Heutige Fahrzeuge haben üblicherweise eine Lebensdauer von 13 bis 15 Jahren. Trotz der Tatsache, dass die europäischen OEMs (Originalteilehersteller) ihre Materialprüfungen an bestehende ISO- und DIN-Normen angelehnt haben, wurden doch deren Standards im Lauf der Zeit mehr oder weniger verändert und den spezifischen Bedürfnissen der Fahrzeughersteller angepasst. Die Zulieferindustrie ist daher mit einer Vielzahl unterschiedlicher Prüfverfahren und Prüfparameter konfrontiert, die einen erhöhten Zeit- und Kosten-Aufwand nach sich ziehen. Das gemeinsame Ziel sowohl der Fahrzeugindustrie als auch der Sitzhersteller ist es, Fahrzeugsitze zu verbauen, die über die gesamte Lebensdauer des Fahrzeugs Komfort und Sicherheit gewährleisten. Um eine verlässliche Ausgangsbasis für die Diskussion über die Beurteilung der Langzeiteigenschaften von Sitzschaum zu erhalten, war eine vergleichende Untersuchung der Testmethoden und -parameter notwendig. Da flexible Polyurethanschäume, die heute standardmäßig als Polstermaterial für Sitze verwendet werden, zu den äußerst stabilen Werkstoffen mit sehr langsamem Alterungsverhalten zählen, ist aus technischen Gründen eine beschleunigte Alterung zur Beurteilung der Langzeitstabilität erforderlich. Fahrzeugsitze sind während ihrer Nutzungsphase erhöhter Temperatur und erhöhter Feuchtigkeit ausgesetzt. Daher werden sogenannte Feucht-Wärme-Alterungen unter gesättigtem Wasserdampf und erhöhter Temperatur durchgeführt. Jeder Fahrzeughersteller definiert dabei unterschiedliche Testkonditionen, von 5 h bis 200 h und von 80 °C bis 120 °C. Kriterium ist der Verlust an Stauchhärte, der je nach Hersteller maximal zwischen 20 % und 50 % liegen darf. Um ein vollständiges Bild der Situation zu erhalten, wurden für die vorliegende Studie die Prüfbedingungen mit der Methode von DoE (Design of Experiments) selektiert. Drei Schaumtypen - TDI- (Toluylendiisocyanat) und MDI-Kaltschaum (Methylendiphenyldiisocyanat) und TDI-Heißschaum - wurden in den Test aufgenommen. Die Schäume wurden aus den heutigen Produktportfolios von drei Schaumproduzenten ausgewählt und sind daher keine exotischen Laborformulierungen. Die Alterungen wurden bei 90 °C, 105 °C, 120 °C und 130 °C durchgeführt, jeweils unter Sättigungsdampfdruck des Wassers. Neben dem Härteverlust wurden auch Gewichtsverlust sowie Änderung der geometrischen Dimensionen der Prüfkörper erfasst. Zur Unterstützung der Glaubwürdigkeit einer solchen Studie wurden die Arbeiten an das Kunststoff-Zentrum Leipzig vergeben. Um den Einfluss der Parameter Zeitdauer und Prüftemperatur zu vergleichen, wurde das Zeit/Temperatur-Superpositionsprinzip (TTSP) angewandt. Es konnte gezeigt werden, dass dieses Prinzip zu Masterkurven führt, die das Verhalten der Schäume in einem weiten Zeitbereich beschreiben. Diese Masterkurven können für jede beliebige Temperatur innerhalb der untersuchten Temperaturen umgerechnet werden, in diesem Fall also für jede Temperatur zwischen 90 °C und 130 °C. Als erstes Resultat ist festzuhalten, dass - innerhalb der gewählten Testbedingungen - kein qualitativer Unterschied im Abbaumechanismus zu erkennen ist und damit eine Temperaturerhöhung als Beschleunigung zulässig ist. Einzig bei MDI-Schäumen und 120 °C tritt eine Inkonsistenz bei der Bewertung auf, was entweder an der aufgrund der sehr kurzen Zeiten größeren Messungenauigkeit liegt oder aber an einer anderen Abbaukinetik, verursacht durch die bei diesen Schäumen üblicherweise eingebaute Katalyse. Die beschleunigte Alterung bei 120 °C im Autoklav ist definitiv geeignet, Personal und Zeit einzusparen und die Resultate in ausreichend kurzer Zeit aussagefähig zur Verfügung zu haben. Als weitere Konsequenz der Untersuchung ist klar, dass ein einziger Satz von Testbedingungen ausreichend ist, um das Verhalten des Schaums ausreichend zu beschreiben und eine Vorhersage der Lebensdauer zu machen. Die Resultate der unterschiedlichen Prüfbedingungen lassen sich ineinander umrechnen. Damit ist ein großer Schritt in Richtung dringend notwendiger Harmonisierung von Prüfbedingungen gemacht. Es wurde weiter deutlich, dass derselbe Schaum die Anforderungen eines Fahrzeugherstellers erfüllt, während er bei einem anderen durch die Prüfung fallen würde. Die beschriebenen Schaumspezifikationen der verschiedenen Fahrzeughersteller sind damit keinesfalls äquivalent, und dies trotz der Zielsetzung, einen stabilen Schaum über die Lebensdauer des Fahrzeugs zu selektieren. In manchen Fällen erscheinen die Anforderungen an das Alterungsverhalten der Schäume zu hoch zu sein: Die Extrapolation auf meist kritische Bedingungen in der Realität (Tropenklima bei 40 °C und Feuchtesättigung) lassen eine Lebensdauer von mehr als 775 Jahren erwarten. Die Aktivierungsenergie eines globalen Abbauprozesses liegt in derselben Größenordnung wie bei anderen chemischen Reaktionen. Der Abbaumechanismus selbst wird Gegenstand einer separaten Untersuchung sein. Erste orientierende Tests mit physikalisch/spektroskopischen Methoden zeigen spezifische Veränderungen in der Molekülstruktur des Schaums. Die Methodik dieser Untersuchung erscheint geeignet, auch andere Testmethoden miteinander zu vergleichen und auf diese Weise zu einer Harmonisierung der Prozeduren zu gelangen.

    It is the common goal of the auto industry and seat manufacturers to produce vehicle seats that ensure comfort and safety throughout the lifetime of the vehicle. To obtain a reliable basis for debating the assessment of the long-term properties of seat foam, a comparative study of the test methods and parameters was performed.


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    Titel :

    Beschleunigte Feucht-Wärme-Alterung von Polyurethan-Formteilen. Prüftechnik


    Weitere Titelangaben:

    Accelerated humid aging of polyurethane moldings. Testing technology


    Beteiligte:
    Fluhr, Antoine (Autor:in) / Kamprath, Axel (Autor:in)

    Erschienen in:

    Kunststoffe, München ; 102 , 8 ; 28-36


    Erscheinungsdatum :

    2012


    Format / Umfang :

    9 Seiten, 14 Bilder, 4 Tabellen, 3 Quellen



    Medientyp :

    Aufsatz (Zeitschrift)


    Format :

    Print


    Sprache :

    Deutsch




    Beschleunigte Feucht Waerme Alterung von Polyurethan Formteilen

    Fluhr,A. / Kamprath,A. / Euro Moulders AISBL,Bruessel,BE | Kraftfahrwesen | 2012



    Lackierung von Kunststoff-Formteilen mit Lacken aus Polyurethan

    Cohnen,W. / Bayer,Leverkusen,DE | Kraftfahrwesen | 1991



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