ASTM D3039 Zugeigenschaften von Polymermatrix-Verbundwerkstoffen

ASTM D3039 ist ein weit verbreiteter Standard zur Bestimmung der Zugeigenschaften von Verbundwerkstoffen. Genauer gesagt gilt diese Norm für Verbundwerkstoffe, die aus einer Polymermatrix bestehen, die entweder durch kontinuierliche oder diskontinuierliche Fasern mit hohem Modul verstärkt ist.
Aufgrund ihres hohen Verhältnisses von Festigkeit zu Gewicht werden diese Arten von Verbundwerkstoffen häufig für Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt, im Automobilbau und im Bereich erneuerbare Energien verwendet.

In diesem Leitfaden werden die wichtigsten Elemente der ASTM D3039-Prüfung vorgestellt, einschließlich der benötigten Ausrüstung, Software und Muster.
Was misst ASTM D3039?
Beim ASTM D3039-Test wird eine Zugkraft auf eine Probe (Coupon) ausgeübt und verschiedene Eigenschaften gemessen. Die Tests werden auf einer Universalprüfmaschine (auch Zugprüfmaschine genannt) durchgeführt und der Standard umfasst sowohl Zoll-Pfund- als auch SI-Einheiten.

Zu den wichtigsten Messungen gehören:
Höchste Zugfestigkeit – Maximale Belastung (normalerweise beim Bruch)
Höchste Zugdehnung – Bruchdehnung
Zugmodul – Materialsteifigkeit
Poissonzahl – Verhältnis der Änderung der Querdehnung zur Längsdehnung
Übergangsdehnung – In Fällen, in denen das Material ein Fließverhalten zeigt, das durch eine Steigungsänderung in der Spannungs-Dehnungs-Reaktion angezeigt wird, ist die Übergangsdehnung der Dehnungswert, bei dem die Steigungsänderung auftritt
Fehlerart – Gebrochene Proben müssen untersucht und ihre Fehlerart, -fläche und -stelle müssen aufgezeichnet werden

Ist ASTM D3039 der richtige Standard?
ASTM D3039 ist einer der grundlegendsten Tests zur Charakterisierung der Zugeigenschaften von Verbundwerkstoffen. Es gibt jedoch auch andere Standards zur Bewertung der vielen unterschiedlichen mechanischen Eigenschaften anisotroper und heterogener Verbundwerkstoffe, darunter:

ASTM D3410 und ASTM D6641 für Kompressionstests
ASTM D3518 für Schertests in der Ebene
Das Composites Application Module in der Bluehill Universal-Software von Instron umfasst eine vorkonfigurierte Testmethode für ASTM D3039 und viele andere Standards. Sehen Sie sich die vollständige Liste der verfügbaren Methodenvorlagen an.

Probentypen
ASTM D3039-Proben haben eine rechteckige Form mit einem konstanten Querschnitt.
Die Norm enthält empfohlene Probengeometrien für 0⁰ unidirektionale, 90⁰ unidirektionale, ausgeglichene und symmetrische sowie zufällig-diskontinuierliche Materialtypen.
ASTM D3039 kann sowohl für kontinuierliche als auch für diskontinuierliche Faserverstärkungen verwendet werden. Der Aufbau der Laminatprobe muss jedoch ausgewogen und symmetrisch in Bezug auf die Testrichtung sein, um sicherzustellen, dass sich die Probe unter Last nicht verdreht oder verformt.

Probenregisterkarten
Bei der Prüfung von Verbundwerkstoffen ist es üblich, Laschen zu verwenden, um das Probenmaterial vor Beschädigung durch die Griffe zu schützen. ASTM D3039 erfordert keine Laschen, empfiehlt jedoch deren Verwendung beim Testen unidirektionaler Materialien.
Die Laschen können entweder auf die Probe geklebt oder durch Reibung (z. B. Schmirgelleinen) an Ort und Stelle gehalten werden.

Probenmessung
Vor der Prüfung muss die Querschnittsfläche der Probe gemessen werden. Dazu werden die Breite und Dicke an drei Stellen innerhalb des Messbereichs gemessen und die Messungen gemittelt.

Probenmessgeräte
Wenn eine oder beide Oberflächen unregelmäßig sind, ist zur Messung der Dicke ein Mikrometer mit Kugelschnittstelle erforderlich.
Wenn beide Oberflächen flach sind, kann ein Mikrometer mit Kugel- oder Flachschnittstelle verwendet werden.
Verwenden Sie zum Messen der Probenbreite einen Messschieber oder ein Mikrometer mit einem flachen Amboss.
Best Practice: Um das Risiko von Eingabefehlern auszuschließen und die Effizienz zu steigern, verwenden Sie ein automatisches Probenmessgerät, das Messungen direkt an die Prüfsoftware übertragen kann.
Mit der Funktion „Automatisches Probenmessgerät“ in Bluehill Universal können Bediener bis zu zwei Geräte (Mikrometer oder Messschieber) gleichzeitig anschließen.

Griffe und Probenausrichtung
Die zum Halten von Verbundproben verwendeten Zugklemmen müssen einen ausreichend starken und gleichmäßigen Druck ausüben, um ein Verrutschen der Probe während der Prüfung zu verhindern.

Empfohlene Griffe
Präzise manuelle Keilspannzeuge
Hydraulische Keilspannzeuge
Beide Spannzeugtypen bieten eine zuverlässige Klemmkraft und nutzen ein bewegliches Körperdesign, das die Druckkräfte beim Laden einer Probe minimiert.