Polymer-Dekonvolution: Eine industrielle Dual-Sourcing-Herausforderung lösen

Der Ausfall der Versorgung mit einem Harz, einem Compound, einem Additiv oder einem Kunststoffbauteil kann die Produktionskontinuität gefährden. Die Herausforderung ist oft zweifacher Natur: die Zusammensetzung eines vorhandenen Materials zu identifizieren und eine Ersatzlösung auszuwählen, die mit den Anforderungen an Verarbeitung und Anwendung kompatibel ist.

Die Polymer-Dekonvolution ermöglicht es, eine Referenzprobe zu charakterisieren, mehrere Alternativen zu vergleichen und Abweichungen festzustellen, die die erwarteten Eigenschaften beeinflussen können: Art der Matrix, Füllstoffe, Verstärkungen, Weichmacher, Stabilisatoren, Pigmente oder Kontaminationen. Dieses Vorgehen trägt dazu bei, ein Beschaffungsproblem objektiv zu bewerten und die technische Unsicherheit vor der Qualifizierung einer neuen Bezugsquelle zu reduzieren.

Zur Ergänzung der Untersuchung bietet das Filab-Labor Dienstleistungen für die Analyse von Kunststoffen und Polymeren an.

Je nach Probe und ausgewählten Methoden kann die Charakterisierung Aufschluss über die Polymerfamilie, mineralische Füllstoffe, Verstärkungsfasern, Pigmente, bestimmte organische Additive sowie nachweisbare Abbauprodukte oder Kontaminanten geben. Bei der Interpretation wird die mögliche Inhomogenität eines Bauteils, Granulats, Films, einer Beschichtung oder eines Verbunds aus mehreren Materialien berücksichtigt.

Die Polymeranalyse mittels REM kann insbesondere zur Untersuchung der Morphologie und zur lokalisierten elementaren Charakterisierung bestimmter Bereiche beitragen.

Die Analysestrategie wird für jeden Fall individuell entwickelt. Sie kann spektroskopische Verfahren zur Identifizierung der Matrix und organischer Verbindungen, mikroskopische Methoden zur Untersuchung von Inhomogenitäten sowie elementare und thermische Analysen kombinieren. Die Zusammenführung der Ergebnisse ist entscheidend, um eine komplexe Formulierung zu interpretieren und die Hauptbestandteile von Verbindungen zu unterscheiden, die in geringer Konzentration vorhanden sind.

Das Filab-Labor passt den Prüfplan an die verfügbare Probenmenge, die Geometrie der Probe und den erwarteten Entscheidungsbedarf an.

Die Dekonvolution liefert eine analytische Charakterisierung des untersuchten Materials und macht Unterschiede oder Ähnlichkeiten zwischen den Proben sichtbar. Sie garantiert nicht die identische Rekonstruktion einer industriellen Formulierung, da Prozessparameter, Rohstoffqualitäten, Compoundier-Know-how und bestimmte Komponenten durch die Analyse möglicherweise nicht vollständig zugänglich sind.

Die Ergebnisse bilden dennoch eine solide Grundlage, um das Zielprofil eines Werkstoffs zu definieren, mit Lieferanten in den Dialog zu treten und Validierungsversuche zu priorisieren.

Im Filab-Labor beginnt das Vorgehen mit der Definition des industriellen Bedarfs: zu reproduzierender oder zu ersetzender Werkstoff, Funktion des Bauteils, Verarbeitungsbedingungen, regulatorische Anforderungen und Vergleichskriterien. Anschließend werden die Analysen entsprechend der Beschaffenheit der Probe und der Fragestellung ausgewählt.

Ziel ist nicht die Erstellung eines Herstellungsrezepts, sondern die Gewinnung verwertbarer Analysedaten, um Materialien zu vergleichen, die Lieferantensuche zu steuern und einen Qualifizierungsplan festzulegen. Die Ergebnisse ermöglichen insbesondere, nachweisbare Bestandteile zu identifizieren, die Ähnlichkeiten zwischen einer Referenz und einer Alternative zu bewerten und die zu untersuchenden Abweichungen zu priorisieren.

Wenn sich die Anforderungen auf regulierte Stoffe beziehen, kann eine gezielte Bewertung durch REACH-Analysen für Polymere in Betracht gezogen werden.

Der Vergleich bezieht sich auf Parameter, die an die gesuchte Funktion angepasst sind: chemisches Profil, relativer Füllstoffgehalt, Vorhandensein von Verstärkungen, thermisches Verhalten, Elementzusammensetzung oder morphologische Merkmale. Er hilft dabei, eine scheinbare Gleichwertigkeit von einer belegten analytischen Ähnlichkeit zu unterscheiden.

Eine analytisch ähnliche Alternative muss jedoch im Hinblick auf die anwendungsspezifischen Bedingungen validiert werden: Verarbeitungsverfahren, Montage, Einsatzumgebung sowie mechanische, thermische, ästhetische oder regulatorische Anforderungen.

Die thermische Analyse liefert nützliche Informationen zum Vergleich des Verhaltens eines Materials unter Wärmeeinwirkung: je nach angewandter Methode Massenverluste, nichtflüchtiger Anteil, mineralischer Rückstand und charakteristische Übergänge. Diese Daten tragen zur Bewertung der Unterschiede zwischen einem historischen Material und einer alternativen Bezugsquelle bei.

Das Filab-Labor führt Polymeranalysen mittels TGA durch, um die Untersuchung der thermischen Stabilität und des Rückstandsanteils von Polymerproben zu unterstützen.

Der Austausch eines Materials muss unter repräsentativen Anwendungsbedingungen bestätigt werden. Die Daten aus der Rückformulierung ermöglichen die Auswahl der zu prüfenden Kandidaten, während die Prüfungen zur Verarbeitung, Leistungsfähigkeit und Konformität vom Industrieunternehmen gemäß seinem Lastenheft festzulegen sind.

Dieser schrittweise Ansatz reduziert das Risiko, ein alternatives Material auszuwählen, dessen Abweichungen mit der Funktion, dem Verfahren oder der Einsatzumgebung unvereinbar sind.

Zur Vorbereitung der Studie dem Filab-Labor repräsentative Proben des Referenzmaterials und, sofern vorhanden, zu vergleichende Alternativen übermitteln. Die Funktion des Bauteils oder Materials, die Einsatzbedingungen, das Verarbeitungsverfahren, die beobachteten Mängel, die Entscheidungskriterien und den Kontext der Beschaffung angeben.

Das Filab-Labor kontaktieren, um den analytischen Umfang festzulegen, die verfügbaren Proben zu vergleichen und einen geeigneten Prüfplan zu erhalten. Die Qualifizierungsfristen vorausschauend berücksichtigen, indem die Analysen bereits bei der Identifizierung eines Beschaffungsrisikos eingeplant werden.