Strukturelle Kunststoffe spielen in vielen Branchen eine wichtige Rolle, da die Hersteller versuchen, das Gewicht und die Kosten von Fahrzeugen, Konsumgütern und mehr zu reduzieren. Unsere Anwendungsingenieure erläutern, wie die Prüflösungen von MTS Herstellern und Compoundeuren helfen können, die ISO- und ASTM-Normen für diese Materialien effektiver zu erfüllen.
F: Welche Trends prägen die Kunststoffindustrie?
A: Im Moment gibt es enorme Innovationen, insbesondere bei den geformten Strukturkunststoffen, die in einer Vielzahl von Maschinen, Fahrzeugen und anderen Produkten verwendet werden. Hochwertige Leichtbaukunststoffe sind für Hersteller nicht nur kostengünstig zu produzieren, sondern können auch eine ideale Mischung aus Festigkeit und Haltbarkeit bieten. Compoundeure entwickeln und passen ständig eigene Rezepturen an, um spezifische Eigenschaften für eine bestimmte Anwendung zu erzielen – und jedes dieser Materialien erfordert Zugtests.
F: Welche Normen regeln die Zugprüfung von Kunststoffen?
A: Zwei der gängigsten Normen sind ISO und ASTM. ISO 527 behandelt allgemeine Grundsätze zur Bestimmung der Zugeigenschaften aller Arten von Kunststoffen und verfügt über Erweiterungen, die sich auf Extrusionskunststoffe, Folien und Platten sowie faserverstärkte Kunststoffverbunde konzentrieren. ASTM D638 bietet ähnliche Richtlinien für die Erstellung von Zugfestigkeitsdaten für alle Arten von Kunststoffen. In letzter Zeit liegt der Fokus unserer Kunden auf Normen für die Zugprüfung von Spritzguss- und Extrusionskunststoffen: ISO 527-2 und ASTM D638.
F: Was ist der Unterschied zwischen den Normen ISO 527-2 und ASTM D638?
A: Sie sind mit Ausnahme der Analyse des nichtlinearen Anteils der Spannungs-Dehnungs-Kurve eines Materials sehr ähnlich. Für die meisten Kunststoffe sind die Testergebnisse für jede dieser beiden Normen gleich. Bei Kunststoffen mit geringem oder keinem linearen Bereich kann die Abweichung zwischen ASTM und ISO jedoch erheblich sein.
F: Warum ist die Zugprüfung wichtig?
A: Der Zugversuch ist der beliebteste Test für Kunststoffe, weil er so viele kritische Daten liefert. Er bietet die Grundlage für jede Untersuchung von Materialeigenschaften wie Spannung, Dehnung, Zugmodul und Poissonzahl. Durch das Messen der Kraft, die erforderlich ist, um einen Prüfkörper bis zum Bruchpunkt zu ziehen, können Produktdesigner und Qualitätsmanager die Leistung von Produkten in realen Anwendungen genau vorhersagen. Sie können nachvollziehen, wie formbar das Material ist, wie viel Energie es aufnehmen kann und ob es für eine bestimmte Anwendung geeignet ist. Diese Tests müssen ggf. auch in Klimakammern durchgeführt werden, um die Einsatzbedingungen zu simulieren.
F: Was beinhaltet die Zugprüfung für strukturelle Kunststoffe?
A: Um diese Prüfungen durchzuführen, werden flache Prüfkörper vom Typ „Hundeknochen“ in die Spannzeuge einer Universalprüfmaschine gelegt und kontrolliert gedehnt, bis sie versagen. Die Prüfgeschwindigkeiten variieren je nach Prüfkörpertyp, um eine bestimmte Dehnungsrate zu erreichen, und oft wird ein Dehnungsmesser verwendet, um die Dehnung des Prüfkörpers im Wunschbereich zu messen. Dies kann kompliziert sein, wenn Prüfungen in Temperaturkammern durchgeführt werden, in denen ein Extensometer beschädigt werden kann.
F: Welche sind die Herausforderungen bei der Zugprüfung von Kunststoffen?
A: Die Herausforderung besteht darin, genau zu bestimmen, wie das betreffende Material versagt. Wie weit sich der Kunststoff dehnt, bis er versagt, hängt vom Verfestigungskoeffizienten ab und davon, ob das Material dehnratenempfindlich ist. Wie schon bei der Unterscheidung der Normen erwähnt, liegt der Fokus oft auf dem Modul oder dem linear-elastischen Teil der Prüfung, der nur einen kleinen Teil der Zugkraft ausmacht. Die Unterscheidung des Moduls von der Gesamtdehnung kann schwierig sein, wenn die Gesamtdehnung zwischen 100 und 1000 Prozent der Dehnung variieren kann. Man benötigt eine Vielzahl von Datenpunkten.
Ursprünglich wurden mechanische Extensometer verwendet, die aber je nach Messlänge nur 50 bis 100 Prozent ausfahren. Hochdehnungsxtensometer können zwar weiter fahren, bieten aber nicht genug Auflösung, um den relativ kleinen linear-elastischen Bereich zu erfassen. In vielen Fällen ist die beste Lösung ein berührungsloses Extensometer wie unser Video-Extensometer Advantage™ (AVX). Mit diesem speziellen Werkzeug kann der gesamte Prüfkörper bis zum Versagen verfolgt werden, ohne ihn zu beeinträchtigen; gleichzeitig erhält man genügend Datenpunkte für die Berechnung des Moduls.
F: Welche Fähigkeiten müssen bei einem Zugprüfsystem beachtet werden?
A: Für strukturelle oder starre Kunststoffe benötigen Sie ein Prüfsystem mit der für Hochdehnungsprüfungen erforderlichen Kapazität und Auflösung. Dies kann manchmal eine Kraftfähigkeit von bis zu 50 kN bedeuten. Oft ist es wichtig, in einer Klimakammer zu testen. Das Testen bei einer bestimmten Temperatur kann eine ganze Reihe von Herausforderungen mit sich bringen. Beispielsweise müssen Prüfkörper bei einer bestimmten Temperatur in den Spannzeugen oder in der Kammer einweichen und dann in den Spannzeugen stabilisiert werden, was die Einrichtung erschwert und die Prüfzeit verlängert. Ein integriertes Paket kann die Logistik vereinfachen. Zu den zu berücksichtigenden Aspekten gehören die Wahl eines Systems mit ausreichender Höhe für die Kammer und die zu erwartende Dehnung des Prüfkörpers sowie eine Kammer mit optisch hochwertigem Glas für berührungslose Dehnungsmessungen.
F: Was erreichen Hersteller und Compoundeure mit den Daten?
A: Es kommt wirklich auf das Vertrauen in Entscheidungen an. Compoundeure müssen sich darauf verlassen können, dass ihr Material die erwartete Leistung im Herstellungsprozess erbringt und die spezifischen Eigenschaften liefert, die der Spritzgießer benötigt – sei es Haltbarkeit oder Flexibilität oder das Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht. Die Hersteller wählen die Materialien auf der Grundlage aller Nuancen des Produkts aus, das sie entwerfen, egal ob es sich um einen Teil eines Spielzeugs, eine Kopfstütze in einem Auto oder einen Teil eines Flugzeugsitzes handelt. Sie wollen die richtigen Materialeigenschaften, damit sie Dutzende von Designentscheidungen treffen können. Genaue Testdaten helfen ihnen dabei.
F: Was bietet MTS noch, um genaue Prüfergebnisse zu gewährleisten?
A: MTS hat jahrzehntelange Erfahrung in der Konfiguration von integrierten Systemlösungen für die Kunststoffindustrie. Die elektromechanischen Prüfsysteme Criterion® von MTS sind ideal für die Zugprüfung von Kunststoffen nach ISO 527-2 und ASTM D638. Diese Rahmen sind in zahlreichen Konfigurationen mit hoher Steifigkeit erhältlich und verfügen über unsere hochauflösenden Digitalsteuerungen und kompakte Wechselstrom-Servomotorantriebe, um schnelle und schwingungsarme Prüfungen in einem sehr breiten Kraftbereich zu ermöglichen.
