DE102016212229A1 - Schrumpfmesszelle und Verfahren zum gleichzeitigen Erfassen von Volumenschwund und Modul beim Härten eines Reaktionsharzes - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schrumpfmesszelle (1) zur gleichzeitigen Erfassung von Volumenschwund und Modul während eines Härtungsverlaufes eines Reaktionsharzes (2), umfassend ein Gefäß (4) zur Aufnahme des Reaktionsharzes (2) und ein im Gefäß (4) oder außerhalb des Gefäßes (4) angeordnetes mechanisches Element. Die Erfindung betrifft weiter ein Verfahren zur gleichzeitigen Erfassung von Volumenschwund und Modul während eines Härtungsverlaufes eines Reaktionsharzes (2), wobei das Reaktionsharz (2) in das Gefäß (4) der Schrumpfmesszelle (1) eingebracht wird, wobei die Schrumpfmesszelle (1) in ein Messgerät (9) eingesetzt wird, das einen beweglichen Messaufnehmer (8) umfasst, mittels dessen eine Messkraft (F) auf das Reaktionsharz (2) ausgeübt wird, wobei mittels des Messgeräts (9) Kräfte und Längenänderungen des Reaktionsharzes (2) erfasst werden, wobei die Messkraft (F) einen zeitlich konstanten Kraftanteil (Fconst) und einen dynamischen Kraftanteil (Fdyn) umfasst, wobei der bewegliche Messaufnehmer (8) zur Aufrechterhaltung des zeitlich konstanten Kraftanteils durch das Messgerät (9) nachgeführt und eine sich aus der Nachführung ergebende Längenänderung zur Bestimmung des Volumenschwunds aufgezeichnet wird, wobei mittels des Messgeräts (9) eine Wegeamplitude (Adyn(t)) und eine dynamische Kraftamplitude (Fdyn(t)) infolge des dynamischen Kraftanteils aufgezeichnet werden, wobei der Modul zumindest aus der Wegeamplitude (Adyn(t)) und der dynamischen Kraftamplitude (Fdyn(t)) bestimmt wird.

Description

• Die Erfindung betrifft eine Schrumpfmesszelle und ein Verfahren zum gleichzeitigen Erfassen von Volumenschwund und Modul beim Härten eines Reaktionsharzes.
• Für die Entwicklung und Fertigung von Klebverbunden, die als Funktionsbauteile in optischen oder elektronischen Geräten eingesetzt werden, spielen der reaktionsbedingte Volumenschwund sowie der mit der Härtung verbundene Anstieg des Moduls eine entscheidende Rolle. Kritisch sind dabei der Aufbau von Materialspannungen sowie die damit einhergehenden Deformationen der Fügepartner eines Klebverbundes. Beispielsweise kann sich bei der Verklebung von Präzisionsoptiken in Edelstahlfassungen durch ungenügende Dimensionierung des Klebverbundes die Abbildungsleistung während der Aushärtung derart verschlechtern, dass die geklebte Optik unbrauchbar wird. Beim Verguss von Elektronikkomponenten kann bei ungünstiger Dimensionierung oder bei der Auswahl ungeeigneter Vergussmassen sogar das Totalversagen ganzer Baugruppen beobachtet werden. Auswirkungen der härtungsbedingten Volumenschwindung in Verbindung mit der Modulzunahme können bei jedem Klebverbund beobachtet werden. Hilfreich für derartige Anwendungen ist es, wenn die zu erwartenden Auswirkungen vor dem Herstellen von Klebverbindungen eingeschätzt werden können.
• Im Stand der Technik wird dieses Problem mit Hilfe mathematischer Betrachtungen wie beispielweise numerischen Simulationen gelöst. Nach den derzeit zur Anwendung kommenden Ansätzen werden hierfür sehr umfangreiche Kenntnisse über den Reaktionsmechanismus, die Vernetzungseigenschaften, die Reaktionskinetik und die Materialeigenschaften des Klebstoffes während der gesamten Härtungsphase benötigt. Die gängigen numerischen Ansätze eignen sich insbesondere für Klebstoffsysteme, bei denen die Härtung oberhalb der Raumtemperatur erfolgt. Das grundsätzliche Problem dabei ist, dass sich diese Lösungsansätze nicht realitätsnah auf die nichtthermische Härtung eines Klebverbundes bei Raumtemperatur übertragen lassen. Gerade in den Bereichen Optik und Elektronik ist die thermische Härtung oft nicht zulässig, da Effekte zu minimieren sind, die sich beim Abkühlen aus den unterschiedlichen thermischen Längenänderungen der Fügeteile und/oder der Harzmasse ergeben können.
• Die Kombination der beiden sich entwickelnden Materialeigenschaften Volumenschwund und Modul ist die wesentliche Ursache für den Aufbau von Spannungen in ansonsten unbelasteten Klebeverbindungen.
• Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, eine grundsätzliche Möglichkeit zum gleichzeitigen Erfassen von Volumenschwund und Modul beim Härten eines Reaktionsharzes anzugeben.
• Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Schrumpfmesszelle mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 6.
• Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
• Eine erfindungsgemäße Schrumpfmesszelle zur gleichzeitigen Erfassung von Volumenschwund und Modul während eines Härtungsverlaufes eines Reaktionsharzes umfasst ein Gefäß zur Aufnahme des Reaktionsharzes und ein im Gefäß oder außerhalb des Gefäßes angeordnetes mechanisches Element.
• Die Schrumpfmesszelle ermöglicht die gleichzeitige Erfassung von Volumenschwund und Modul einer einzelnen Probe des Reaktionsharzes.
• In einer Ausführungsform der Erfindung ist das mechanische Element als ein elastisches Element, beispielsweise eine Zugfeder und/oder eine Druckfeder, ausgebildet.
• Statt des elastischen Elements kann ein beliebiges, das heißt ggfs. nicht-elastisches mechanisches Element verwendet werden. Beispielsweise kann die elastische Wirkung über einen Elektromagneten, ähnlich wie in Präzisionswaagen, erzeugt werden.
• In einer Ausführungsform der Erfindung sind/ist das Gefäß und/oder das elastische Element aus Metall gebildet und/oder das Gefäß weist Kühlrippen und/oder Kanäle für ein Kühlmedium auf.
• In einer Ausführungsform der Erfindung ist das Gefäß starrwandig ausgebildet. Aufgrund der starren Wandungen wird die Empfindlichkeit für die Beobachtung des Volumenschwunds erhöht.
• Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zur gleichzeitigen Erfassung von Volumenschwund und Modul während eines Härtungsverlaufes eines Reaktionsharzes wird das Reaktionsharz in das Gefäß der Schrumpfmesszelle eingebracht, wobei die Schrumpfmesszelle in ein Messgerät eingesetzt wird, das einen beweglichen Messaufnehmer umfasst, mittels dessen eine Messkraft auf das Reaktionsharz ausgeübt wird, wobei mittels des Messgeräts Kräfte und Längenänderungen des Reaktionsharzes erfasst werden, wobei die Messkraft einen zeitlich konstanten Kraftanteil und einen dynamischen Kraftanteil umfasst, wobei der bewegliche Messaufnehmer zur Aufrechterhaltung des zeitlich konstanten Kraftanteils durch das Messgerät nachgeführt und eine sich aus der Nachführung ergebende Längenänderung zur Bestimmung des Volumenschwunds aufgezeichnet wird, wobei mittels des Messgeräts eine Wegeamplitude und eine dynamische Kraftamplitude infolge des dynamischen Kraftanteils aufgezeichnet werden, wobei der Modul zumindest aus der Wegeamplitude und der dynamischen Kraftamplitude bestimmt wird. Zu Beginn der Messung, solange das Reaktionsharz flüssig ist, kann dieses keine Kräfte aufnehmen. Die Messkraft wirkt daher zu Beginn der Messung zunächst auf das elastische Element und erst mit zunehmender Härtung des Reaktionsharzes auch auf dieses.
• In einer Ausführungsform der Erfindung wird das Gefäß passiv oder aktiv während der Messung so temperiert, dass der Messvorgang isotherm durchgeführt wird.
• In einer Ausführungsform der Erfindung erfolgt die Temperierung so, dass die Messung in einem Temperaturbereich zwischen –100 °C und 300 °C, bevorzugt in einem Temperaturbereich zwischen –40 °C und 150 °C, besonders bevorzugt in einem Temperaturbereich zwischen 0 und 90 °C durchgeführt wird.
• In einer Ausführungsform der Erfindung werden die durch die Messung gewonnenen Daten für den Volumenschwund und das Modul mit Hilfe von Messungen eines Gesamtvolumenschwundes und eines Elastizitätsmoduls oder eines Schubmoduls oder eines Torsionsmoduls kalibriert.
• Unter Gesamtvolumenschwund wird ein gesamter Schwund verstanden, den ein Reaktionsharz beim Härten aufweist (vgl. Norm 3521). Als Volumenschwund wird der zeitliche Verlauf der Volumenabnahme des Reaktionsharzes oder einzelner Punkte dieses Verlaufs bezeichnet.
• In einer Ausführungsform der Erfindung wird als Messgerät ein thermisch-mechanisches Analysegerät oder eine Zugprüfmaschine verwendet.
• Mittels der erfindungsgemäßen Lösung können die Materialeigenschaften Volumenschwund und Modul von Reaktionsharzen, wie Klebstoffen und Vergussmassen in Korrelation zueinander sowie über den gesamten Härtungsverlauf erfasst werden. Sind härtungsbedingter Volumenschwund sowie der zugehörige Anstieg im Modul eines Klebstoffes bekannt, können die bei der Härtung zu erwartenden Verspannungen eines Klebverbundes durch numerische Simulationen mit geringerem Aufwand vorhergesagt werden, als dies bei dem bekannten Ansatz über die Reaktionskinetik und die Reaktionsmechanismen der Harzmassen möglich ist.
• Grundsätzlich entspricht die Aufgabe zur gleichzeitigen Erfassung von Volumenschwund und Modul der Problematik der Heisenbergschen Unschärferelation, denn für die Bestimmung des Moduls ist eine Deformation erforderlich und für die Bestimmung einer Volumen- oder Längenänderung sind zeitlich konstante Kräfteverhältnisse erforderlich. Da beide Anforderungen gegensätzlich sind, ist die gleichzeitige und exakte physikalische Ermittlung beider Größen scheinbar nicht möglich. Überraschenderweise kann die beschriebene Aufgabe dennoch gelöst werden, indem eine Harzmasse einer zeitlich konstanten Krafteinwirkung ausgesetzt und zusätzlich mit einer betragsmäßig kleineren dynamischen Kraft belastet wird. Die Krafteinwirkung kann, solange das Reaktionsharz flüssig ist, nicht direkt erfolgen, sondern muss über das parallel wirksame elastische Element stabilisiert werden. Während der Härtung verändert der Volumenschwund messbar das zwischen Messgerät und elastischem Bereich eingestellte statische Kräfteverhältnis, da das elastische Element bestrebt ist, sich zusammen mit der Harzmasse zu verformen. Da das elastische Element eingespannt ist, wandelt sich die Verformung in eine sich ändernde statische Kraft am elastischen Element. Das Analysengerät kann diese Änderung feststellen und führt die bewegliche Probenaufnahme soweit nach bis das vorgegebene Kräftegleichgewicht am elastischen Element der Messzelle wieder hergestellt ist. Bei genügend genauer Nachführung der Länge der Messstrecke (und/oder des Messfühlers vom Messgerät), kann die statische Kraft nahezu konstant gehalten werden. Auf diese Weise wird eine Längenänderung detektierbar, die dem reaktionsbedingten Volumenschwund entspricht. Das Gefäß kann während der Messung temperiert werden, damit sich die Temperatur nicht ändert, so dass vermieden wird, eine Überlagerung aus Volumenschwund und thermischer Ausdehnung zu detektieren.
• Die Zunahme des Moduls verändert messbar das dynamische Kräfteverhältnis und/oder die dynamische Weg-Amplitude. Unter Berücksichtigung der statischen sowie dynamischen Deformationen und Kräfteverhältnisse können Größen errechnet werden, die sich analog zur zeitlichen Veränderung des Volumenschwunds und/oder des Moduls verhalten.
• In einer Ausführungsform der Erfindung wird die Messung mit einem Probenvolumen zwischen 0,1 ml und 10 ml, bevorzugt mit einem Probenvolumen zwischen 0,1 ml und 5 ml und besonders bevorzugt mit einem Probenvolumen zwischen 0,1 ml und 1 ml durchgeführt.
• In einer Ausführungsform der Erfindung liegt die Topfzeit des zu untersuchenden Reaktionsharzes im Bereich von wenigen Minuten bis zu mehreren Wochen, besonders bevorzugt im Bereich von wenigen Stunden bis zu mehreren Tagen.
• Die Ergebnisse der Messung können für mathematische Berechnungen, besonders bevorzugt für numerische Simulationen, besonders bevorzugt für die FEM-Analyse des Verhaltens von Klebungen und Vergüssen während der Härtung benutzt werden.
• In einer Ausführungsform der Erfindung kann eine durch den Volumenschwund verursachte Verformung der Harzoberfläche mit Hilfe optischer, auf Interferenzerscheinungen beruhender Verfahren beobachtet werden.
• Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
• Darin zeigen:
• 1 eine schematische Ansicht eines Messgerätes mit einer Schrumpfmesszelle mit einem innerhalb eines härtenden Reaktionsharzes angeordneten elastischen Element,
• 2 eine vereinfachte schematische Ansicht der Schrumpfmesszelle,
• 3 eine schematische Ansicht eines Messgerätes mit einer Schrumpfmesszelle mit einem außerhalb eines härtenden Reaktionsharzes angeordneten elastischen Element,
• 4 eine vereinfachte schematische Ansicht der Schrumpfmesszelle,
• 5 ein Diagramm mit einem Signalverlauf einer für eine Messung benötigten Kraft am elastischen Element über der Zeit,
• 6 ein Diagramm zur Darstellung eines exemplarischen zeitlichen Verlaufs des Volumenschwundes in einem Reaktionsharz bei der Aushärtung, und
• 7 ein Diagramm zur Darstellung eines exemplarischen zeitlichen Verlaufs des Moduls in einem Reaktionsharz bei der Aushärtung.
• Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
• 1 ist eine schematische Darstellung eines Messgerätes 9 mit einer Schrumpfmesszelle 1 mit einem innerhalb eines härtenden Reaktionsharzes 2 angeordneten elastischen Element 3. 2 ist eine vereinfachte schematische Ansicht der Schrumpfmesszelle 1 mit dem innerhalb des härtenden Reaktionsharzes 2 angeordneten elastischen Element 3.
• Die Schrumpfmesszelle 1 umfasst ein Gefäß 4 und das elastische Element 3 mit einem elastischen Bereich 5, der innerhalb des Reaktionsharzes 2 angeordnet ist.
• Das Gefäß 4 dient der Aufnahme des Reaktionsharzes 2 und des elastischen Elements 3. Das Gefäß 4 soll hinreichend starr und/oder steif sein, um die Wirkung des Reaktionsschwundes vom Reaktionsharz 2 in mindestens zwei Raumrichtungen zu sperren. Auf diese Weise wird die Empfindlichkeit für die Erfassung des wirksam werdenden Reaktionsschwunds in Richtung einer Messkraft F maximiert. Das Gefäß 4 kann starr mit einer unbeweglichen Spannklemme 7 des Messgerätes 9 verbunden werden. Dies ist jedoch nur erforderlich, falls beispielsweise das Gefäß 4 aktiv temperiert werden soll. Da hauptsächlich das Gefäß 4 für den Wärmeaustausch mit der Umgebung verantwortlich ist, sollte dies gegebenenfalls bei dessen Dimensionierung berücksichtigt werden.
• Das elastische Element 3 weist zwei Enden auf, die jeweils starre Abschnitte 6 mit einem großen Elastizitäts-Modul und/oder großem Querschnitt umfassen. Einer der starren Abschnitte 6 wird starr mit dem Gefäß 4 oder der starren Spannklemme 7 des Messgerätes 9 verbunden, während der zweite starre Abschnitt 6 mit einem beweglichen Messaufnehmer 8 des Messgerätes 9 verbunden wird. Zwischen den beiden starren Abschnitten 6 wird die Steifigkeit des elastischen Elements 3 durch den elastischen Bereich 5 reduziert, beispielsweise durch Materialanpassung oder durch Geometrieanpassung, wie beispielsweise dem Ausformen einer Feder.
• In der in den 1 und 2 gezeigten Ausführungsform ist der elastische Bereich 5 vollständig vom Reaktionsharz 2 umhüllt.
• 3 ist eine schematische Darstellung des Messgerätes 9 mit einer Schrumpfmesszelle 1 mit einem außerhalb eines härtenden Reaktionsharzes 2 angeordneten elastischen Element 3. 4 ist eine vereinfachte schematische Ansicht der Schrumpfmesszelle 1, wobei das elastische Element 3 außerhalb des härtenden Reaktionsharzes 2 angeordnet ist.
• Die Schrumpfmesszelle 1 dieser Ausführungsform umfasst ein Gefäß 4 und das elastische Element 3 mit einem elastischen Bereich 5, der außerhalb des Reaktionsharzes 2 angeordnet ist.
• Das Gefäß 4 dient der Aufnahme des Reaktionsharzes 2. Das Gefäß 4 soll hinreichend starr und/oder steif sein, um die Wirkung des Reaktionsschwundes vom Reaktionsharz 2 in mindestens zwei Raumrichtungen zu sperren. Auf diese Weise wird die Empfindlichkeit für die Erfassung des wirksam werdenden Reaktionsschwunds in Richtung einer Messkraft F maximiert. Das Gefäß 4 kann starr mit einer unbeweglichen Spannklemme 7 des Messgerätes 9 verbunden werden. Dies ist jedoch nur erforderlich, falls beispielsweise das Gefäß 4 aktiv temperiert werden soll. Da hauptsächlich das Gefäß 4 für den Wärmeaustausch mit der Umgebung verantwortlich ist, sollte dies gegebenenfalls bei dessen Dimensionierung berücksichtigt werden.
• Das elastische Element 3 weist zwei Enden auf, die jeweils starre Abschnitte 6 mit einem großen Elastizitäts-Modul und/oder großem Querschnitt umfassen. Einer der starren Abschnitte 6 wird starr mit dem Gefäß 4 oder der starren Spannklemme 7 des Messgerätes 9 verbunden, während der zweite starre Abschnitt 6 mit einem beweglichen Messaufnehmer 8 des Messgerätes 9 verbunden wird. Zwischen den beiden starren Abschnitten 6 wird die Steifigkeit des elastischen Elements 3 durch den elastischen Bereich 5 reduziert, beispielsweise durch Materialanpassung oder durch Geometrieanpassung, wie beispielsweise dem Ausformen einer Feder.
• In der in den 3 und 4 gezeigten Ausführungsform befindet sich der elastische Bereich 5 vollständig außerhalb des Reaktionsharzes 2.
• Viskosität und Modul sind Materialeigenschaften mit sehr ähnlicher Bedeutung, die insbesondere im Übergangsbereich von flüssig zu fest sowie bei Kunststoffen generell, als komplexe Größen beschrieben werden. Das viskoelastische Verhalten eines Reaktionsharzes 2 ist bereits während der Härtung eine Materialeigenschaft, die auch als komplexer Modul M*_Harz = M'_Harz + jM''_Harz beschrieben werden kann. Während das Reaktionsharz 2 flüssig ist, spricht man zwar bevorzugt von der Viskosität (oder der komplexen Viskosität); die Beschreibung als komplexer Modul M*_Harz ist jedoch vollkommen gleichwertig.
• Der komplexe Modul M*_Harz umfasst einen Realteil M'_Harz und einen Imaginärteil M''_Harz. Der Realteil M'_Harz = f(t) des komplexen Moduls M*_Harz beschreibt das Verhalten eines Materials bei einer einwirkenden Kraft und der resultierenden reversiblen Deformation, ohne dass zwischen der einwirkenden Kraft und der resultierenden reversiblen Deformation eine Phasenverschiebung auftritt. Man spricht hierbei auch vom Speichermodul oder vom ideal elastischen Anteil des Moduls. Der Imaginärteil M''_Harz = f(t) des komplexen Moduls M*_Harz entspricht technisch einer Dämpfung D_Harz(t), wodurch bei einer zyklischen Anregung mit einem Kraftsignal eine um 90° phasenverschobene Deformation erfolgt. Man spricht hierbei auch vom Verlustmodul oder dem viskosen Anteil im Materialverhalten. Um die während der Härtung auftretenden Kräfte, Deformationen sowie die Phasenverschiebungen zwischen beiden Größen in die komplexen Bestandteile zerlegen zu können und daraus das viskoelastische Verhalten des Reaktionsharzes 2 als komplexen Modul M* = M' + jM'' abzuleiten, ist es vorteilhaft, wenn das elastische Element 3 in den 1 bis 4 eine möglichst geringe Dämpfung M''_Feder(t) = D[t] ==> 0 und/oder ein zeitlich konstantes, ideal elastisches Verhalten aufweist, das heißt dass der Realteil M'_Feder[t] = E[t] = const des Moduls des elastischen Elements 3 zeitlich konstant ist.
• Das Reaktionsharz 2 kann im flüssigen Zustand nicht mit einer konstanten statischen Kraft belastet werden. Es wird daher zunächst in einem Gefäß 4 gehaltert und das Reaktionsharz 2 im Gefäß 4 durch ein quasi ideal elastisches Element 3 stabilisiert. Erst mit einsetzender Härtung des Reaktionsharzes 2 steigen Volumenschwund und Viskosität und/oder komplexer Modul M*_Harz des Reaktionsharzes 2 und beeinflussen das Kräftegleichgewicht zwischen den Komponenten der Schrumpfmesszelle 1, dem Reaktionsharz 2 und dem Messgerät 9 messbar.
• In ihrer einfachsten Ausführungsform ist die erfindungsgemäße Schrumpfmesszelle 1 ein Zusatzwerkzeug, welches in das Messgerät 9 beispielsweise einen handelsüblichen dynamisch-mechanischen Analysator, eingebaut werden kann. In diesem Fall kann die Schrumpfmesszelle 1 den in den 1 bis 4 gezeigten Schemata entsprechen.
• Mit Hilfe von Elastizitätsgesetzen wird die Beziehung zwischen Kraft und Deformationsgrößen hergestellt. Durch die Einwirkung von Kräften ergeben sich Spannungen in der belasteten Geometrie eines Materials, diese führen zu Deformationen und/oder Dehnungen. Die physikalische Beziehung zwischen den auftretenden Spannungen und Dehnungen ist ein Stoffgesetz. Aus der Spannungs-Dehnungskurve eines Zugversuchs kann somit der Elastizitätsmodul E eines Materials ermittelt werden. Bei Biegeversuchen würde der Schubmodul, bei Torsionsversuchen der Torsionsmodul, bei Druckversuchen der Kompressionsmodul bestimmt werden. Entscheidend ist hierbei die Frage nach der Form des betrachteten Querschnittes und in welcher Richtung dieser Querschnitt belastet wird. Der Elastizitätsmodul E wird in einem Zugversuch bestimmt und kann bei rechteckigen Probenquerschnitten durch folgende Formel aus den experimentellen Daten berechnet werden

  

  l₀ – Probenlänge A – Querschnittsfläche F – Kraft Δl – Deformation
• Die erste Schreibweise in Formel 1 ist günstig, da hierin die zur Berechnung des Elastizitätsmoduls benötigten Größen in geometrisch relevante Probekörperabmessungen (l_o/A) und experimentell relevante Messgrößen (F/Δl) aufgeteilt sind. Allgemein lässt sich aus den Probekörperabmessungen und der Richtung, aus welcher der Probekörper belastet wird, ein so genannter Geometriefaktor GF bilden, welcher formal die Aufgabe erfüllt die Messgrößen (F/Δl) zu wichten und/oder entsprechend M = GF·F/Δl zu kalibrieren. Weiterhin ist es beispielsweise möglich mit E = 2G·(1 + v) einem Elastizitätsmodul mit Hilfe der Querkontraktionszahl v in einen Schubmodul G umzurechnen (vgl. beispielsweise GROSS/-HAUGER/SCHRÖDER/WALL, Technische Mechanik 2, 11. Auflage, Springer, 2012, Heidelberg). Bei der erfindungsgemäßen Schrumpfmesszelle 1 kann dieser Umstand genutzt werden, um die Messsignale (Verhältnis aus dynamischer Kraft und dynamischer Amplitude) nachträglich mit einem im Standardversuch (beispielsweise Zugversuch) gewonnenen Modul M (beispielsweise einem Elastizitätsmodul E) zu kalibrieren. Die Ausführungsform der Schrumpfmesszelle 1 gemäß 1 bis 4 erlaubt die Ermittlung eines Moduls M, der kein reiner Elastizitäts-, Schub-, Scher-, Torsions-, oder Kompressionsmodul ist aber als Mischform aus Elastizitäts-, Schub-, Scher-, Torsions-, oder Kompressionsmodul betrachtet wird und/oder werden kann und als mechanischer Modul bezeichnet wird. Der mechanische Modul sollte mit bekannten Modulen (beispielsweise vom ausgehärteten Reaktionsharz 2) kalibriert oder aber als relativer Kurvenverlauf angegeben werden. Durch Anpassung der Geometrie der Schrumpfmesszelle 1 oder genauer der Geometrie der Innenwand des Gefäßes 4 und damit des härtenden Reaktionsharzes 2 ist es aber auch möglich, den gewünschten Modulverlauf direkt zu messen.
• Die Schrumpfmesszelle 1 umfasst ein starrwandiges Gefäß 4, welches mindestens einseitig geöffnet ist. Die Innenwände des Gefäßes 4 definieren den eigentlichen Probenraum der Schrumpfmesszelle 1. Im Gefäß 4 (siehe 1 und 2) oder parallel zum Gefäß 4 (siehe 3 und 4) der Schrumpfmesszelle 1 befindet sich das quasi ideal elastische Element 3, das einen zeitlich konstanten Elastizitätsmodul E[t] = const. aufweist.
• Die Federkonstante beschreibt die Wirkung der Verspannung des elastischen Elementes 3 (Deformation führt zum Aufbau einer Kraftwirkung und/oder das Einwirken einer Kraft führt zu einer Verformung).
• Dynamisch-mechanische Analysatoren ermitteln aus den statischen und dynamischen Kräfte- und/oder Amplitudenverläufen sowie deren Phasenverschiebungen eine Größe, die dem komplexen Modul M*_Harz des härtenden Reaktionsharzes 2 entspricht. Diese Größe ist lediglich um den Anteil zu korrigieren, welcher durch das elastische Element 3 hervorgerufen wird. Da das elastische Element 3 nur einen konstanten Beitrag im Realteil M'_Feder[t] der elastischen Größe liefert, bildet der vom als dynamisch-mechanischer Analysator ausgebildeten Messgerät 9 berechnete Kurvenverlauf den zeitlichen Modulverlauf plus einem dem elastischen Element 3 entsprechenden Offset ab. Durch geeignete Konstruktion der Schrumpfmesszelle 1 ist es möglich, die komplexen Modulverläufe absolut zu messen. Bei einfacher Gestaltung der Schrumpfmesszelle 1 ist es auch möglich die Kurvenverläufe nachträglich zu kalibrieren.
• Bei der einfachen Gestaltung der Schrumpfmesszelle 1 gemäß 1 und 2 oder 3 und 4 kann der Umstand genutzt werden, dass dem Stand der Technik entsprechend unterschiedliche Module ineinander umgerechnet werden können. Die einfache Ausführungsform der Schrumpfmesszelle 1 erlaubt die Ermittlung eines Moduls M, welcher kein reiner Elastizitäts-, Schub-, Torsions-, oder Kompressionsmodul ist und aufgrund seiner Mischform gelegentlich als mechanischer Modul bezeichnet wird. Dennoch können die Messsignale und/oder der ermittelte Modul M nachträglich mit einem im Standardversuch (beispielsweise im Zugversuch) gewonnenen Modul M wie beispielsweise einem Elastizitätsmodul E kalibriert werden. Klar ist, dass bei Verwendung der einfachen Messzelle der mechanische Modul M mit bekannten Modulen (beispielsweise vom ausgehärteten Harz) kalibriert werden sollte, um beispielsweise die Zunahme des Elastizitätsmoduls E während der Härtung diskutieren und/oder beschreiben zu können. Durch Anpassung der Geometrie der Schrumpfmesszelle 1 und/oder der Geometrie des Gefäßes 4 und damit der Probengeometrie sowie gegebenenfalls in Verbindung mit einer Änderung der Krafteinleitung in das Reaktionsharz 2 ist es möglich, jeden gewünschten Modulverlauf (beispielsweise Schub- oder Torsionsmodul) direkt zu bestimmen. Im Fall der direkten Bestimmung des Elastizitätsmoduls E kann beispielsweise ein Silikonschlauch als Gefäß 4 verwendet und das Reaktionsharz 2 in den Silikonschlauch gefüllt werden. Die Enden des Silikonschlauchs werden nach dem Befüllen mit Kappen (beispielsweise aus Edelstahl) verschlossen. Die so erhaltene Schrumpfmesszelle 1 kann direkt in ein entsprechendes Messgerät 9 eingebaut werden. Der Abstand l₀ zwischen den Kappen und der Innendurchmesser d des Silikonschlauches bilden den zylinderförmigen Probenraum. Aus der sich ergebenden Probengeometrie kann mit Hilfe der Formel

  

  der Elastizitätsmodul E ohne zusätzliche Korrektur aus den Messwerten (dynamische Kraftamplitude F_dyn und dynamische Wegamplitude A_dyn) berechnet werden. Bei einfachen Probengeometrien, wie dem beschriebenen Zylinder, geschieht diese Berechnung bereits durch das Messgerät 9. Da Silikone im Temperaturbereich zwischen –100 °C und 250 °C eine nur sehr geringe Dämpfung M''_Silikon << M'_Silikon aufweisen, übernimmt in dieser Ausführungsform der als Gefäß 4 dienende Silikonschlauch auch die Aufgabe des elastischen Elementes.
• Es ist darauf zu achten, dass keine Teile des elastischen Bereichs 5 in Reihe zum härtenden Reaktionsharz 2 wirksam sind. Dadurch wird sowohl die Maximierung der Empfindlichkeit für den reaktionsbedingten Volumenschwund sowie für den Modul M realisiert. Das elastische Element 3 soll selbst nur eine geringe Kriechneigung aufweisen. Hierzu kann das elastische Element 3 beispielsweise aus Kupfer oder Edelstahl gebildet sein.
• 5 ist ein Diagramm mit einem exemplarischen Signalverlauf einer für eine Messung benötigten Kraft F am elastischen Element 3 über der Zeit t. Der dynamische Teil des dargestellten exemplarischen Kraftsignals ist harmonisch. Der dynamische Kraftanteil kann jedoch jeden beliebigen Signalverlauf aufweisen, das heißt auch nichtharmonisch sein.
• Die für die Messung benötigte Messkraft F beeinflusst die Empfindlichkeit der Messung und ergibt sich wie folgt: F = Messkraft = F_const[f(t) = const.] + F_dyn[f(t,f)] mit F_const > F_dyn, und z. B. F_dyn[f(t,f)] = F_s(t)*sin(ωt) mit F_const > F_s wobei ω die Kreisfrequenz und f die Messfrequenz mit f = ω/2π ist.
• Die Messkraft F setzt sich aus einem zeitlich konstanten Kraftanteil F_const und einem dynamischen Kraftanteil F_dyn zusammen. Der dynamische Kraftanteil F_dyn darf dabei zeitlich variieren. Der maximale Betrag der dynamischen Kraft-Amplitude F_S des dynamischen Kraftanteils F_dyn soll zu jedem Zeitpunkt kleiner sein als der Betrag des zeitlich konstanten Kraftanteils F_const.
• Die Schrumpfmesszelle 1 wird in einem Messgerät 9 verwendet, welches eine Kraft wie die beschriebenen Messkraft F erzeugen kann. Gleichzeitig soll das Messgerät 9 Längenänderungen sowie die Phasenverschiebung zwischen Kraft- und Weg-Amplitudensignal erfassen können. Prinzipiell eignen sich als Messgerät 9 dynamisch-mechanische Analysatoren, thermomechanische Analysatoren, Dilatometer, Rheometer und Zugprüfmaschinen für die Verwendung der Schrumpfmesszelle 1. Geeignet sind auch Messgeräte 9, bei denen die Längenänderungen des Probenfüllstandes in der Schrumpfmesszelle 1 durch optische, auf dem Interferenzeffekt beruhende Verfahren wie beispielsweise dem digitalen Holographieverfahren, verfolgt werden kann. Die Verwendung der Schrumpfmesszelle 1 in diesen Messgeräten 9 erfolgt analog zur Verwendung im dynamisch-mechanischen Analysator. Das Messgerät 9 muss jedoch Kraft und/oder Wegsignale erfassen können.
• In einer Ausführungsform ist das elastische Element 3 oder zumindest dessen elastischer Bereich 5 als Spiralfeder oder Schraubenfeder ausgeführt. Dabei können über geometrische Parameter, beispielsweise Drahtstärke, Anzahl der Windungen, Durchmesser der Spirale, Steigung sowie durch entsprechende Materialwahl die Federsteifigkeit und der linear-elastische Bereich des Federwegs eingestellt werden. Über die Steifigkeit des elastischen Elementes 3 oder dessen elastischen Bereichs 5 wird die Empfindlichkeit oder der realisierbare Messbereich für den mechanischen Modul M eingestellt. Über die Füllhöhe des Reaktionsharzes 2 wird die Empfindlichkeit für den härtungsbedingten Volumenschwund des Reaktionsharzes 2 eingestellt.
• Die Erhöhung der statischen und dynamischen Messkräfte erhöht die Messempfindlichkeit für große mechanische Module M und damit die Empfindlichkeit innerhalb des Bereichs, in welchem sich die Reaktionsharze 2 im vermeintlich festen Zustand befinden, aber dennoch signifikante Nachhärtung festgestellt werden kann.
• Über den maximalen Betrag der dynamischen Weg-Amplitude A_s wird in erster Linie die Empfindlichkeit für die Messung des mechanischen Moduls M im flüssigen bis zu Beginn des festen Zustandes des untersuchten Reaktionsharzes 2 beeinflusst. Sehr große dynamische Weg-Amplituden A_s führen ähnlich wie bei rheologischen Messungen zu einem erhöhten Energieeintrag in das härtende Reaktionsharz 2, wodurch die Härtung signifikant beschleunigt werden kann. Hier entscheidet die konkrete Fragestellung, ob dieser Effekt erwünscht ist oder bei der Messung minimiert werden sollte. Bei dynamischen Weg-Amplituden A_s im Bereich von 0,1 % des Füllstandes des Reaktionsharzes 2 ist keine beschleunigte Härtung feststellbar. Erst bei Messamplituden oberhalb von 2 % des Füllstandes des Reaktionsharzes 2 kann die Topfzeit des Reaktionsharzes 2 signifikant verringert werden.
• Über den Betrag der Messfrequenz f wird die Empfindlichkeit für die Messung des mechanischen Moduls M beeinflusst. Dabei bewirken geringe Messfrequenzen f eine gesteigerte Empfindlichkeit im Bereich großer Module M und hohe Messfrequenzen f erhöhen die Empfindlichkeit im Bereich niedriger Module M. So wie die maximalen Beträge der dynamischen Weg-Amplituden A_S bewirken auch zu große Messfrequenzen f von beispielweise mehr als 50 Hz einen erhöhten Energieeintrag in das härtende Reaktionsharz 2, wodurch die Härtung signifikant beschleunigt werden kann. Bei Messfrequenzen f zwischen 0,1 Hz und 10 Hz kann eine Beschleunigung der Reaktion nicht festgestellt werden.
• Für die Messung der mechanischen Module M sind die Kraft-Weg-Amplitudenbereiche des verwendeten Messgerätes 9 zu berücksichtigen, das heißt die nutzbaren Messbereiche sowie deren Auflösung und/oder das Signal-Rausch-Verhältnis der Modulkurven hängen auch von den verfügbaren Amplitudenbereichen und deren Auflösung im Messgerät ab. Die Wegamplitude kann beispielsweise 0,01 % bis 10 %, insbesondere bis 5 %, vorzugsweise bis 2 % des Probenfüllstands betragen, typischerweise 0,1 µm bis 500 µm, insbesondere 1 µm bis 50 µm mit mindestens 0,1 µm Auflösung. Die Kraftamplitude hängt von der Steifigkeit des elastischen Elementes 3 und der Eigenfestigkeit des Reaktionsharzes 2 ab. Zusätzlich ermöglicht die Kalibrierung des Messgerätes 9 hinsichtlich Systemsteifigkeit, dynamischer Auflösung sowie Phasenverschiebung zwischen Kraft- und Wegsignal eine Verbesserung und/oder Erhöhung im Signal-Rausch-Verhalten und der Messempfindlichkeit für die messbare Längenänderung sowie den Verläufen des Elastizitätsmoduls E. Eine unzureichende Kalibrierung schränkt primär das Signal-Rausch-Verhältnis der messbaren Längenänderung und damit die Empfindlichkeit für den härtungsbedingten Volumenschwund ein.
• Der Betrag der während der Messung herrschenden Temperatur beeinflusst die Reaktionsgeschwindigkeit sowie abhängig vom gewählten Reaktionsharz 2 auch den Reaktionsverlauf der Härtung. Um Härtungen beobachten zu können, die bei definierten Temperaturen isotherm durchgeführt werden sollen, kann bei der Dimensionierung der Schrumpfmesszelle 1 auch die Wärmekapazität sowie die thermische Leitfähigkeit des Gefäßes 4 berücksichtigt werden. Sinnvoll ist hier die Ausführung des Gefäßes 4 sowie des elastischen Elements 3 aus Metallen mit guter Wärmeleitfähigkeit wie beispielsweise Kupfer, Messing und Edelstahl. Weiterhin kann durch die geometrische Gestaltung, beispielsweise dem Einarbeiten von Kühlrippen in das Gefäß 4 (innen und/oder außen) die Temperaturführung am Reaktionsharz 2 unterstützt werden. Als dritte Möglichkeit kann das Gefäß 4 der Schrumpfmesszelle 1 über entsprechend eingearbeitete Kanäle aktiv temperiert werden.
• Die Menge des für die Messung verwendeten Reaktionsharzes 2 bestimmt signifikant die während der Härtung frei werdende thermische Energie und damit, wie zuvor beschrieben, die Härtung des Reaktionsharzes 2. Aus diesem Grund ist die erfindungsgemäße Schrumpfmesszelle 1 so konzipiert, dass diese auch mit sehr kleinen Probenvolumina von weniger als 1 ml betrieben werden kann, dies entspricht Volumina, wie sie typischerweise beim Verkleben von Optiken oder Elektronikkomponenten verwendet werden. Die Untersuchung größerer Volumina ist durch eine größere Ausführung der Schrumpfmesszelle 1 möglich und bietet sich an, wenn das Härtungsverhalten von beispielsweise Vergussmassen untersucht werden soll. Hierbei sollte jedoch das Wärmemanagement der Schrumpfmesszelle 1 beachtet werden. Beispielsweise kann das Gefäß 4 aktiv temperiert werden.
• In einem Ausführungsbeispiel wurde ein Härtungsverlauf eines Probenvolumens von weniger als 0,8 ml einer Zweikomponenten-Silikon-Vergussmasse als Reaktionsharz 2 beobachtet. Die Probe wies im ausgehärteten Zustand einen Elastizitätsmodul E' von 5 MPa (bestimmt zum Zeitpunkt t = t₁, nach ISO 6721) und eine Gesamtvolumenschwindung von 0,15 % auf (bestimmt zum Zeitpunkt t = t₁, nach DIN EN ISO 3521). Mit Hilfe der Schrumpfmesszelle in einfacher Ausführungsform wurde gleichzeitig der Verlauf der Volumenschwindung und der Anstieg des mechanischen Moduls M erfasst. Hierzu wurde die Schrumpfmesszelle 1, umfassend ein Gefäß 4 und ein darin angeordnetes elastisches Element 3 vor Beginn der Messung in ein Messgerät 9 (DMA 242 E Artemis von NETZSCH) eingebaut. Das elastische Element 3 wurde mit einer konstanten statischen Zugkraftkraft von 6,5 N vorgespannt, wobei das Messgerät 9 diesen Kraftanteil durch ständiges Nachführen des beweglichen Probenaufnehmers auf +/–5 mN konstant hält. Das Nachführen wird vom Messgerät 9 aufgezeichnet und schreibt so eine dem Volumenschwund analoge Längenänderung dL(t) mit. Zusätzlich zur statischen Kraft wurde das elastische Element 3 mit einer sinusförmigen Amplitude von maximal A_dyn = 10 µm bei f = 1 Hz deformiert. Dabei wurde durch das Messgerät 9 für diese Deformation eine maximale dynamische Kraft F_dyn = 6 N aufgewandt. Als weitere Messgrößen zeichnet das Messgerät 9 die tatsächlichen Verläufe der Weg-Amplitude A_dyn(t), der dynamischen Kraft-Amplitude F_dyn(t) sowie die Phasenverschiebung zwischen beiden Signalen auf. Über den zeitlichen Verlauf des Amplitudenpaares und einem formal einzugebenden Geometriefaktor GF berechnet das Messgerät 9 einen mechanischen Modul M*(t) = GF·F_dyn(t)/A_dyn(t). Die so erhaltenen Messgrößen sind als Rohdaten anzusehen, welche den zeitlichen Zusammenhang zwischen Volumenschwund in der Messgröße dL(t) und den Aufbau des mechanischen Moduls M* enthalten.
• 6 ist ein Diagramm zur Darstellung eines exemplarischen zeitlichen Verlaufs S(t) des Volumenschwundes im Reaktionsharz 2 bei der Aushärtung. 7 ist ein Diagramm zur Darstellung eines exemplarischen zeitlichen Verlaufs des mechanischen Moduls M‘(t) im Reaktionsharz 2 bei der Aushärtung.
• Die aufgezeichnete Längenänderung dL(t) wird nachträglich mit Hilfe der Gesamtvolumenschwindung GS kalibriert, die mit Hilfe der DIN EN ISO 3521 zu einem bestimmten Zeitpunkt t₁ der Härtung des Reaktionsharzes 2 bestimmt wurde, wodurch der zeitliche Verlauf des härtungsbedingten Volumenschwunds S[t] mit S[t] = dL(t)/dL(t = t1)·(–1)·GS(t = t1) erhalten werden kann.
• Der gemessene zeitliche Verlauf des mechanischen Moduls M'(t) wurde mit Modulen M_Norm, beispielsweise dem Elastizitätsmodul E‘, kalibriert, die ebenfalls nach einem bestimmten Zeitpunkt t₁ der Härtung des Harzes nach DIN EN ISO 527 sowie nach ISO 6721 bestimmt wurden. M_korrigiert(t) = [M'(t) – M'_Feder[t]]/[M'(t = t₁) – M'(t = 0))]*M_Norm(t = t₁). Entscheidend war, dass sowohl der Gesamtvolumenschwund GS als auch die Module M_Norm an separaten aber bereits zu Festkörpern gehärteten Proben zum Zeitpunkten t₁ bestimmt wurden, welche innerhalb der mit Hilfe der Schrumpfmesszelle 1 erhaltenen Messkurven dL(t) und/oder M*(t) lagen.
• In einem weiteren Ausführungsbeispiel wurde ein Härtungsverlauf eines Probenvolumens von weniger als 0,8 ml eines ungefüllten Zweikomponenten-Epoxid-Klebstoffes als Reaktionsharz 2 mit einer Anfangsviskosität von 0,01 Pas, einem Elastizitätsmodul von E = 4000 MPa im ausgehärteten Zustand und einer Gesamtvolumenschwindung von 1 % bei gleichzeitiger Erfassung des Verlaufs der Volumenschwindung beobachtet.
• In einem weiteren Ausführungsbeispiel wurde ein Härtungsverlauf und ein Volumenschwund eines Probenvolumens von weniger als 0,8 ml eines ungefüllten Zweikomponenten-Urethan-Klebstoffs mit einer Anfangsviskosität von 40 Pas, einem Elastizitäts-Modul von 1400 MPa im ausgehärteten Zustand und 2,9 % Gesamtvolumenschwund beobachtet.
• Statt eines Reaktionsharzes 2 können mit der Schrumpfmesszelle 1 und dem beschriebenen Verfahren auch die Temperaturabhängigkeit der thermischen Ausdehnung von Kunststoffen und Klebstoffen bestimmt sowie die Phasenübergänge von Wasser, Quecksilber und Gallium beobachtet werden.
• Bezugszeichenliste

1

Schrumpfmesszelle

2

Reaktionsharz

3

elastisches Element

4

Gefäß

5

elastischer Bereich

6

starrer Abschnitt

7

Spannklemme

8

beweglicher Messaufnehmer

9

Messgerät

A

Querschnittsfläche

A_dyn

dynamische Wegampitude

A_S

Maximalwert der dynamischen Wegamplitude

l₀

Probenlänge, Messstrecke an der Probe

dL

vom Messgerät aufgezeichnete dem Volumenschwund entsprechende Längenänderung

Δl

Längenänderung in Folge einer mechanischen Belastung

D_Harz

Dämpfung und/oder Imaginärteil des komplexen Moduls

E_Harz

Elastizitätsmodul des Reaktionsharzes

E

Elastizitätsmodul (DIN EN ISO 527)

E*

komplexer Elastizitätsmodul (ISO 6721)

f

Messfrequenz

F

Messkraft

F_const

konstanter Kraftanteil

F_dyn

dynamischer Kraftanteil

F_S

maximaler Betrag der dynamischen Amplitude

G

Schubmodul

GF

Geometriefaktor

GS

Gesamtvolumenschwund (DIN EN ISO 3521)

M

Modul (und/oder mechanischer Modul) als Oberbegriff für Schub-, Scher-, Torsions- oder Elastizitätsmodul usw.

M*

komplexer Modul

M'

Realteil des komplexen Moduls

M''

Imaginärteil des komplexen Moduls

M'_Feder

Offset im vom Messgerät aufgezeichneten mechanischen Modul, welcher durch das elastische Element hervorgerufen wird

M*_Harz

komplexer Modul

M'_Harz

Realteil

M''_Harz

Imaginärteil

M_korrigiert(t)

korrigierter Verlauf des mechanischen Moduls

S(t)

zeitlicher verlauf des härtungsbedingten Volumenschwunds

t

Zeit

ω

Kreisfrequenz

• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
• Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
• Zitierte Nicht-Patentliteratur
• Norm 3521 [0018]
• GROSS/-HAUGER/SCHRÖDER/WALL, Technische Mechanik 2, 11. Auflage, Springer, 2012, Heidelberg [0052]
• ISO 6721 [0069]
• DIN EN ISO 3521 [0069]
• DIN EN ISO 3521 [0071]
• DIN EN ISO 527 [0072]
• ISO 6721 [0072]
• DIN EN ISO 527 [0075]
• ISO 6721 [0075]
• DIN EN ISO 3521 [0075]

Claims (10)

1. Schrumpfmesszelle (1) zur gleichzeitigen Erfassung von Volumenschwund und Modul während eines Härtungsverlaufes eines Reaktionsharzes (2), umfassend ein Gefäß (4) zur Aufnahme des Reaktionsharzes (2) und ein im Gefäß (4) oder außerhalb des Gefäßes (4) angeordnetes mechanisches Element.
2. Schrumpfesszelle (1) nach Anspruch 1, wobei das mechanische Element als ein elastisches Element (3) ausgebildet ist.
3. Schrumpfmesszelle (1) nach Anspruch 2, wobei das elastische Element (3) als eine Zugfeder und/oder Druckfeder ausgebildet ist.
4. Schrumpfmesszelle (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Gefäß (4) und/oder das elastische Element (3) aus Metall gebildet sind/ist und/oder das Gefäß (4) Kühlrippen oder Kanäle für ein Kühlmedium aufweist.
5. Schrumpfmesszelle (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Gefäß (4) starrwandig ist.
6. Verfahren zur gleichzeitigen Erfassung von Volumenschwund und Modul während eines Härtungsverlaufes eines Reaktionsharzes (2), wobei das Reaktionsharz (2) in das Gefäß (4) einer Schrumpfmesszelle (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche eingebracht wird, wobei die Schrumpfmesszelle (1) in ein Messgerät (9) eingesetzt wird, das einen beweglichen Messaufnehmer (8) umfasst, mittels dessen eine Messkraft (F) auf das Reaktionsharz (2) ausgeübt wird, wobei mittels des Messgeräts (9) Kräfte und Längenänderungen des Reaktionsharzes (2) erfasst werden, wobei die Messkraft (F) einen zeitlich konstanten Kraftanteil (F_const) und einen dynamischen Kraftanteil (F_dyn) umfasst, wobei der bewegliche Messaufnehmer (8) zur Aufrechterhaltung des zeitlich konstanten Kraftanteils (F_const) durch das Messgerät (9) nachgeführt und eine sich aus der Nachführung ergebende Längenänderung zur Bestimmung des Volumenschwunds aufgezeichnet wird, wobei mittels des Messgeräts (9) eine Wegeamplitude (A_dyn(t)) und eine dynamische Kraftamplitude (F_dyn(t)) infolge des dynamischen Kraftanteils (F_dyn) aufgezeichnet werden, wobei der Modul zumindest aus der Wegeamplitude (A_dyn(t)) und der dynamischen Kraftamplitude (F_dyn(t)) bestimmt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei das Gefäß (4) während der Messung so temperiert wird, dass der Messvorgang isotherm durchgeführt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, wobei die Temperierung so erfolgt, dass die Messung in einem Temperaturbereich zwischen –100 °C und 300 °C, bevorzugt in einem Temperaturbereich zwischen –40 °C und 150 °C, besonders bevorzugt in einem Temperaturbereich zwischen 0 und 90 °C durchgeführt wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei die durch die Messung gewonnenen Daten für den Volumenschwund und das Modul mit Hilfe von Messungen eines Gesamtvolumenschwundes und eines Elastizitätsmoduls und/oder Schubmoduls kalibriert werden.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, wobei als Messgerät (9) ein thermisch-mechanisches Analysegerät oder eine Zugprüfmaschine verwendet wird.

Images