beim Kratztest wird eine Prüfnadel als Werkzeug verwendet. Indem die Prüfplatte nach einem Durchlauf um 90 Grad gedreht und erneut eingespannt wird, entsteht ein Kreuzgitter-Muster aus hellen Kratzspuren. Anschließend werden die Kratzspuren näher untersucht. Routinemäßig wird der Helligkeitsunterschied zwischen den unbeschädigten dunklen Stellen und den beschädigten hellen Stellen mit einem Farb- und Glanzmessgerät gemessen. Je heller dabei die Kratzer im Vergleich zur unbeschädigten Oberfläche sind, desto kratzempfindlicher ist die geprüfte Oberfläche. Für eingehende Prüfungen können die Kratzer zusätzlich noch mikroskopisch untersucht werden, um beispielsweise die Konturen der Kratzer, ihre Tiefe und die Rauigkeit im Innern der Kratzerfurche eingehend zu studieren.

Zur Untersuchung des Schreibeffekts nach der Vorschrift von General Motors Europe (GME) wird als Werkzeug eine Prüfscheibe mit runder Kante eingesetzt, die – ähnlich einer aufrecht stehenden Münze – in parallelen, geraden Bahnen stumpf über die Kunststoffoberfläche schabt. Da die Bahnen dicht nebeneinander liegen und sich die erzeugten Spuren überlappen, wird die Oberfläche in einem rechteckigen Bereich beansprucht. Dieser Bereich unterscheidet sich im Glanz von der restlichen Oberfläche. War die Oberfläche ursprünglich matt, glänzt sie nach der Behandlung stärker als vorher, wird also poliert – das Schaben ebnet die Mikrostruktur ein, die den matten Oberflächencharakter bewirkt hat. War die Oberfläche ursprünglich glatt, verringert sich dagegen ihr Glanz. Die Glanzänderung wird mit einem Farb- und Glanzmessgerät gemessen. Je stärker sich der Glanz ändert, desto deutlicher ausgeprägt ist diese unerwünschte, als Schreiben bezeichnete Oberflächenveränderung.

Deutlich kratz- und abriebbeständiger

So simuliert der Kratztest (siehe Kasten rechts) das Kratzen des scharfkantigen Zündschlüssels. Der Test wird mit einem Ritzhärteprüfgerät durchgeführt, das mit einer Prüfnadel ausgestattet ist. Die erzeugten Kratzer werden anschließend näher untersucht. Wird die Prüfnadel durch eine Prüfscheibe ersetzt, stellt das Gerät den Schreibeffekt nach. Hierbei werden die Spuren mit Hilfe eines Glanzmessgeräts ausgewertet. Ein anderes Prüfgerät, der Lineartester, ahmt im Crockmeter-Test (siehe Kasten nächste Seite) die Wirkung der scheuernden Bekleidung nach.

Besonders aufschlussreich ist die Untersuchung der Kratzspuren im Vergleich zum nicht modifizierten Kunststoff: Unter einem Konfokalmikroskop sieht man, dass die Kratzer im mit GENIOPLAST® Pellet S modifizierten Kunststoff weniger tief und weniger stark aufgeraut sind – selbst wenn die Prüfplatten eine Woche lang bei 80 °C gelagert wurden. Folglich sollten die Kratzer einfallendes Licht schwächer streuen und insofern weniger hell aussehen. Das zweite Verfahren zur Untersuchung der Kratzspuren, die Helligkeitsmessung, bestätigt das: Die Helligkeitsunterschiede zwischen den verkratzten und den unbeschädigten Stellen sind niedriger, die Kratzer fallen folglich optisch weniger auf.