Unverstärktes, nicht hydrolysestabilisiertes PBT
Weidmüller und LANXESS konnten in Langzeit-Prüfverfahren zeigen, dass nicht hydrolysestabilisierte PBT-Bauteile über eine Lebensdauer von 40.000 Stunden einer Temperatur von 40 °C bei 85 Prozent relativer Luftfeuchtigkeit gewachsen sind (Foto: Lanxess)
Langzeitbeständig in natürlichen Weltklimaten
Unverstärktes, flammgeschütztes und nicht gegen Hydrolyse stabilisiertes Polybutylenterephthalat (PBT) ist gegenüber den weltweit natürlich auftretenden Klimaten dauerhaft beständig. Das ist das Ergebnis einer Untersuchung, die Weidmüller gemeinsam mit LANXESS an Probekörpern und Bauteilen aus dem PBT Pocan KU 2-7503/1 durchgeführt hat. „Wir konnten zeigen, dass entsprechende Bauteile – wie von vielen Kunden gefordert – über eine Lebensdauer von 40.000 Stunden einer Temperatur von 40 °C bei 85 Prozent relativer Luftfeuchtigkeit gewachsen sind. Diese für die Tropen typischen Bedingungen sind unter den natürlichen Weltklimaten der härteste Belastungsfall für PBT in punkto Abbau durch Hydrolyse“, erklärte Alexander Radeck, Experte für flammgeschützte Thermoplaste in der Anwendungsentwicklung der Business Unit Semi-Crystalline Products. Weil in der Studie ein flammgeschütztes PBT zum Einsatz kam, sind die Ergebnisse auch auf unverstärkte PBT-Typen übertragbar, die weder hydrolysestabilisiert noch brandwidrig ausgerüstet sind. Denn eine Additivierung mit Flammschutzmitteln erhöht die Empfindlichkeit des Thermoplasten gegenüber Hydrolyse.
Bislang war noch nicht mit Langzeit-Prüfverfahren systematisch analysiert worden, welche Lebensdauer elektrotechnische Bauteile aus nicht hydrolysestabilisiertem PBT wie Steckverbinder, Leiterplattenklemmen und -anschlüsse in beliebigen Klimaten der Erde haben. Vielmehr wurde das hydrolytische Abbauverhalten von PBT unter Langzeitbedingungen fast ausschließlich in Zeitraffertests bestimmt. „Diese beschleunigten Prüfungen spiegeln aber keine natürliche Klimabelastung wider, der sich etwa PBT-Steckverbinder in der überwiegenden Zahl ihrer Anwendungen stellen müssen“, so Dr. Claus Maertin, Projektmanager TE Kunststoffe, Technologieentwicklung, bei Weidmüller.
Prüfung an Bauteilen und Probekörpern
Die Untersuchungen erfolgten an Probekörpern sowie an Steckverbindern und Leiterplattenklemmen. An letzteren wurden der Isolationswiderstand (DIN EN 60512) und die Spannungs- und Stoßspannungsfestigkeit (IEC 60947-7-1) nach Lagerung u. a. in Normal- und Tropenklima geprüft. „Die elektrische Funktion der Bauteile wird auch nach Lagerung unter extremen Klimabedingungen nicht beeinträchtigt und ist daher trotz der Belastung nach Produktnorm gegeben“, so Radeck. Auch die Steck- und Ziehbarkeit bzw. Rastertreue der Bauteile bleibt nach Alterung erhalten.
Spürbare Hydrolyse erst unter überkritischen Bedingungen
Die PBT-Probekörper wurden nach Lagerung auf stoffliche Veränderungen und hinsichtlich ihrer mechanischen und elektrischen Eigenschaften untersucht. Die elektrische Durchschlagfestigkeit (IEC 60243-1) ließ selbst bei einer Probe, deren mechanische Kennwerte sich nach Lagerung in einem unnatürlichen überkritischen Prüfklima von 70 °C und 85 Prozent Luftfeuchte deutlich verschlechtert hatten, kaum nach. Die Zug- und Biegefestigkeiten (DIN EN ISO 527-2 bzw. 178) blieben auch nach Lagerung unter überkritischen Bedingungen bei 70 °C und 85 % Luftfeuchte weitgehend stabil. Weitaus empfindlicher reagierten dagegen die Schlagzähigkeit (Izod 1U) und die Viskositätszahl, die bereits bei 70 °C und 85 Prozent Luftfeuchte deutlich abfielen. Bei 55 °C und 85 Prozent Luftfeuchte nahm die Schlagzähigkeit der gelagerten Probekörper allerdings nur wenig ab.
Um die Langzeitbeständigkeit von nicht gegen Hydrolyse stabilisiertem PBT in natürlichem Klima mit Hilfe eines Arrhenius-Ansatzes zu berechnen, wurde die Izod-Schlagzähigkeit als Indikator-Kenngröße gewählt. Diese Indikatorgröße reagiert am empfindlichsten auf die gewählten Prüfklimate. „Selbst wenn sie Ausgangspunkt der Berechnungen ist, kann PBT die Kundenforderung nach einer Lebensdauer von 40.000 Stunden bei einer Temperatur von 40 °C und 85 Prozent relativer Luftfeuchte sicher erfüllen. Dieses Resultat deckt sich mit unserer Beobachtung, dass PBT-Steckverbinder aus unserem Hause schon seit drei Jahrzehnten weltweit über eine lange Dauer eingesetzt werden, ohne zu versagen“, so Maertin.
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Kapitel 14: Versuch und Erprobung - Umweltsimualtion
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