Dilatometrie

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Dipl.-Ing. Joachim Amberg

Zur Ermittlung thermischer Ausdehnungskoeffizienten muss die Längen- oder Volumenänderung einer Materialprobe unter Temperatureinfluss aufgenommen werden. Für diese Messungen werden mechanische oder optische Dilatometer eingesetzt.

Mechanische Dilatometer stellen die gebräuchlichste Bauart dar (Abb. 1). Die Geräte bestehen in der Regel aus einem Stativ mit zwei ineinander passenden Quarzglas-Rohren, einer digitalen Wegmessuhr und einem Badthermostat. Zur Messung der thermischen Längenausdehnung wird eine stabförmige Probe in das äußere Quarzglas-Rohr eingesetzt und in das Temperierbad eingetaucht. Anschließend wird die Probe mit einer definierten Aufheizrate erwärmt. Dabei wird die thermische Längenänderung des Probekörpers über das innere Quarzglas-Rohr zum Wegaufnehmer hin übertragen und kontinuierlich aufgezeichnet.

Anhand gemessener Temperatur- und Längenwerte kann der thermische mittlere Längenausdehnungskoeffizient eines Probekörpers mit der Bezugslänge l0 für einen Temperaturbereich T1 bis T2 nach folgender Gleichung ermittelt werden:

Dabei entspricht l2 - l1 der thermischen Längenänderung des Probekörpers zwischen den beiden Temperaturen T1 und T2.
In Abbildung 2 sind die Ergebnisse einer solchen Auswertung an längs und quer orientierten Polypropylen-Proben mit 30 Gew.-% Glasfaseranteil dargestellt.

Abb. 2: Längenausdehnungskoeffizienten eines faserverstärkten Polypropylens (PP GF30) parallel und senkrecht zur Faserorientierung