ASTM D638: Der endgültige Leitfaden für die Zugprüfung von Kunststoffen

ASTM D638 ist der gebräuchlichste Prüfstandard zur Bestimmung der Zugeigenschaften von verstärkten und unverstärkten Kunststoffen. Da der Einsatz von Kunststoffen so hoch ist wie nie zuvor, ist es von entscheidender Bedeutung, dass Hersteller die mechanische Festigkeit ihrer Materialien richtig einschätzen können. Dieser Leitfaden soll Sie in die Grundelemente eines ASTM D638-Kunststoffzugversuchs einführen, einschließlich eines Überblicks über die benötigte Ausrüstung, Software und Proben. Allerdings sollte jeder, der die Durchführung von ASTM D638-Tests plant, diesen Leitfaden nicht als ausreichenden Ersatz für die Lektüre der vollständigen Norm betrachten.

ASTM D638 wird durchgeführt, indem eine Zugkraft auf eine Probe ausgeübt und verschiedene Eigenschaften der Probe unter Belastung gemessen werden. Sie wird auf einer Universalprüfmaschine (auch Zugprüfmaschine genannt) mit Zuggeschwindigkeiten im Bereich von 1 bis 500 mm/min durchgeführt, bis die Probe versagt (nachgibt oder bricht). Obwohl ASTM D638 viele verschiedene Zugeigenschaften misst, sind die folgenden die gebräuchlichsten:
Zugfestigkeit – die Kraft, die auf einen Kunststoff ausgeübt werden kann, bevor er nachgibt (unwiderruflich dehnt) oder bricht.
Zugmodul – wie stark sich ein Material als Reaktion auf Belastung verformen (dehnen) kann, bevor es nachgibt. Der Modul ist ein Maß für die Steifigkeit des Materials.
Dehnung – die Zunahme der Messlänge nach dem Bruch dividiert durch die ursprüngliche Messlänge. Eine größere Dehnung weist auf eine höhere Duktilität hin.
Poissonzahl – ein Maß für das Verhältnis zwischen der Dehnung eines Materials und seiner Dünnheit während des Dehnungsprozesses.

Es gibt viele verschiedene Prüfmethoden für verschiedene Arten von Kunststoffen. ASTM D638 gilt nur für starre Kunststoffproben mit einer Dicke zwischen 1,00 mm und 14 mm. Wenn es sich bei Ihrer Probe um eine Platte oder Folie mit einer Dicke von weniger als 1,00 mm handelt, sollte sie gemäß ASTM D882 getestet werden. Obwohl ASTM D638 ähnliche Ergebnisse wie ISO 527-2 liefert, gilt es aufgrund von Unterschieden in der Probengröße und den Testanforderungen nicht als technisch gleichwertig. Während einige große multinationale Hersteller sowohl nach ASTM D638 als auch nach ISO 527-2 testen, bevorzugen die meisten unserer Kunden aufgrund ihres geografischen Standorts den einen oder anderen Standard. Nordamerikanische Hersteller testen normalerweise nach ASTM D638, während diejenigen in Europa und Asien hauptsächlich nach ISO 527-2 testen. Kunden in China testen gleichermaßen nach ASTM D638 und ISO 527-2.

Für ASTM D638 gibt es fünf zulässige Probentypen, deren Größe sich je nach Dicke der Probe und der Menge des verfügbaren Materials unterscheidet. Am häufigsten werden Proben vom Typ I verwendet, die 3,2 mm dick sind und in der Regel im Spritzgussverfahren hergestellt werden. Proben vom Typ I haben eine Gesamtlänge von 165 mm und eine Breite von 13 mm bei einer Messlänge von 50 mm. Flache Proben werden typischerweise in eine „Hundeknochen“- oder „Hantel“-Form geformt, gestanzt oder maschinell bearbeitet, wodurch sichergestellt wird, dass der Bruch in der Mitte der Probe und nicht an den Klemmbereichen auftritt. Neben flachen Proben ermöglicht ASTM D638 auch die Prüfung von starren Rohren und Stangen, die beide ebenfalls in eine Hundeknochenform gebracht werden müssen. In Fällen, in denen das Material begrenzt ist, verwenden viele Labore Proben vom Typ IV oder V. Die für Proben vom Typ IV erforderlichen Abmessungen sind die gleichen wie für die ASTM D412-Stanzform C, was bedeutet, dass dieselbe Stanzform verwendet werden kann. Exemplare vom Typ V sind mit einer Messlänge von nur 0,3 Zoll die kleinsten.

Alle Proben müssen vor der Prüfung gemäß ASTM D5947 gemessen werden. Die meisten typischen Mikrometer sollten für die Durchführung dieser Messungen geeignet sein. Damit das Testsystem Spannungsmessungen und nicht nur Kraftmessungen anzeigt, werden die Bediener aufgefordert, die Querschnittsfläche (oder Dicke und Breite) der Probe einzugeben, da Spannung = Kraft / Querschnittsfläche (diese wird in den Einheiten Psi, Pa, kPa, GPa usw. angezeigt).
Gestanzte oder bearbeitete Proben müssen einzeln gemessen werden, aber Bediener, die spritzgegossene Proben verwenden, müssen nur eine einzelne Probe aus einer Probencharge messen, sofern die Abweichung in dieser Probencharge nachweislich weniger als 1 % beträgt. Spritzgegossene Proben werden oft mit einer Entformungsschräge hergestellt, anstatt perfekt quadratisch zu sein, was bei der Vermessung der Probe berücksichtigt werden muss. Stellen Sie immer sicher, dass die Breitenmessungen in der Mitte des Entformungswinkels erfolgen.
Mit der Funktion „Automatisches Probenmessgerät“ in Bluehill Universal können Bediener bis zu zwei Mikrometer oder Messgeräte an den Computer anschließen und die Daten direkt in die Software eingeben. Dadurch werden Eingabefehler vermieden und die Effizienz erhöht.