Nanoindentation für Polymere

Für die Entwicklung moderner Polymerwerkstoffe und Beschichtungen sind Prüfmethoden erforderlich, die kleinste Strukturen präzise erfassen. Die instrumentierte Eindringprüfung nach ISO 14577 (Nano- und Mikroindentation) liefert direkt in Folien und Beschichtungen Härte, Elastizitätsmodul sowie viskoelastische Kennwerte – bei sehr kleinen Prüflasten (~0,01–500 mN) und Eindringtiefen. Dadurch sind sehr lokale Messungen möglich.

Bei der dynamisch-mechanischen Analyse im Sinusmodus wird während einer Haltephase bei konstanter Kraft eine Schwingung überlagert. So lassen sich Speichermodul (E'), Verlustmodul (E'') und Verlustfaktor (tan δ) lokal bestimmen.

In Studien an PVB-, HNBR-, PEEK/Acrylat-/PEEK-Laminaten und fluorierten Folien zeigt der Sinusmodus seine Sensitivität – selbst kleine Materialunterschiede werden sichtbar.

Kriechmessungen dienen der Untersuchung des Langzeitverhaltens

Indentations-Kriechtests bestehen aus einer schnellen Belastung und einer langen Haltezeit bei konstanter Kraft. Die Zunahme der Eindringtiefe wird aufgezeichnet und mithilfe von Kelvin‑Voigt‑Modellen angepasst. Auf diese Weise lassen sich momentane und unendliche Schermodule, Nachgiebigkeit und Verzögerungszeiten ermitteln – eine solide Basis für die Vorhersage der Langzeitstabilität von Polymerbauteilen.

Temperaturabhängige Eigenschaften

Mithilfe von Wärmeschild, Wasserkühlblock und Probenheizung können Polymere bis zu einer Temperatur von 200 °C getestet werden. Am Beispiel von PMMA nimmt die Eindringtiefe nahe der Glasübergangstemperatur (ca. 105 °C) deutlich zu, das Kriechen verstärkt sich und der Eindringmodul sinkt, was typisch für den Übergang in ein stärker viskoelastisches Verhalten ist.

Fazit

Die Nanoindentation vereint die Charakterisierung, die dynamische Analyse und die Kriech-/Temperaturtests in einem einzigen Verfahren. Damit liefert sie entscheidende Parameter für die Forschung, Entwicklung und Qualitätssicherung moderner Polymerwerkstoffe.

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