VDI 2019 Blatt 1 2010 Testing the adhesion of TPE on substrates - Injection.pdf

ICS 25.120.20, 83.080.20 VDI-RICHTLINIEN Oktober 2010 VEREIN DEUTSCHER INGENIEURE Prfung der Haftung von thermoplastischen Elastomeren (TPE) an Substraten Spritzgegossene Substrate VDI 2019 Blatt 1 Entwurf Testing the adhesion of TPE on substrates Injection moulded substrates Einsprche bis 2011-03-31 vorzugsweise in Tabellenform als Datei per E-Mail an gmevdi.de Die Vorlage dieser Tabelle kann abgerufen werden unter http:/www.vdi-richtlinien.de/einsprueche in Papierform an VDI-Gesellschaft Materials Engineering Fachbereich Kunststofftechnik Postfach 10 11 39 40002 Dsseldorf VDI-Gesellschaft Materials Engineering (GME) Fachbereich Kunststofftechnik VDI-Handbuch Kunststofftechnik VDI-Handbuch Werkstofftechnik Zu beziehen durch Beuth Verlag GmbH, 10772 Berlin Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2010 Inhalt Seite Vervielfltigung auch fr innerbetriebliche Zwecke nicht gestattet Vorbemerkung . 2 Einleitung . 2 1 Anwendungsbereich 2 2 Normative Verweise 2 3 Begriffe 2 4 Formelzeichen . 3 5 Prinzip des Prfverfahrens 3 6 Probekrper 3 6.1 Form und Mae 3 6.2 Probekrperherstellung im Spritzgieverfahren 4 6.3 Anzahl der Probekrper . 4 6.4 Lagerungsbedingungen 5 7 Prfeinrichtungen . 5 7.1 Zugprfmaschine . 5 7.2 Prfschlitten . 5 8 Durchfhrung 5 9 Auswertung der Daten 6 9.1 Schlwiderstand . 6 9.2 Bruchbild . 6 10 Dokumentation der Prfergebnisse 6 Schrifttum 8 2 VDI 2019 Blatt 1 Entwurf Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2010 Vorbemerkung Der Inhalt dieser Richtlinie ist entstanden unter Beachtung der Vorgaben und Empfehlungen der Richtlinie VDI 1000. Alle Rechte, insbesondere die des Nachdrucks, der Fotokopie, der elektronischen Verwendung und der bersetzung, jeweils auszugsweise oder vollstn- dig, sind vorbehalten. Die Nutzung dieser VDI-Richtlinie ist unter Wah- rung des Urheberrechts und unter Beachtung der Lizenzbedingungen (www.vdi-richtlinien.de), die in den VDI-Merkblttern geregelt sind, mglich. Allen, die ehrenamtlich an der Erarbeitung dieser VDI-Richtlinie mitgewirkt haben, sei gedankt. Eine Liste der aktuell verfgbaren und in Bearbei- tung befindlichen Bltter dieser Richtlinienreihe ist im Internet abrufbar unter www.vdi.de/2019. Einleitung Materialkombinationen zum Erzielen spezieller Eigenschaften von Bauteilen aus Kunststoff und deren Anwendungen sind heutzutage zur Selbst- verstndlichkeit geworden. TPE-/Thermoplast- Verbunde aus funktionalen, optischen, akustischen und haptischen Grnden nehmen einen Groteil dieser Anwendungen ein, wobei das Verarbei- tungsverfahren in den meisten Fllen die Spritz- gietechnik ist. In diesem Zusammenhang gewin- nen TPE-Werkstoffe aufgrund ihrer thermoplasti- schen Eigenschaft im Vergleich zum Gummi kon- tinuierlich an Einfluss. Durch die mittlerweile existierende Vielfalt an TPE-Typen und die Vielzahl an Herstellern ist es schwierig eine qualitative und vergleichbare Aus- sage zur Verbundfestigkeit zu erhalten. Demnach ist der Zweck der Richtlinie die Verbundfestigkeit eines TPE und einem thermoplastischen Kunststoff einheitlich zu be- nennen und zu beschreiben, die systematische Vorgehensweise bei der Schlprfung zu ermglichen und auf die Erfordernis der Dokumentation hinzu- weisen. 1 Anwendungsbereich Diese VDI-Richtlinie legt ein Prfverfahren fr die Beurteilung der Haftfestigkeit von TPE-/Thermo- plast-Verbunde, die durch das 2-Komponenten- Spritzgieverfahren hergestellt werden, fest und dient zur Ermittlung des Schlwiderstands. 2 Normative Verweise Die folgenden zitierten Dokumente sind fr die Anwendung dieser Richtlinie erforderlich: DIN EN ISO 527-1:1996-04 Kunststoffe; Bestim- mung der Zugeigenschaften; Teil 1: Allgemeine Grundstze (ISO 527-1:1993 einschlielich Corr 1: 1994); Deutsche Fassung EN ISO 527-1:1996 DIN ISO 6133:2004-05 Elastomere und Kunststof- fe; Auswertung der bei Bestimmung der Weiter- reifestigkeit und der Haftkraft erhaltenen Vielspitzen-Diagramme (ISO 6133:1998) ISO 554:1976-07 Standard atmospheres for condi- tioning and/or testing; Specifications 3 Begriffe Fr die Anwendung dieser Richtlinie gelten die folgenden Begriffe: Bruchbild Optische Beurteilung des Probekrperzustands nach der Schlprfung, der entsprechend der in Abschnitt 9.2 festgelegten Nomenklaturen zu be- schreiben ist. Fhrungsschiene Schiene, die auf die untere Einspannung der Zug- prfmaschine befestigt wird, um den Prf- schlitten so zu positionieren, dass der Abzugswin- kel der Weichkomponente 90 betrgt. Grenzflche Flche zwischen Hart- und Weichkomponente des Probekrpers. Haftung Beschreibt den physikalischen Zustand der Grenz- flche eines TPE-/Thermoplast-Verbunds. Hartkomponente Prfplatte des Probekrpers aus Thermoplast. Prfschlitten Prfvorrichtung, um den Probekrper einzuspan- nen und auf der Zugprfmaschine zu befestigen (siehe Abschnitt 7, Bild 3). Schlwiderstand Quotient aus der nach DIN ISO 6133 ermittelten Haftkraft in N und der Probenbreite in mm. Spannplatten Vorrichtung am Prfschlitten, die zur Einspan- nung und zur Fixierung des Probekrpers dient. TPE-/Thermoplast-Verbund Verbundkrper, die mittels 2-Komponenten-Spritz- gieverfahren hergestellt werden und aus einem TPE und einem thermoplastischen Kunststoff be- stehen. Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2010 Entwurf VDI 2019 Blatt 1 3 Umlenkrolle 5 Prinzip des Prfverfahrens Bewegliche Rolle am Prfschlitten, welche die Weichkomponente whrend der Prfung um einen Winkel von 90 umlenkt. Die Weichkomponente wird im Winkel von 90 zu der Grenzflche mit konstanter Geschwindigkeit durch Zug belastet, sodass ein Schlvorgang oder ein Versagen im Material auftritt. Whrend dieses Vorgangs werden die bentigte Kraft und der zu- rck gelegte Traversenweg der Zugprfmaschine aufgezeichnet. Weichkomponente Prfstab des Probekrpers aus TPE. 4 Formelzeichen In dieser Richtlinie werden die nachfolgend aufge- fhrten Formelzeichen verwendet: 6 Probekrper Formelzeichen Bezeichnung Einheit F Haftkraft N b Probenbreite mm WS Schlwiderstand N/mm 6.1 Form und Mae Es ist ein Probekrper wie in Bild 1 dargestellt zu verwenden. Fr TPE mit geringen Shore-Hrten kann die Wanddicke der Weichkomponente auf 3 mm erhht werden. Bild 1. Probekrper 1 Hartkomponente 2 Weichkomponente 4 VDI 2019 Blatt 1 Entwurf Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2010 Bild 2. Beispiele fr Fehlermerkmale a) Freistrahlbildung der Hartkomponente d) Einfallstellen b) Fliemarkierungen e) berspritzen im Grenzflchenbereich c) Lufteinschlsse f) berspritzen an der Stirnseite der Hartkomponente 6.2 Probekrperherstellung im Spritzgie- verfahren Die Probekrper sind entsprechend den Verarbei- tungshinweisen der Werkstoffhersteller im 2-Komponenten-Spritzgieverfahren herzustellen. Es empfiehlt sich hierbei als Werkzeugtechnik die Kernzugtechnik 1 anzuwenden. Die vorgespritzte Hartkomponente sollte eine Rauigkeit von Rz 20 (siehe VDI 3400) nicht berschreiten. Die Probe- krperherstellung ist so zu gestalten, dass im Spritzgieprozess ein konstanter Prozessablauf gewhrleistet ist. Alle Oberflchen der Prfkrper mssen frei von sichtbaren Fehlern wie Fliemarkierungen, Einfall- stellen, Lufteinschlssen oder weiteren Fehler- merkmalen sein. Das berspritzen im Grenzfl- chenbereich der verwendeten Materialien ist mg- lichst zu vermeiden. An der Stirnseite der Hart- komponente darf kein berspritzen vorhanden sein. Es sind hierbei die Beispiele fr Fehlermerkmale in Bild 2 zu beachten. 6.3 Anzahl der Probekrper Es mssen mindestens drei Proben geprft werden. Prfkrper, die im Bereich der Grenzflche bereits a) b) c) d) e) f) Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2010 Entwurf VDI 2019 Blatt 1 5 belastet oder beschdigt wurden, drfen nicht ge- prft werden. 6.4 Lagerungsbedingungen Die Prfkrper sind nach der Herstellung mindes- tens 16 Stunden im Normalprfklima 23/50 nach ISO 554 zu lagern. 7 Prfeinrichtungen 7.1 Zugprfmaschine Fr die Durchfhrung der Schlprfung ist eine Zugprfmaschine wie in DIN EN ISO 527-1 be- schrieben zu verwenden. 7.2 Prfschlitten Fr die Einspannung des Probekrpers ist ein Prf- schlitten wie in Bild 3 dargestellt zu verwenden. Die Lagerung des Schlittens ist so zu whlen, dass die erforderliche Kraft, um den Prfschlitten inklu- sive der Umlenkrolle in horizontale Richtung in Bewegung zu setzen, 4 N nicht berschreitet. 8 Durchfhrung Die Prfung wird im Normalprfklima 23/50 nach ISO 554 durchgefhrt. Hierbei ist der Prfkrper vollstndig in den Prfschlitten einzusetzen und mithilfe der Spannplatten so zu fixieren, dass er whrend der Prfung nicht aus dem Schlitten glei- ten kann. An der oberen Halterung der Zugprfmaschine ist eine Einspannklemme zu befestigen, die das Einspannen der Weichkomponente ermglicht und den in DIN EN ISO 527-1 genannten Bedingungen entspricht. Der Prfschlitten ist an der unteren Halterung der Zugprfmaschine zu positionieren. Hierbei muss das freie Ende der Weichkomponente in einem Winkel von 90 zur Grenzflche des Prfkrpers eingespannt werden, damit die Ab- zugsrichtung mit der Zugachse der Prfmaschine bereinstimmt (siehe Bild 4). Dies kann bei- spielsweise durch eine verstellbare Fhrungsschie- ne ermglicht werden. Es ist darauf zu achten, dass das freie Ende der Weichkomponente an der Um- lenkrolle anliegt und nicht gestreckt oder einer Spannung ausgesetzt ist. Der Prfschlitten muss in seiner horizontalen Achse in der Haltevorrichtung frei beweglich sein. Die Abzugsgeschwindigkeit der Zugprfmaschine betrgt 100 mm/min. Bild 3. Prfschlitten (Quelle: Ellermann GmbH Metallverarbeitung und Formenbau) 1 eingespannter Probekrper 2 Lagerung 3 Spannplatten 4 Umlenkrolle ( 10 mm) 1 2 3 4 6 VDI 2019 Blatt 1 Entwurf Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2010 Bild 4. Einspannsituation des Prfkrpers 1 Zugachse 2 freies Ende der Weichkomponente 3 Umlenkrolle 9 Auswertung der Daten 9.1 Schlwiderstand Der Schlwiderstand WS in N/mm wird wie folgt berechnet: S F W b = (1) Dabei ist F nach DIN ISO 6133 ermittelte Haftkraft in N b Breite der Weichkomponente an der Grenz- flche in mm (20 mm) 9.2 Bruchbild Das Bruchbild des Prfkrpers ist optisch zu be- werten. Fr die Zuordnung des Bruchbilds sind die entsprechenden Buchstaben (siehe auch Bild 5) im Prfbericht anzugeben: A 0 % Rckstnde des TPE auf dem Ther- moplast; vollstndiges Abschlen B (133) % Rckstnde des TPE auf dem Thermoplast C (3466) % Rckstnde des TPE auf dem Thermoplast D (6799) % Rckstnde des TPE auf dem Thermoplast E Probenzerstrung 10 Dokumentation der Prfergebnisse Es ist ein Prfbericht anzufertigen mit folgenden Angaben (siehe Tabelle 1): a) Hinweis auf VDI 2019 Blatt 1 b) Prfdatum c) vollstndige Beschreibung des geprften Mate- rials mit Angabe der Art, der Herkunft, der Be- stellnummer des Herstellers, der Liefer- und Chargennummer und der Lieferform d) bersicht der Prozessparameter des Probekr- perherstellverfahrens gem Tabelle 2 e) gewhlte Wanddicke der Weichkomponente f) vorhandene Fehlermerkmale am Prfkrper g) Prf- und Lagerungsklima h) Prfprotokoll mit Kurvenverlauf und Angabe des Schlwiderstands und der Spannweite der Kraftspitzen nach DIN ISO 6133 i) Anzahl der geprften Probekrper j) Zuordnung (Buchstaben A bis E) und mindes- tens ein Farbfoto des Bruchbilds k) von der VDI 2019 Blatt 1 abweichende Bedin- gungen a) b) c) Bild 5. Beispiele von verschiedenen Bruchbildern 1 2 3 a) Bruchbild der Kategorie A b) Bruchbild der Kategorie C c) Bruchbild der Kategorie E Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2010 Entwurf VDI 2019 Blatt 1 7 Tabelle 1. Beispiel zur Darstellung der Prfergebnisse Ergebnisse der Schlprfungen gem VDI 2019 Blatt 1 am Thermoplast TPE Wanddicke der Weichkomponente 2 mm 3 mm Vorhandene Fehlermerkmale am Prfkrper Temperatur in Crel. Luftfeuchte in % Prfklima Lagerungsklima Kurvenverlauf (Bild) Schlwiderstand WS in N/mm mit Angabe der Haftkraft F und der Probenbreite b Anzahl der geprften Probekrper Spannweite der Kraftspitzen in N Zuordnung (A bis E) des Bruchbilds mit Farbfoto Abweichende Bedingungen 8 VDI 2019 Blatt 1 Entwurf Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2010 Tabelle 2. Darstellung der Prozessparameter Prozessparameter Gewhlte Einstellungen Vorgaben der Materialhersteller