Kunststoffe, die Wasser ausgesetzt sind, werden auf verschiedene Weise beeinträchtigt:
Allerdings können Feuchtigkeitseinwirkung, Eintauchen in Wasser und kochendes Wasser zu deutlich unterschiedlichen Materialreaktionen führen. Anhand des Gleichgewichtsfeuchtegehalts lässt sich die Wasseraufnahme verschiedener Kunststoffarten bei Feuchtigkeitseinwirkung vergleichen. Der unter Nichtgleichgewichtsbedingungen ermittelte Feuchtigkeitsgehalt ermöglicht den Vergleich verschiedener Chargen desselben Materials und die Bestimmung der Diffusionskonstante des Materials unter sorgfältig kontrollierten Nichtgleichgewichtsbedingungen und bei Verwendung von Kunststoffproben mit festgelegten Abmessungen.
Die Norm „ISO 62 Kunststoffe – Bestimmung der Wasseraufnahme“ der Internationalen Organisation für Normung (ISO) beschreibt ein Verfahren zur Bestimmung der Feuchtigkeitsaufnahme durch die gesamte Dicke von festen Kunststoffen in flacher oder gewölbter Form. Diese Norm beschreibt auch Verfahren zur Bestimmung der Wassermenge, die von Kunststoffproben definierter Abmessungen aufgenommen wird, wenn diese unter kontrollierten Bedingungen in Wasser getaucht oder feuchter Luft ausgesetzt werden.
Der Feuchtigkeitsdiffusionskoeffizient durch die Dicke kann für ein einphasiges Material unter der Annahme eines Fickschen Diffusionsverhaltens mit konstanten Feuchtigkeitssorptionseigenschaften über die gesamte Dicke der Prüfprobe bestimmt werden. Bei der Fickschen Diffusion findet ein Fluss von einer höheren Konzentration zu einer niedrigeren Konzentration statt. Dieses Modell gilt für homogene Materialien und verstärkte Polymermatrix-Verbundwerkstoffe, die unterhalb ihrer Glasübergangstemperatur getestet werden. Einige zweiphasige Matrizen, wie z. B. ausgehärtete Epoxide, erfordern jedoch möglicherweise ein mehrphasiges Sorptionsmodell, das von dieser Norm nicht abgedeckt wird.
Idealerweise sollte der beste Vergleich der Wasseraufnahmeeigenschaften oder Diffusionskoeffizienten von Materialien nur anhand des Gleichgewichtsfeuchtegehalts von Kunststoffen unter gleichen Bedingungen erfolgen. Der Vergleich von Materialien anhand ihrer Feuchtigkeitsgleichgewichtseigenschaften setzt kein einphasiges Ficksches Diffusionsverhalten voraus und ist daher nicht darauf beschränkt.
Alternativ kann die Wasseraufnahme von Kunststoffproben definierter Abmessungen, die unter kontrollierten Bedingungen für einen beliebigen Zeitraum in Wasser eingetaucht oder befeuchtet werden, zum Vergleich verschiedener Chargen desselben Materials oder zur Qualitätskontrolle eines bestimmten Materials herangezogen werden. Für solche Vergleiche ist es wichtig, dass alle Prüfproben die gleichen Abmessungen haben und möglichst die gleichen physikalischen Eigenschaften (z. B. Oberflächenglätte, innere Spannungen) aufweisen. Unter diesen Bedingungen stellt sich jedoch kein Feuchtigkeitsgleichgewicht ein. Daher können die Ergebnisse solcher Tests nicht zum Vergleich der Wasseraufnahmeeigenschaften verschiedener Kunststoffarten herangezogen werden. Für zuverlässigere Ergebnisse wird eine gleichzeitige Prüfung empfohlen.
Die mit den in dieser internationalen Norm beschriebenen Methoden erzielten Ergebnisse gelten für die meisten Kunststoffe, jedoch nicht für Zellkunststoffe, Granulate oder Pulver, da diese zusätzliche Absorptions- und Kapillareffekte aufweisen können. Die Einwirkung von Feuchtigkeit unter kontrollierten Bedingungen über einen bestimmten Zeitraum ermöglicht einen relativen Vergleich der Kunststoffe. Die beschriebenen Prüfungen zur Bestimmung des Diffusionskoeffizienten sind möglicherweise nicht auf alle Kunststoffe anwendbar.
Testproben werden für festgelegte Zeiträume in destilliertes Wasser bei 23 °C oder kochendes destilliertes Wasser getaucht oder bei festgelegten Temperaturen einer relativen Luftfeuchtigkeit von 50 % ausgesetzt. Die von jeder Testprobe aufgenommene Wassermenge wird durch Messung ihrer Massenänderung ermittelt – das heißt, der Differenz zwischen ihrer Ausgangsmasse und ihrer Masse nach dem Kontakt mit Wasser – und diese Änderung wird als Prozentsatz der Ausgangsmasse ausgedrückt. Bei Bedarf kann auch die Menge des Wasserverlusts nach dem Trocknen der Proben bestimmt werden. In einigen Anwendungen können relative Luftfeuchtigkeiten von 70 bis 90 % und Temperaturen von 70 bis 90 °C erforderlich sein. Höhere relative Luftfeuchtigkeiten und Temperaturen als die in dieser Norm empfohlenen können nach Vereinbarung zwischen den beteiligten Parteien verwendet werden. Wenn andere als die empfohlenen relativen Luftfeuchtigkeits- und Temperaturbedingungen verwendet werden, muss der Testbericht eine vollständige Beschreibung dieser Bedingungen (mit entsprechenden Toleranzen) enthalten.
Bei diesen Tests kommen vor allem folgende Geräte zum Einsatz:
Für jedes zu prüfende Material müssen mindestens drei Prüfkörper geprüft werden. Prüfkörper der gewünschten Abmessungen können durch Formpressen oder Extrudieren hergestellt werden. Die zur Herstellung aller Prüfkörper verwendeten Methoden sind im Prüfbericht anzugeben.
Die Ergebnisse dieser Methode können durch Oberflächeneffekte beeinflusst werden. Bei manchen Materialien können gegossene Proben und aus einer größeren Platte geschnittene Proben unterschiedliche Ergebnisse liefern. Verunreinigungen auf der Oberfläche der Prüfprobe, die die Wasseraufnahme beeinträchtigen könnten, sollten mit einem für den Kunststoff unschädlichen Reinigungsmittel entfernt werden. Der Grad der Schädigung sollte gemäß ISO 175 bestimmt werden.
Nach der Reinigung sollten die Proben vor Beginn der Prüfung mindestens zwei Stunden bei 23 °C und 50 % relativer Luftfeuchtigkeit trocknen. Beim Umgang mit den Prüfproben sollten saubere Handschuhe getragen werden, um eine Kontamination zu vermeiden. Das Reinigungsmittel darf keinen Einfluss auf die Wasseraufnahme haben. Die Auswirkungen des Reinigungsmittels können bei der Bestimmung der Gleichgewichtsfeuchte vernachlässigt werden.
Proben müssen vor der Prüfung sorgfältig getrocknet werden. Bei beispielsweise 50 Grad Celsius ist eine Trocknungszeit von einem bis zehn Tagen erforderlich; die genaue Zeit hängt von der Probendicke ab. Pro Quadratzentimeter der Gesamtoberfläche der Prüfprobe werden mindestens 8 ml, jedoch nicht weniger als 300 ml destilliertes Wasser verwendet. Dies verhindert eine übermäßige Konzentration etwaiger Extraktionsprodukte im Wasser während der Prüfung. Jeder Satz von drei Prüfproben wird in einen separaten Behälter gegeben und entweder vollständig in Wasser getaucht oder einer relativen Luftfeuchtigkeit von 50 Prozent ausgesetzt.
Sollen mehrere Proben gleicher Zusammensetzung getestet werden, können diese durch Zugabe von mindestens 300 ml Wasser in einen gemeinsamen Behälter gegeben werden. In diesem Fall ist jedoch ein größerer Oberflächenkontakt zwischen den Proben oder mit den Behälterwänden nicht zulässig und sollte vermieden werden. Edelstahlgitter können helfen, einen akzeptablen Abstand zwischen den Proben einzuhalten. Proben mit einer geringeren Dichte als Wasser werden in einen Edelstahldrahtkorb eingetaucht, der über einen Edelstahldraht mit einem Ankergewicht verbunden ist. Oberflächenkontakt des Ankergewichts mit den Proben ist zu vermeiden.
Gemäß dieser Norm werden folgende Prüfverfahren angewendet:
Unsere Organisation, die seit Jahren Unternehmen aller Branchen durch ein breites Spektrum an Prüf-, Mess-, Analyse- und Bewertungsaktivitäten unterstützt, verfügt über ein starkes Team von Mitarbeitern, die die globalen Entwicklungen in Wissenschaft und Technologie aufmerksam verfolgen und sich ständig weiterentwickeln. In diesem Zusammenhang bieten wir auch Prüfdienstleistungen gemäß der Norm „ISO 62 Kunststoffe – Bestimmung der Wasseraufnahme“ an.
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