ASTM D412 Zugprüfung von Elastomeren

ASTM D412 ist der gebräuchlichste Standard zur Bestimmung der Zugeigenschaften von vulkanisiertem (duroplastischem) Gummi und thermoplastischen Elastomeren. Verbindungen dieser Familie werden zur Herstellung einer Vielzahl von Konsumgütern wie Reifen, Fußbällen und Gummibändern verwendet. Diese Familie produziert auch hochspezialisierte Materialien, wie zum Beispiel O-Ringe für Raumfähren, die unter extremen Umweltbedingungen zuverlässig funktionieren müssen.
Dieser Leitfaden soll Sie in die Grundelemente eines ASTM D412-Zugversuchs einführen und einen Überblick über die benötigten Materialprüfgeräte, Software und Muster geben.

ASTM D412 misst die Elastizität eines Materials unter Zugbelastung sowie sein Verhalten nach dem Test, wenn das Material keiner weiteren Belastung mehr ausgesetzt ist. ASTM D412 wird auf einer Universalprüfmaschine (auch Zugprüfmaschine genannt) mit einer Geschwindigkeit von 500 ± 50 mm/min durchgeführt, bis die Probe versagt. Obwohl ASTM D412 viele verschiedene Zugeigenschaften misst, sind die folgenden die gebräuchlichsten:
Zugfestigkeit – die maximale Zugspannung, die beim Dehnen einer Probe bis zum Bruch ausgeübt wird.
Zugspannung bei einer bestimmten Dehnung – die Spannung, die erforderlich ist, um den gleichmäßigen Querschnitt einer Probe auf eine bestimmte Dehnung zu dehnen.
Enddehnung – die Dehnung, bei der es bei fortgesetzter Zugbeanspruchung zum Bruch kommt.
Zugverformungsrest – die verbleibende Dehnung, nachdem eine Probe gedehnt und auf eine bestimmte Weise zusammengezogen wurde, ausgedrückt als Prozentsatz der ursprünglichen Länge.

PROBEN
ASTM D412 beschreibt je nach Probentyp zwei Testmethoden. Bitte beachten Sie, dass diese beiden Testmethoden nicht zu identischen Ergebnissen führen. Bei Testmethode A werden „hantel-“ oder „hundeknochen“-förmige Proben verwendet, während Testmethode B für ringförmige Proben konzipiert ist. Testmethode A wird häufiger verwendet als Testmethode B. Dogbone-Proben müssen aus einer spritzgegossenen Folie oder Platte ausgestanzt werden. Die Richtung, in der die Platte extrudiert wird, ist wichtig, da sie ein subtiles Maserungsmuster im Material erzeugt. Aus Konsistenzgründen sollten alle Proben so geschnitten werden, dass der Längsabschnitt parallel zur Faserrichtung verläuft.

PROBENVERMESSUNG
Es gibt sechs zulässige Arten von Dogbone-Proben für die ASTM D412-Prüfung und zwei zulässige Arten von Cut-Ring-Proben. Die am häufigsten getestete Form ist eine gestanzte C-Dogbone-Probe, die eine Gesamtlänge von 115 mm (die Messlänge beträgt 25 mm), eine Breite von 6 mm und eine Dicke von 3 mm erfordert. Die Dicke der Probe muss dreimal gemessen werden, wobei der Mittelwert der akzeptierte Wert ist.
Um die Konformität mit der Norm sicherzustellen, müssen alle für die ASTM D412-Prüfung verwendeten Proben mit einem Mikrometer gemäß ASTM D3767 gemessen werden. Mit dem automatischen Probenmessgerät können Bediener bis zu zwei Mikrometer oder Messgeräte an den Computer anschließen und die Daten direkt in die Software eingeben. Dies eliminiert das Risiko von Eingabefehlern durch den Bediener und steigert die Effizienz.

PROBENAUSRICHTUNG
Für eine ordnungsgemäße Prüfung müssen die Proben senkrecht zu den Backenflächen gehalten und dürfen nicht in einem Winkel geneigt werden. Eine Fehlausrichtung der Proben kann zu erheblichen Abweichungen bei den Testergebnissen führen. Daher sollte sorgfältig darauf geachtet werden, dass alle Proben bei jedem Test gleichmäßig ausgerichtet sind.
Eine Möglichkeit, einer Fehlausrichtung entgegenzuwirken, besteht darin, eine Backenfläche zu verwenden, die nahezu die gleiche Breite wie die Probe hat, wodurch es relativ einfach ist, die Ausrichtung visuell anzupassen. Der einfachste Weg, eine Fehlausrichtung zu verhindern, ist die Verwendung einer Vorrichtung zur Probenausrichtung, die direkt auf den Spannkörpern montiert wird. Hierbei handelt es sich um eine einfache Stange, die einen einstellbaren Haltepunkt bietet, sodass der Bediener leicht erkennen kann, dass seine Probe korrekt ausgerichtet ist.

GRIFFE
Sobald die Klemmen zur Vorbereitung einer Prüfung an den Elastomerproben festgezogen werden, werden häufig unerwünschte Druckkräfte ausgeübt. Diese Kräfte sind zwar gering, können jedoch die Testergebnisse beeinträchtigen, wenn sie nicht richtig behandelt werden. Es ist wichtig, dass sie nach dem Einlegen der Probe nicht ausbalanciert werden, da dies zu einer Verzerrung der Ergebnisse führt. Die Materialprüfsoftware Bluehill Universal kann so programmiert werden, dass sie die Kräfte über mehrere Proben hinweg normalisiert und jegliche Schlaff- oder Druckkräfte entfernt, um konsistente Ergebnisse zwischen den Proben sicherzustellen. Specimen Protect, das auf den Universalprüfmaschinen der Serie 6800 verfügbar ist, soll Schäden an der Probe oder dem System während der Einrichtungsphase eines Tests verhindern, bevor die Betriebsgrenzen eines Tests definiert werden. Wenn Specimen Protect aktiviert ist, passt es die Traverse automatisch an, um unerwünschte Kräfte unter einem bestimmten Grenzwert zu halten.

Wenn sich Elastomerproben ausdehnen, nimmt ihre Dicke ab. Aus diesem Grund empfiehlt ASTM D412 Griffe, die sich automatisch festziehen. Ein gleichmäßiger und gleichmäßiger Druck über die Backenflächen stellt sicher, dass dünner werdende Proben während der Prüfung nicht aus den Spannzeugen rutschen. Seitlich wirkende pneumatische Spannzeuge mit gezahnten Flächen sind äußerst effektiv für die Prüfung von Elastomeren. Bei pneumatischen Spannzeugen passt sich der Einlassluftdruck automatisch an, sodass die Spannkraft auch dann konstant bleibt, wenn sich die Probendicke während einer Prüfung stark ändert. Eine weitere effektive Möglichkeit ist die Verwendung von selbstspannenden Rollenhaltern, die während der Prüfung mithilfe einer Feder einen konstanten Druck auf die Probe ausüben. Für diejenigen, die die ASTM D12-Testmethode B verwenden, können O-Ring-Proben mit unserer O-Ring-Vorrichtung getestet werden. Diese Spannzeuge verhindern lokale Spannungskonzentrationen durch den Einsatz rotierender Wellen an den oberen und unteren Halterungen.

EXTENSOMETER
Obwohl die Norm den Einsatz von Dehnungsmessern nicht vorschreibt, wird für die genauesten und wiederholbarsten Ergebnisse eine Dehnungsmessung empfohlen. Die auf der Traversenbewegung basierende Dehnungsmessung kann aufgrund der Dehnung der Probe über die Messlänge hinaus ungenauer sein. Die Long-Travel-Extensometer sind für den Einsatz bei Elastomermaterialien konzipiert und können auch bei Probenbruch eingesetzt werden. Die einstellbare Klemmkraft an den Messerkanten reduziert ein vorzeitiges Versagen der Probe. Dieser Dehnungsmesser kann Dehnungen von bis zu 3.000 % bei einer Messlänge von nur einem Zoll messen.
Ein berührungsloses Extensometer wie das Standard- oder Advanced-Video-Extensometer 2 ist am besten für Elastomermaterialien geeignet. Es eignet sich besonders für Proben, die zerbrechlich sind oder zum Testen eine Klimakammer erfordern. Berührungslose Video-Extensometer bieten den zusätzlichen Vorteil, dass sie Ergebnisabweichungen aufgrund von Bedienereingriffen reduzieren und die Effizienz in Laboren mit hohem Durchsatzbedarf steigern.

UMWELTKAMMER
Nach ASTM D412 getestete Elastomere sind häufig für den zukünftigen Einsatz unter Nicht-Umgebungsbedingungen bestimmt. Da die Umgebungsbedingungen einen großen Einfluss auf die Zugeigenschaften von Elastomeren haben, muss darauf geachtet werden, dass die Testbedingungen denen der beabsichtigten Endanwendung entsprechen. Testgeschwindigkeit, Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Probenabmessungen und Vortestbedingungen haben alle erhebliche Auswirkungen auf die Testergebnisse und müssen kontrolliert werden, damit der Test nützliche Daten liefert. Um sicherzustellen, dass diese Elemente die Endanwendung des Materials simulieren, wird ASTM D412 häufig in einer Klimakammer durchgeführt, in der Heizung oder Kühlung (LN2 oder CO2) verwendet werden kann.

Klimakammern ermöglichen es dem Bediener, die Temperatur in der Kammer während der gesamten Testdauer zu überwachen. Darüber hinaus können Einweichzeit und -temperatur eingestellt werden, um sicherzustellen, dass alle Proben vor Beginn des Tests angemessen konditioniert werden.