19.12.2025 von Aileen Sammler
Frost unterm Weihnachtsbaum: Warum Materialprüfungen unter 0 °C wichtig sind
Wie Frost, UV-Licht und Temperaturzyklen Outdoor-Weihnachtsdeko beeinflussen – und wie NETZSCH Materialprüfung Produkte winterfest macht.
Ein Blick hinter den festlichen Glanz
Wenn sie draußen den funkelnden Stern aufhängen und die Luft bereits winterlich kalt ist, denken die wenigsten Menschen an Materialwissenschaft. Sie denken an Lichter, warmen Glühwein und den Zauber der Adventszeit. Doch während wir drinnen gemütlich feiern, sind Outdoor-Dekorationen Frost, Temperaturschwankungen, Feuchtigkeit und UV-Licht ausgesetzt.
Hinter jedem LED-Schneestern, jeder Kunststoffkugel und jedem beschichteten Weihnachtsschild stecken Materialien oder Materialkombinationen, die im Winter auf eine harte Probe gestellt werden. Für Produktentwickler bringt diese Jahreszeit daher echte Herausforderungen mit sich.
In diesem Artikel zeigen wir, wie thermoanalytische Verfahren dazu beitragen, dass festliche Dekomaterialien auch in einer langen, kalten Wintersaison zuverlässig funktionieren.
Der Winter: schön anzusehen, aber hart im Einsatz
Outdoor-Dekorationen sehen märchenhaft aus, müssen jedoch mitunter extremen Bedingungen standhalten. Die Temperaturen fallen nachts unter null und steigen am Tag wieder an. Schnee reflektiert UV-Licht: Materialien nehmen Feuchtigkeit auf, frieren und tauen wieder auf. Kunststoffe, Metalle und Beschichtungen dehnen sich aus und ziehen sich wieder zusammen.
Kurz gesagt: Die Deko strahlt, steht jedoch im Hintergrund unter hoher Belastung.
Damit das Materialverhalten nicht zur „Überraschung nach Heiligabend“ wird, ist die thermische Analyse unerlässlich.
Die wichtigsten Materialherausforderungen – und wie NETZSCH sie sichtbar macht
1. Der Glasübergang: Wenn Kunststoffe ihre Flexibilität verlieren
Der Glasübergang (Tg) ist für Polymere ein entscheidender Parameter, nicht nur im Winter. Oberhalb des Tg bleibt ein Kunststoff flexibel; darunter wird er hart, spröde und kann brechen. Das heißt, die viskoelastischen Eigenschaften des Polymers verändern sich im Bereich des Glasübergangs sehr stark. Die Kenntnis der GlasübergangstemperaturDer Glasübergang gilt als eine der wichtigsten Eigenschaften amorpher und teilkristalliner Materialien, wie z.B. anorganische Gläser, amorphe Metalle, Polymere, Pharmazeutika und Lebensmittel, usw., und bezeichnet den Temperaturbereich, in dem sich die mechanischen Eigenschaften des Material von einem harten und spröden Zustand in einen weicheren, verformbaren oder gummiartigen Zustand ändern.Glasübergangstemperatur ist daher für die Bewertung des mechanischen Verhaltens sowie von Verarbeitungs- und Einsatztemperaturen sehr wichtig.
Betrachten wir beispielsweise Polypropylen (PP): Es ist leicht und kostengünstig und wird für Outdoor-Weihnachtssterne verwendet. Seine Glasübergangstemperatur (Tg) liegt typischerweise zwischen –20 °C und +20 °C – exakt im Bereich winterlicher Temperaturen. Das bedeutet, dass PP in typischen Winternächten von einem flexiblen Material in einen deutlich steiferen und spröderen Zustand übergehen kann. Dadurch steigt das Risiko für Rissbildung oder Versagen, selbst bei kleinen mechanischen Belastungen wie Wind, Handhabung oder Montagekräften.
Da PP teilkristallin ist, ist der Glasübergang in DSC (Dynamische Differenzkalorimetrie)-Messungen abhängig vom Kristallinitätsgrad des Polymers unterschiedlich gut detektierbar. Das macht die Anwendung zusätzlicher Analyseverfahren sinnvoll, beispielsweise DMA (Dynamisch-Mechanische Analyse) oder Rotationsrheologie (Oszillationsmodus). Sprechen Sie uns gern an, gemeinsam wählen wir die passende Methode für Ihr Material.
Ein weiteres Anwendungsbeispiel ist die thermische Charakterisierung von PTFE, einem im Outdoor-Bereich häufiges eingesetztes Polymer. Hier liefert die Kombination aus verschiedenen Analysemethoden – DSC, DMA und Rheometer – ein vollständigeres Bild des thermischen und viskoelastischen Verhaltens. Lesen Sie hier die Studie:
2. Maßhaltigkeit, Verzug & Materialmischungen
Viele Outdoor-Dekorationen bestehen aus mehreren Materialien, beispielsweise Kunststoffgehäusen, Metallhalterungen, Klebstoffen oder Beschichtungen.
Diese Werkstoffe reagieren unterschiedlich auf Temperaturänderungen und ziehen sich in der Kälte unterschiedlich stark zusammen bzw. dehnen sich in der Wärme unterschiedlich stark aus.
Was passiert dann? Es kann zu Verzug, DelaminationUnter Delamination versteht man eine Trennung von z.B. Harz vom Laminat oder Fasern vom Harz, was Defekte in Leiterplatten verursacht.Delamination, Mikrorissen oder Spannungsaufbau in den Klebe- oder Beschichtungsschichten kommen.
Mittels TMA (Thermomechanische Analyse) beziehungsweise DIL (Dilatometrie)ermitteln wir präzise, wie sich die Dimensionen der Materialien bei Temperaturänderungen verändern und ob sich infolgedessen potenzielle Risiken im Produkt verbergen.
Lesen Sie dazu auch unseren Blogartikel „Der Wärmeausdehnungskoeffizient: Eine entscheidende Materialeigenschaft”. Darin wird betont, dass der Wärmeausdehnungskoeffizient (CTE) eine wesentliche Kenngröße für das Verständnis des Temperaturverhaltens von Materialien ist – insbesondere bei der Kombination verschiedener Werkstoffe.
3. Wintersonne und UV-Strahlung: Der stille Materialstress
UV-Alterung tritt nicht nur im Sommer auf. Auch Wintersonne, Schnee-Reflexionen und sogar Straßenbeleuchtung können UV-Belastungen erzeugen, die Kunststoffe wie PP zusätzlich schwächen. Mögliche Folgen sind Verfärbungen (Vergilbung), Risse oder Einbußen bei den mechanischen Eigenschaften.
Speziell für die Untersuchung von photoinduzierten Reaktionen und des Einflusses von UV-Stabilisatoren bietet sich die Technik der Photo-DSC an – eine Kombination aus DSC (z.B. NETZSCH DSC 300 Caliris®)und einer OmniCure®-UV-Lichtquelle. Damit lassen sich Materialien unter UV-Belichtung thermisch analysieren.
Erfahren Sie mehr über die Analyse mittels Photo-DSC in unserer Anwendungsliteratur:
Daneben ermöglicht die Ermittlung der OxidationOxidation kann im Zusammenhang mit thermischer Analyse verschiedene Vorgänge bezeichnen.Oxidation Induction Time (Oxidations-Induktionszeit (OIT) und oxidations-onset temperatur (OOT)Oxidations-Induktionszeit (isothermische OIT): Relatives Maß der Beständigkeit eines (stabilisierten) Werkstoffs gegen oxidative Zersetzung, das durch die kalorimetrische Messung des Zeitintervalls bis zum Beginn der exothermen Oxidation des Werkstoffs bei einer festgelegten Temperatur in einer Sauerstoff- oder Luftatmosphäre bei Atmosphärendruck bestimmt wird.OIT, IsothermUntersuchungen bei geregelter und konstanter Temperatur werden als isotherm bezeichnet.isotherm) oder OxidationOxidation kann im Zusammenhang mit thermischer Analyse verschiedene Vorgänge bezeichnen.Oxidation Induction Temperature (Oxidations-Induktionszeit (OIT) und oxidations-onset temperatur (OOT)Oxidations-Induktionszeit (isothermische OIT): Relatives Maß der Beständigkeit eines (stabilisierten) Werkstoffs gegen oxidative Zersetzung, das durch die kalorimetrische Messung des Zeitintervalls bis zum Beginn der exothermen Oxidation des Werkstoffs bei einer festgelegten Temperatur in einer Sauerstoff- oder Luftatmosphäre bei Atmosphärendruck bestimmt wird.OOT, dynamisch) mittels DSC Rückschlüsse auf die relative oxidative Stabilität eines Polyolefins. Während die OIT bei konstanter Temperatur bestimmt wird, beschreibt die OOT den Temperaturpunkt bei einer dynamischen Messung, ab dem die Reaktion in sauerstoffhaltiger Atmosphäre beginnt. Beide Methoden geben Hinweise darauf, ob Materialien bereits vorgeschädigt sind oder ob die gewählten Stabilisatoren in Art und Menge für den Einsatzzweck geeignet bzw. ausreichend sind.
Dies ist ein Indikator, um abzuschätzen, wie gut eine Dekoration mehrere Winter übersteht – und somit nicht nur den ersten.
Lesen Sie hier eine Beispielmessung zur Oxidationsbeständigkeit von Polymeren.
Weihnachtliche Szenen – Betrachtet mit den Augen von NETZSCH Analysieren & Prüfen
Der Schneeflockenanhänger auf Polypropylen: Er glänzt im Baum, doch eine Temperatur von -10 °C kann bereits im oder unterhalb des Glasübergangsbereichs liegen. Verliert der Anhänger seine Flexibilität, steigt das Risiko für Risse und Brüche – besonders, wenn UV-Licht seine Polymerketten zuvor geschwächt hat.
Ein Kranz mit LED-Beleuchtung: Auch wenn LEDs kaum Wärme erzeugen, müssen das Kunststoffgehäuse und die Kabelisolierung flexibel bleiben. DSC und DMA zeigen, ab wann es kritisch werden kann.
Das Außenschild „Frohe Weihnachten“: Kunststoffplatte trifft Metallhalterung – unterschiedliche thermische Ausdehnungen können zu Verzug und Spannungen führen. Die TMA deckt diesen Effekt frühzeitig auf.
Die beschichtete Dekorationsfigur: Kälte, UV-Strahlung und Temperaturzyklen können Beschichtungen ermüden. Die Dynamische Differenzkalorimetrie hilft, Alterungsmechanismen rechtzeitig zu erkennen.
Welche Auswirkungen hat das auf Ihre Entwicklungs- und Teststrategie?
Festliche Outdoor-Dekorationen sollen nicht nur schön aussehen, sondern auch mehreren Wintern standhalten.
Die wichtigsten Werkzeuge dafür sind:
- DSC, um den Glasübergang (Tg) und thermische Übergänge sicher zu bestimmen
- DMA/Rheometer, um das Kälteverhalten und die Steifigkeitsänderung zu prüfen
- TMA/DIL, um die thermische Ausdehnung bei Materialkombinationen zu bewerten
- Kombinierte Tests mit Frost, UV-Licht und Temperaturzyklen, um tatsächliche Einsatzbedingungen abzubilden
Wenn draußen die Lichter funkeln und der Frost Ihre Weihnachtsdeko glitzern lässt, sorgt die Materialwissenschaft mit Hilfe von DSC, DMA,Rotationsrheologie und TMA für robuste und flexible Outdoor-Produkte – selbst bei eisigen Temperaturen. So bleibt Ihre Dekoration widerstandsfähig und zuverlässig, egal wie kalt es wird.
Auf eine funkelnde Weihnachtszeit und Materialien, die Ihnen dauerhaft Freude bereiten! NETZSCH wünscht Ihnen und Ihren Familien ein frohes Fest, besinnliche Feiertage und einen guten Rutsch ins Jahr 2026!🎄✨
