ASTM D882 – Zugprüfung dünner Kunststofffolien

Dünne Kunststofffolien und -folien sind eine beliebte Wahl für Verpackungen und schützen viele Alltagsgegenstände, von Essensresten bis hin zu Konsumgütern. Es ist von entscheidender Bedeutung, dass Kunststoffhersteller und Verpackungsunternehmen ein genaues mechanisches Profil der von ihnen hergestellten Kunststofffolien erhalten, um sicherzustellen, dass sie die erforderlichen Erwartungen erfüllen.

Dünne Kunststofffolien und -folien sind eine beliebte Wahl für Verpackungen und schützen viele Alltagsgegenstände, von Essensresten bis hin zu Konsumgütern. Es ist von entscheidender Bedeutung, dass Kunststoffhersteller und Verpackungsunternehmen ein genaues mechanisches Profil der von ihnen hergestellten Kunststofffolien erhalten, um sicherzustellen, dass sie die erforderlichen Erwartungen erfüllen. ASTM D882 ist ein gängiger Prüfstandard, der zur Bestimmung der Zugeigenschaften dünner Kunststofffolien verwendet wird und häufig zur Inline-Qualitätskontrolle eingesetzt wird. Dieser Leitfaden soll Sie in die Grundelemente eines ASTM D882-Zugversuchs einführen und einen Überblick über die benötigte Ausrüstung, Software und Proben geben. Allerdings sollte jeder, der die Durchführung von ASTM D882-Tests plant, diesen Leitfaden nicht als ausreichenden Ersatz für das Lesen und Befolgen der vollständigen Norm betrachten.

Prüfung von Separatorfolien für Batterien von Elektrofahrzeugen
Obwohl ASTM D882 kein offizieller Standard für die Prüfung von Batterietrennfolien für Elektrofahrzeuge ist, wird dieser Standard geändert, um die mechanischen Eigenschaften dieser Materialien zu bewerten. Separatorfolien sind ein wichtiger Bestandteil von Lithium-Ionen- und anderen Flüssigelektrolytbatterien, die Anode und Kathode trennen. Das am häufigsten für Separatorfolien verwendete Material ist Polyolefin, eine Polymerfolie, die stark genug ist, um dem Aufwickelvorgang während der Montage sowie einer ungleichmäßigen Lithiumbeschichtung auf der Anode aufgrund intensiver Nutzung standzuhalten. Sichereres und stärkeres Separatormaterial verhindert effektiver den Kontakt zwischen Anode und Kathode, während dünneres Material dazu beiträgt, das Gewicht jeder Batterie zu reduzieren und die Energiedichte zu verbessern.

Die Prüfung dieser Materialien gemäß ASTM D882 kann für Qualitätskontrollprüfungen sowie in Forschung und Entwicklung bei der Ermittlung der optimalen Separatorfolienlösung von großem Nutzen sein. Darüber hinaus ist Separatorfolie, wie viele andere Dünnschichtmaterialien auch, anisotrop und sollte daher in mehreren unterschiedlichen Schneid-/Testrichtungen getestet werden.

ASTM D882 wurde speziell für die Prüfung von Kunststoffen mit einer Dicke von weniger als 1 mm entwickelt und kann zur Prüfung aller Arten von Kunststoffproben innerhalb dieses definierten Dickenbereichs verwendet werden. Kunststoffe mit einer Dicke von mehr als 1 mm sollten gemäß ASTM D638 getestet werden. Die ASTM D882-Prüfung wird auf einer Universalprüfmaschine (auch Zugprüfmaschine genannt) bei konstanter Traversengeschwindigkeit durchgeführt. Im Folgenden sind die am häufigsten gemessenen Zugeigenschaften aufgeführt:
-Zugfestigkeit
-Streckgrenze
-Ertragsbelastung
-Dehnung beim Bruch
-Elastizitätsmodul

Während der ASTM D882-Prüfung werden die Proben bis zum Versagen unter Spannung gezogen. Die Traversengeschwindigkeit hängt von der Länge der Probe ab und kann durch Multiplikation des anfänglichen Klemmabstands (Länge der Probe) mit der anfänglichen Dehnungsrate in mm/mm x min berechnet werden. Die Anfangsdehnungsgeschwindigkeit hängt von der maximalen Bruchdehnung der Probe ab. Da Kunststofffolien und -folien tendenziell sehr elastisch sind, sind in der Regel höhere Traversengeschwindigkeiten erforderlich. Ein entscheidender Faktor beim Testen nach ASTM D882 ist die Verwendung einer geeigneten Vorspannung. Dünnfilmproben sind normalerweise entspannt und nicht gespannt, wenn sie zum Testen in Spannvorrichtungen geladen werden. Eine Vorspannung, die einfach in der Prüfsoftware konfiguriert werden kann, hilft dabei, jegliches Durchhängen der Probe vor der Datenaufzeichnung während des Tests zu beseitigen und stellt so sicher, dass die Ergebnisse genau und wiederholbar sind.

Dieser Test ist für Proben vorgesehen, deren Dicke über die Länge der Probe zwischen den Spannvorrichtungen bis auf 10 % gleichmäßig ist. Dickere Proben, die sich der Dickengrenze von 1 mm nähern, müssen bis auf 5 % gleichmäßig sein. Die Proben müssen zwischen 5,0 und 25,4 mm breit und mindestens 50 mm länger als der bei der Prüfung verwendete Griffabstand sein. Die Standard-Probenmesslänge für die Prüfung beträgt 250 mm. Wenn dies jedoch nicht möglich ist, ist eine Mindestprobenlänge von 100 mm (50 mm Messlänge) akzeptabel, sofern nachgewiesen wird, dass dies keinen Einfluss auf die Ergebnisse hat. Wenn die Probe aus isotropem Material besteht, verlangt die Norm, dass von jeder Probe mindestens fünf Proben getestet werden. Wenn jedoch der Verdacht besteht, dass die Probe anisotrop ist, müssen mindestens zehn Proben getestet werden, fünf entlang ihrer Längsachse und fünf entlang der angenommenen anisotropen Achse. Darüber hinaus können zur Bestimmung des Moduls verwendete Proben nicht zur Bestimmung der Zugfestigkeit oder anderer Zugeigenschaften verwendet werden. Das bedeutet, dass jeder, der nach ASTM D882 prüft, gut beraten wäre, eine große Anzahl von Proben herzustellen, um alle relevanten Eigenschaften angemessen messen zu können.

GRIFFE
Aufgrund der flexiblen und empfindlichen Beschaffenheit dieser Kunststoffproben kann das Greifen eine Herausforderung darstellen. Pneumatische Seitenspannzeuge sorgen für einen einstellbaren Einlassluftdruck, um sicherzustellen, dass die Proben während des Tests ausreichend eingespannt werden können. Bei der Prüfung dünner Folien sind pneumatische Spannzeuge den schraubbaren oder handfesten Spannzeugen vorzuziehen, da die letztgenannten Spannzeuge zu Schwankungen beim Klemmdruck führen und zu größeren Inkonsistenzen bei den Testergebnissen und einem höheren Risiko von Backenbrüchen oder Abrutschen führen können. In einigen Fällen können bei sehr dünnen Filmproben auch selbstspannende Rollenhalter verwendet werden.

AUSRICHTUNG DER PROBEN
Die Zugprüfung dünner Filme und Folien stellt größere Herausforderungen dar als die Prüfung starrer Proben, und die meisten dünnen Filme und Folien, die bei der Herstellung von Elektrofahrzeugbatterien verwendet werden, sind mit einer Dicke von nicht mehr als 15 Mikrometern extrem dünn. Diese Materialien können durch unsachgemäße Handhabung leicht beschädigt werden; Selbst das einfache Ergreifen eines dünnen Films oder einer dünnen Folie kann die Probe beschädigen. Die korrekte Ausrichtung solch empfindlicher Proben ist für viele Prüflabore ein großes Problem, und die Verwendung eines Präzisions-Probenladegeräts wird empfohlen. Diese Geräte verwenden einen abnehmbaren Ausrichtungsclip und eine lineare Schiene, um die Proben in die Spannvorrichtungen zu führen. Sie sind in mehreren Größen erhältlich, um eine Vielzahl von Probenabmessungen abzudecken.

Kiefergesichter
Da ASTM D882-Proben zerbrechlich sind, ist die Auswahl der Backenfläche ebenfalls entscheidend für eine erfolgreiche Prüfung. Gezahnte Backenflächen werden nicht empfohlen, da sie die Probe beim Greifen beschädigen und zu Backenbrüchen oder ungenauen Ergebnissen führen können. Gummiflächen beschädigen Dünnschichtproben nicht und verhindern nachweislich ein Verrutschen der Proben, da sie während des Testvorgangs in den Flächen dünner werden. Deshalb sind Gummiflächen in Kombination mit pneumatischen Spannzeugen die bevorzugte Kombination. Diese Kombination führt auch zu den am besten wiederholbaren Ergebnissen.

Die Gummibackenflächen sollten der Breite des gegriffenen oder mit Laschen versehenen Endes der Probe entsprechen. Die gängigste Gesichtsgröße für diese Art von Material ist 25 mm x 25 mm (1 Zoll x 1 Zoll). Die passende Breite ermöglicht eine einfache Probenausrichtung, was für gute Brüche und genaue Testergebnisse von entscheidender Bedeutung ist. Für den Fall, dass die Probenbreite auf der kleineren Seite der Standardtoleranz liegt, müssen Backenflächen mindestens so breit wie die Probe sein, in diesem Fall ist jedoch auch eine breitere Breite akzeptabel.

Bei Folienproben, die für Gummiflächen zu dünn sind, ist auch das Greifen mit Linienkontakt möglich. Zu den Linienkontaktflächen gehören eine glatte Backenfläche und eine abgerundete gegenüberliegende Fläche, die dazu beitragen, die Spannkraft entlang einer einzigen Linie senkrecht zur Bewegung des Querhaupts zu verteilen. Der wichtigste Aspekt beim Greifen besteht darin, ein Verrutschen beim Testen zu vermeiden und während des Tests eine gleichmäßige Spannungsverteilung in jeder Probe aufrechtzuerhalten.