Zuhause / Nachrichten / Branchennachrichten / Haftungstest bestanden – Warum reißt die Beschichtung nach wiederholtem Falten und wird weiß?
Branchennachrichten
Flexible Substratbeschichtung · Wiederholte Faltenrisse
Funktionsstoffe, Kunstlederdeckschichten, flexible Verpackungsbeschichtungen und PVC- oder TPU-Substratbeschichtungen werden zu einem einzigen Zeitpunkt getestet – der anfänglichen Haftung –, versagen jedoch zu einem über die Zeit verteilten Punkt und wiederholten mechanischen Ereignissen. Der Riss, der nach der 500. Faltung auftritt, hat sich seit der ersten Faltung angehäuft.
Warum statische Haftungstests die Biegerissbeständigkeit nicht vorhersagen können
Bei einem statischen Adhäsionstest wird die Kraft einmal senkrecht auf eine ebene, ungestörte Oberfläche bei Umgebungsbedingungen ausgeübt. Durch wiederholtes Falten wird an einer sich bewegenden Biegelinie mehrfach eine Kraft mit widersprechender Spannung und Kompression ausgeübt, was zu akkumulierten thermischen und umweltbedingten Auswirkungen führt. Die beiden Belastungszustände haben mechanisch nahezu nichts gemeinsam – das Bestehen des einen sagt nichts Verlässliches über die Leistung unter dem anderen aus.
Falte 1
Elastische Verformung – die Beschichtung erholt sich vollständig
50 falten
Mikroschäden beginnen an der Faltlinie – noch nicht sichtbar
200 falten
Es entsteht eine Ermüdungszone – die Flexibilität der Beschichtung nimmt lokal ab
50 falten0
Sichtbare Risse oder Weißfärbung – die akkumulierte Schadensschwelle wurde überschritten
Die drei Hauptursachen für Biegeermüdungsrisse
Zyklische Spannungsakkumulation über die elastische Grenze hinaus
Jede Falte übt eine Zugspannung am Außenradius und eine Druckspannung am Innenradius der Biegung aus. Eine Beschichtung mit ausreichender Dehnung nimmt das Gummiband auf – sie verformt sich und kehrt zurück. Sobald bei jedem Zyklus eine größere Belastung entsteht, als sich die Beschichtung elastisch erholen kann, kommt es zu einer permanenten Mikroverschiebung. Nach genügend Zyklen erreicht der akkumulierte Schaden die Bruchschwelle.
Nichtübereinstimmung der Verformung zwischen Beschichtung und Substrat
An der Faltlinie müssen sich Substrat und Beschichtung gemeinsam verlängern. Wenn die Beschichtung eine wesentlich geringere Dehnung als das Substrat – oder ein Modul – aufweist, widersteht die Beschichtung der Verformung, die das Substrat ihr aufzuzwingen versucht. Dadurch entsteht eine Grenzflächenscherspannung, die sich an der Faltlinie konzentriert und mit jedem Zyklus zunimmt, bis ein Grenzflächenversagen entsteht.
Lokalisierte Spannungskonzentration an der Faltlinie
Durch wiederholtes Falten an derselben Stelle wird der Schaden jedes Zyklus genau in derselben Zone abgelagert. An der Faltlinie kommt es zu erheblichen Schäden als in den umliegenden Bereichen – weshalb Biegerisse als deutliche Linie und nicht als allgemeine Oberflächenverschlechterung auftreten.
Wichtige Formulierungseigenschaften für Biegefestigkeitsbeständigkeit
| Bruchdehnung | Muss die maximale Belastung am Außenradius der Faltlinie deutlich überschreiten – bei entstehenden Falten kann dies je nach Substrat und Faltradius eine Dehnung von 200–400 % erfordern |
| Elastische Erholung | Eine hohe elastische Erholung bedeutet, dass nach jedem Zyklus ein größerer Teil der Dehnungskapazität wie gespeichert wird – wodurch die fortschreitende Anhäufung bleibender Verformungen verhindert wird, die zu einer Ermüdungsversagen führen |
| Modulanpassung an das Substrat | Die Steifigkeit der Beschichtung sollte auf das Substrat abgestimmt sein – eine sehr steife Beschichtung auf einem sehr flexiblen Substrat erzeugt eine Grenzflächenscherung, die schädlicher ist als beides allein |
| Vernetzungsdichte | Übervernetzte Beschichtungen sind spröde und versagen bei zyklischer Beanspruchung schnell; Untervernetzte Beschichtungen weisen möglicherweise auf eine ausreichende Anfangsdehnung hin, diese jedoch verlieren, wenn die Umgebungsvernetzung während des Betriebs anhält |
| Gleichmäßige Filmdicke an den Faltlinien | Lokal dünne Zonen an den Faltlinien haben eine geringere Gesamtdehnungskapazität und versagen zuerst. Eine gleichmäßige Anwendung ist besonders wichtig bei Produkten, die an bestimmten Stellen gefaltet werden sollen |
Welcher Flex-Teststandard sollte zur Beurteilung der Beschichtungsleistung von Kunstleder verwendet werden?
Der am häufigsten verwendete Standard für die Biegefestigkeit von Kunstleder und beschichtetem Stoff ist der Bally-Flexometertest (ISO 5402), bei dem wiederholtes Falten in einem definierten Radius durchgeführt wird und die Anzahl der Zyklen bis zur sichtbaren Rissbildung ermittelt wird. Für andere flexible Substrate werden der Vamp-Flexometer- und der De-Mattia-Test verwendet. Die spezifischen Test- und Zyklusanzahlanforderungen sollten mit der Spezifikation des Endkunden bestätigt werden.
Erfordert die Biegeleistung bei niedrigen Temperaturen eine andere Formulierung als die Biegeleistung bei Raumtemperatur?
Ja – die Bruchdehnung des Polymers nimmt ab, wenn sich die Temperatur der Glasübergangstemperatur des Harzes nähert. Eine Beschichtung mit ausreichender Biegeleistung bei 23 °C kann bei –10 °C reißen, da ihre effektive Dehnung bei dieser Temperatur angenommen wird. Die Biegeleistung bei niedrigen Temperaturen ist eine besondere Spezifikationsanforderung und sollte bei der minimalen Betriebstemperatur und nicht nur bei Umgebungstemperatur getestet werden.
Biegerisse in flexiblen Substratbeschichtungen sind ein Ermüdungsversagen – das Ergebnis von Schäden, die sich Zyklus für Zyklus an der Faltlinie ansammeln und unsichtbar sind, bis die gesamte akkumulierte Verformung die verbleibende Elastizität der Beschichtung übersteigt. Statische Haftungstests haben für diesen Fehlermodus im Wesentlichen keinen Vorhersagewert. Bruchdehnung, elastische Erholung und Modulanpassung an das Substrat sind die Eigenschaften, auf die es ankommt.
