Die Differential Scanning Calorimetry (DSC) ist eine leistungsstarke thermoanalytische Methode, die zur Bestimmung verschiedener ingenieurstechnischer Kennwerte von Kunststoffen und Verbundwerkstoffen eingesetzt wird. DSC misst die Wärmemengen, die von einer Probe bei kontrollierten Temperaturänderungen aufgenommen oder abgegeben werden, und bietet wertvolle Einblicke in folgende Materialeigenschaften:

• Glasübergangstemperatur (Tg): DSC kann die Temperatur ermitteln, bei der ein Kunststoff von einem spröden in einen gummiartigen Zustand übergeht. Die Glasübergangstemperatur ist entscheidend für das Verständnis des Einsatztemperaturbereichs und der mechanischen Eigenschaften eines Materials.
• Schmelztemperatur und Schmelzenthalpie: Die Methode identifiziert die Schmelztemperatur von kristallinen oder teilkristallinen Polymeren. Diese Information ist wichtig für die Verarbeitung und Anwendung von Materialien, da sie das thermische Verhalten beschreibt.
• Kristallisationsverhalten: DSC ermöglicht die Bestimmung der Kristallisationsenthalpie und der exothermen Reaktionen, die während der Kristallisation stattfinden. Dies hilft, den Kristallisationsgrad und die Struktur der Polymere zu verstehen, die sich auf die mechanischen Eigenschaften auswirken.
• Zersetzungstemperatur: DSC kann genutzt werden, um den Beginn von thermischen Zersetzungsprozessen zu untersuchen, was für die thermische Stabilität und die langfristige Haltbarkeit des Materials relevant ist.
• Aushärtungs- und Vernetzungsvorgänge: Bei Duroplasten und Verbundwerkstoffen kann DSC die Aushärtungsreaktionen analysieren, was zur Optimierung der Herstellungsprozesse wichtig ist.

Die Thermogravimetrische Analyse (TGA) ist ein wichtiges Verfahren zur Charakterisierung von Kunststoffen und Verbundwerkstoffen. Es misst die Massenänderung einer Probe bei kontrollierter Temperaturänderung und bietet somit wertvolle Informationen über verschiedene ingenieurstechnische Kennwerte:

• Thermische Stabilität: TGA zeigt an, bei welchen Temperaturen Materialien beginnen, Gewicht zu verlieren, was Hinweise auf die thermische Zersetzung gibt. Diese Information ist entscheidend für die Bestimmung der Einsatztemperaturbereiche von Materialien.
• Zersetzungsprozesse: Durch die Analyse der Massenverlustraten können die Anteile und Temperaturen von einzelnen Zersetzungsprozessen identifiziert werden, was hilft, die Zersetzungsmechanismen und -komponenten zu verstehen.
• Restfeuchte und flüchtige Bestandteile: TGA kann verwendet werden, um den Gehalt an Feuchtigkeit und flüchtigen Komponenten in Kunststoffen zu bestimmen. Dies ist wichtig zur Qualitätskontrolle, da diese Bestandteile die Materialeigenschaften stark beeinflussen können.
• Füllstoff- und Aschegehalt: Bei Verbundwerkstoffen ermöglicht TGA die Bestimmung des Füllstoffgehalts durch das Messen des Rückstands nach vollständiger Zersetzung der organischen Matrix, was zur Bewertung und Optimierung der Materialzusammensetzung dient.
• Oxidationsverhalten: In einer sauerstoffreichen Umgebung kann TGA das Verhalten von Materialien in oxidierenden Bedingungen analysieren, was wertvolle Informationen für Anwendungen liefert, bei denen Materialien hohen Temperaturen und Luft ausgesetzt sind.

Die Dynamisch-Mechanische Thermische Analyse (DMTA) untersucht die viskoelastischen Eigenschaften eines Materials durch Anlegen dynamischer (oszillierender) mechanischer Belastungen. Dies erlaubt die Bestimmung einer Vielzahl von mechanischen Eigenschaften:

• Speicher- und Verlustmodul: DMTA misst das Speichermodul (Elastizität) und das Verlustmodul (Dämpfung), um die Steifigkeit und Energieverluste in Materialien besser zu verstehen.
• Tg und andere Übergänge: Ähnlich wie TMA, aber DMTA liefert detailliertere Informationen über die Glasübergangstemperatur und andere thermisch induzierte Veränderungen.
• Dämpfungsverhalten: DMTA quantifiziert die Fähigkeit eines Materials, mechanische Energie zu dissipieren, was wichtig für Anwendungen ist, in denen Vibrationsdämpfung erforderlich ist.

Die Laserflash-Analyse (LFA) ist eine präzise Methodik zur Bestimmung der thermophysikalischen Eigenschaften von Kunststoffen und Verbundwerkstoffen, insbesondere der Wärmeleitfähigkeit, Wärmediffusivität und spezifischen Wärme. Diese Parameter sind entscheidend für das thermische Management von Materialien in technischen Anwendungen.

• Wärmediffusivität: LFA misst die Geschwindigkeit, mit der Wärme durch ein Material wandert. Ein gepulster Laserstrahl erwärmt die Probenoberfläche, und die Temperaturänderung auf der gegenüberliegenden Seite wird überwacht. Dadurch lässt sich die Wärmediffusivität bestimmen, die angibt, wie schnell sich Wärme im Material ausbreitet.
• Wärmeleitfähigkeit: In Kombination mit der Dichte und der spezifischen Wärme kann die Wärmeleitfähigkeit eines Materials berechnet werden. Diese Eigenschaft ist essenziell für Anwendungen, in denen Materialien entweder Wärme effizient leiten oder isolieren müssen, wie in elektronischen Geräten oder Gebäudedämmstoffen