Sie benötigen ein Kunststoffteil mit ganz spezifischen Eigenschaften: Das Teil muss bis zu über 120°C formstabil bleiben, eine hunderstelmillimetergenaue Form behalten und dauerhafte UV-Einstrahlung unbeschadet überstehen können – sonst ist es für den vorgesehenen Zweck unbrauchbar. Doch wie können Sie oder Ihr produzierender Auftragnehmer prüfen, ob alle Anforderungen erreicht wurden? Welche Techniken gibt es, um Mängel zu erkennen und wie geht man dabei vor?
Wir sorgen in diesem Blogartikel für Transparenz bei den Prüfkriterien und verraten Ihnen, welche Bestandteile eine umfangreiche Qualitätsprüfung enthalten sollte, um unschöne Reklamationen für Sie und Ihre Kunden zu vermeiden.
Welche Probleme können am Kunststoffteil auftreten?
Es gibt viele verschiedene Arten von Kunststoffen, die sich durch ihre jeweilige chemische Zusammensetzung und die dadurch entstehenden Eigenschaften auszeichnen. Der Vorteil dieser unterschiedlichen Eigenschaften ist, dass Kunststoff vielseitig einsetzbar, individuell einstellbar und damit an viele unterschiedliche Bedingungen anpassbar ist. Der Nachteil ist, dass diese Eigenschaften auch ungewollt variieren können: So kann ein Produkt zu groß oder zu klein sein, zu hart oder zu weich, zu formbar oder zu porös, zu schwer oder zu leicht oder es kann einen zu hohen oder zu niedrigen Schmelzpunkt haben. Auch chemische Reaktionen bei Kontakt mit anderen Stoffen, Strahlen oder ähnlichem kann ungewollt auftreten und fatale Folgen haben, wie beispielsweise eine langsame Auflösung des Stoffes. Deswegen ist die intensive Qualitätsprüfung essentiell.
Welche Messungen werden bei Qualitätstest von Kunststoffteilen durchgeführt?
Kunststoffteile werden auf zahlreiche verschiedene Aspekte geprüft, die sich in folgende Gruppen aufteilen lassen:
- Bei der Kunststoffidentifikation wird hauptsächlich die Dichte des Werkstoffs gemessen. Dadurch wird erkennbar, welche Polymere in dem Artikel enthalten sind, denn jeder Kunststoff besitzt eine eigene spezifische Dichte.
- Bei den sogenannten Rheologischen Prüfungen werden Langzeiteigenschaften und Alterungsprozesse des Materials untersucht: Was passiert bei längerer Einwirkung von Hitze, Licht, Druck oder Bewegung?
- Mechanische Prüfungen setzen den Stoff physischer Belastung aus. Er wird gezogen, gedrückt, gebogen, geschwungen und geschlagen. Entscheidend ist bei diesem Test: Wie verändert sich der Kunststoff dabei? In vielen Fällen ist eine Nachgiebigkeit sogar erwünscht und zeugt nicht von schlechter Qualität. Auch der Kriechversuch, also die Beobachtung langfristiger, allmählicher Verformungen, ausgelöst durch stetige statische oder dynamische Krafteinleitung, gehört zum mechanischen Qualitätstest.
- Die Tribologischen Prüfungen ermitteln das Gleitverhalten, den Verschleiß oder die Reibung eines Kunststoffteils.
- Bei den Thermischen Prüfungen geht es um den Einfluss von Hitze und Kälte. Es wird gemessen, bei welcher Temperatur das Material kristallisiert, wann es sich erhärtet, verdunstet oder wann es gummiartig wird.
- Widerstände gegenüber anderen Chemikalien werden in den Chemischen Prüfungen festgestellt. Man nennt diese Eigenschaft auch „Medienbeständigkeit“, also wie gut ein Kunststoff dem Kontakt mit anderen Medien standhält.
- Die Masse und die Höhe der Wasseraufnahmen werden in den Physikalischen Prüfungen festgestellt. Auch hier kann es sein, dass eine hohe Masse oder eine starke Wasseraufnahme gewünscht sind und nicht als Mangel gelten. Eine Wasseraufnahme, wie es z.B beim Polyamid der Fall ist, führt zu sehr guten mechanischen Eigenschaften, der Kunststoff ist nicht spröde sondern wird erst durch das Wasser zäh.
- In den Geometrischen Prüfungen wird die Form des Kunststoffteils vermessen – auch unter bestimmten äußeren Einflüssen. Es kommt zu Überschneidungen mit anderen Prüfungen.
- Zu guter Letzt gibt es die Optischen Prüfungen. Ob mit dem bloßen Auge oder mit Hilfstechniken: Es geht darum, optisch zu erkennen, ob Mängel vorliegen, z.B. ob die Polymerstruktur anders aussieht als gewünscht.
Welche Techniken und Hilfsmittel kommen bei Qualitätstests von Kunststoffteilen zum Einsatz?
Um die oben aufgezählten Prüfungen durchführen zu können, werden technische Hilfsmittel, Maschinen und Messgeräte benötigt. Qualitätstests benötigen also ein gut ausgestattetes Labor. Bei den optischen Prüfungen wird beispielsweise eine sehr dünne Schicht Kunststoff von der Masse abgeschnitten und anschließend unter ein Mikroskop gelegt. So werden die feinen Molekülstrukturen, aber auch Risse im Material, sichtbar. Um mechanische Prüfungen durchzuführen, wird oft eine Zugprüfmaschine verwendet. Diese Apparatur sorgt für Spannung, Druck und Dehnung und misst den Punkt, an dem der Werkstoff den Einwirkungen nachgibt. Um das Material präzise zu identifizieren sowie auf Verunreinigungen oder Alterungsprozesse zu testen, wird Infrarot- oder Röntgentechnologie verwendet. Die exakten Maße jedes Teils kann man mit modernen 3D-Scannern bestimmen. Die Scanner erkennen mögliche Ausschussware schon direkt in der Produktion, wenn die Fertigungslinie entsprechend automatisiert ist. So rutscht kein deformiertes oder unvollständig gefülltes Teil in den Versand.
Was passiert, wenn ein Kunststoffteil den Qualitätstest nicht besteht?
Die umfassendsten und intensivsten Tests zur Qualität und Funktionalität eines Kunststoffteils sollten vor dem Start der Massenproduktion stattfinden. Zu diesem Zweck werden Prototypen hergestellt. Ein Prototyp muss alle aufgeführten Prüfungen durchlaufen und so lange angepasst werden, bis er exakt den Anforderungen entspricht.
In der Massenproduktion sollten Sie sich nicht nur auf den bloßen Blick und die Handhabung der Mitarbeiter verlassen, sondern auch mit den erwähnten Messtechniken arbeiten und abgestimmte Stichproben durchführen. Wenn ein Teil nicht den Anforderungen entspricht, wird es als Ausschuss betrachtet. Je nachdem, wie wichtig die jeweilige Eigenschaft ist, wird das Teil ganz aussortiert
Fazit
Damit ein von Ihnen hergestelltes oder in Auftrag gegebenes Kunststoffteil den Zweck erfüllen kann, für den es konzipiert wurde, muss es eine Menge Tests bestehen. Diese werden aufgeteilt in Kunststoffidentifikation, rheologische, mechanische, tribologische, thermische, chemische, physikalische, geometrische und optische Prüfungen – wobei Felder Überschneidungen aufweisen können und verschiedene Messgeräte teilweise dieselben Attribute messen. Um mit einem Produkt letztendlich in die Serienproduktion zu starten, werden in der Regel zunächst seriennahe Prototypen gefertigt, die jeden geforderten Qualitätstest bestehen müssen. Erst dann beginnt die Serienproduktion. Während dieser werden die Teile meist nur noch durch das menschliche Auge und stichprobenartig mittels modernster Messtechnik überprüft.
Besteht ein Teil seine Tests nicht, fällt es durch – es wird zur Ausschussware.
- Mehr über Prüfmethoden und deren Anwendung lesen Sie in der Studie von Achim Frick und Claudia Stern
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