Zugfestigkeit von Kunststoffen

Die Zugfestigkeit ist eine der grundlegenden mechanischen Eigenschaften eines Materials. Sie gibt an, wie viel Kraft ein Kunststoff aushalten kann, bevor er bei Dehnung bricht. Dies ist in der Technik und im Industriedesign äußerst wichtig - vor allem für Produkte, die bestimmten Belastungen standhalten müssen, z. B. Automobilteile, Elektronikgehäuse, Verpackungen oder medizinische Komponenten.

Was ist Zugfestigkeit?

Wenn Kunststoff gedehnt wird, beginnt das Material zunächst zu widerstehen und bricht dann bei einer bestimmten Kraft. Diese maximale Kraft, die auf die Probe wirkt, wird als Zugfestigkeit bezeichnet (bezeichnet mit σₘ oder σb). Sie wird in Megapascal (MPa) gemessen.

Die Zugfestigkeit hängt ab von:
- chemische Struktur (ist das Material kristallin, amorph, faserverstärkt, usw.),
- Verarbeitung (z. B. Spritzgießen, Extrusion),
- und Umgebung (Temperatur, Feuchtigkeit usw.).

Warum ist das wichtig?

Die Zugfestigkeit hilft bei der Entscheidungsfindung:
- welches Material für mechanisch beanspruchte Teile zu wählen ist,
- wie dick das Produkt sein soll,
- ob der Kunststoff einer bestimmten Anwendung standhält,
- und auch, wie sich das Material beim Bruch verhält (spröde oder elastisch?).

Wie sehen die Diagramme der Zugeigenschaften aus?

Dehnungseigenschaften werden in der Regel in Form einer Spannungs-Dehnungs-Kurve dargestellt. Diese zeigt, wie stark das Material einer Dehnung widersteht (vertikale Achse - Spannung) und wie stark es sich dehnt (horizontale Achse - Dehnung).

Beispiel für typische Spannungs-Dehnungs-Kurven (Abbildung 1.8):

- 1: spröde Materialien (z. B. PMMA) - hohe Festigkeit, geringe Dehnung.
- 2: Materialien mit einer Fließgrenze - nach dem anfänglichen Fließen nimmt die Festigkeit ab.
- 3: Materialien mit Verstärkungen - die Festigkeit nimmt langsam zu.
- 4: sehr elastische Materialien - hohe Dehnung, geringe Festigkeit.

Beispiele für echte Materialien

In diesem weiterführenden Bild sehen wir das Verhalten bestimmter Kunststoffe, wie z. B.:
- PA66, POM, PMMA, PC: hohe Festigkeit, moderate Dehnung,
- ABS, PP, HDPE: geringere Festigkeit, aber höhere Dehnung,
- LDPE: sehr weich und elastisch, mit geringer Festigkeit.

Schlussfolgerung

Die Zugfestigkeit ist ein einfacher, aber äußerst nützlicher Parameter. Wenn wir diese Kurven kennen, können wir schnell beurteilen, wie sich ein Material unter realen Bedingungen verhält - ob es einer Kraft standhält, sich biegt oder sofort bricht. Diagramme sind dabei ein unverzichtbares Hilfsmittel.