Mikroskopische Untersuchung von Polymerwerkstoffen

Mikroskopische Untersuchungsmethoden werden neben der reinen Forschungsarbeit in der Qualitätssicherung und der Schadensanalyse eingesetzt. Sie können Zusammenhänge zwischen dem strukturellen Aufbau eines Polymerwerkstoffs und seinen mechanischen Eigenschaften erklären, den Einfluß von Verarbeitungsparametern auf den Werkstoff oder Schädigungen, die zum Versagen führten, aufzeigen. Bei Untersuchungen an Rezyklaten ist der Nachweis und die Identifikation von polymeren und anderen Verunreinigungen von besonderem Interesse. Lichtmikroskopische Methoden im Durch- und Auflicht werden dabei durch Oberflächenuntersuchungen mit dem Rasterelektronenmikroskop ergänzt.

Probenpräparation

Für Durchlichtuntersuchungen werden von thermoplastischen Kunststoffen Dünnschnitte mit einem Schlitten- oder Rotationsmikrotom hergestellt. Bei sehr weichen Werkstoffen ist dabei eine Kühlung der Probe notwendig. Zur dauerhaften Konservierung kann der Schnitt auf einem Objektträger in Acrylharz eingebettet werden. Verstärkte Kunststoffe werden in ein kaltaushärtendes Epoxid-Harz eingebettet und anschließend angeschliffen und poliert. Der Zusatz eines fluoreszierenden Farbstoffs zum Einbettmittel kommt bei Rißuntersuchungen zum Einsatz. Zur Untersuchung der Matrixstruktur von faserverstärkten Kunststoffen im Durchlicht oder bei geometrisch ungünstig geformten Thermoplastproben wird ein Dünnschliff hergestellt. Proben für das Rasterelektronenmikroskop werden zur Vermeidung von Aufladungen im Sputter mit Gold oder Kohle beschichtet.

Mikroskopische Untersuchung

Dünne Proben reiner Kunststoffe sind lichtdurchlässig. Durch einen Eingriff in den Strahlengang eines Lichtmikroskops ist eine Kontrastierung möglich und verschiedene Problemstellungen untersuchbar:

Durchlicht Hellfeld Verunreinigungen
Polarisation Sphärolithstruktur, Orientierungen
Phasenkontrast Polymergemische
Auflicht Hell-, Dunkelfeld Verunreinigungen, Risse
Differentialinterferenzkontrast Faserverteilung
Fluoreszenz Risse

Das Rasterelektronenmikroskop wird aufgrund seiner großen Tiefenschärfe z. B. zur Bruchflächenanalyse verwendet. Eine am Lehrstuhl entwickelte Mikrozug-Anlage ermöglicht die mikroskopische Untersuchung eines Dünnschnittes während des Zugversuchs.


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Seminare

Der Lehrstuhl für Kunststofftechnik bietet in regelmäßigen Abständen ein Seminar zur Präparation und lichtmikroskopischen Untersuchung von Polymerwerkstoffen an. Dabei werden die Methoden und ihre Anwendung theoretisch und praktisch vorgestellt.

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