Der definitive Leitfaden zur ASTM D1002 Scherprüfung von geklebten Metall

Was misst es?

ASTM D1002 in erster Linie eine vergleichende Norm, da die Leistung eines Klebstoffs in einer kontrollierten Testumgebung und der Geometrie der Einzelrundenscher-Probe nicht mit der realen Leistung korreliert werden kann. In realen Anwendungen tragen unter anderem wechselnde Umgebungsbedingungen und ungleichmäßige Fugengeometrien zur Variation der Klebeleistung bei.

Proben

Um die Festigkeit eines Klebstoff’s ordnungsgemäß zu prüfen, muss ein Substrat verwendet werden. Im Falle von ASTM D1002 ist dieses Substrat Metall. Auf die spezifischen Arten und Qualitäten von Metallen, die für die Prüfung akzeptabel sind, wird in Abschnitt 6.4 der Norm verwiesen. Die Proben werden in einer einzigen Überlappungsscher-Geometrie hergestellt, wobei zwei identische Substratstücke einen definierten Überlappungsabschnitt aufweisen, der mit dem zu prüfenden Klebstoff verklebt wird.

Teststeuerung und Fehlermodi

ASTM D1002 wird durchgeführt, indem die beiden Enden der verklebten Proben bis zum Versagen in Spannung gezogen werden. Die auf die Probe ausgeübte Zugkraft führt zu einer Scherspannung, die auf den gesamten verklebten Bereich ausgeübt wird. Die Ergebnisse umfassen die Ausfalllast, die häufig pro Schubflächeneinheit ausgedrückt wird, sowie die Art des Fehlers. In der Regel kann dies als eine der folgenden drei Fehlerarten aufgezeichnet werden:

• Kohäsion des Klebstoffs - der Ausfall tritt innerhalb des Klebstoffs auf
• Haftung auf Substrat - das Versagen tritt an der Verbindung zwischen Klebstoff und Substrat auf
• Kombinationsfehler - das Versagen tritt sowohl innerhalb der Klebstoff- als auch der Klebe-Substrat-Verbindung auf

ASTM D1002 erfordert die Verwendung einer konstanten Spannungsrate oder einer äquivalenten Verschiebungsrate. Die Spannungsrate wird unter Verwendung einer geschlossenen Rückkopplung zwischen der Wägezelle des Testsystems und dem Controller durchgeführt. Die PID-Einstellungen für die Wägezelle müssen möglicherweise angepasst werden, um die gewünschte Spannungsrate innerhalb eines angemessenen Fehlerbandes zu erreichen. Viele Kunden verwenden die äquivalente Kreuzkopfverschiebungsrate, um die Tests zu vereinfachen.

System zur Materialprüfung

Die meisten ASTM D1002-Überlappungsscherungstests werden auf einer ein- oder zweispaltigen Universalprüfmaschine wie Instrons Serie 3400 und Serie 6800 Systeme durchgeführt. Die Tragfähigkeit des Systems hängt von der Festigkeit des Klebstoffs ab und liegt typischerweise zwischen 1 kN und 30 kN.

Spannlösungen

Die größte Herausforderung, die mit Einzelrunden-Schertests verbunden ist, ist die Ausrichtung der Lastsaiten. Die Geometrie des Prüfstücks bewirkt, dass die beiden eingespannten Enden der Probe voneinander versetzt werden. Wenn die Spannlösung diesen Versatz nicht berücksichtigt, kann es zu erheblichen Seitenbelastungen kommen, was zu vorzeitigen Ausfällen und fehlerhaften Daten führen kann. Die Erweiterten Zugschraubspannzeuge 2710-11X und die Seitlich wirkenden pneumatischen Spannzeuge  2712-04X (Kapazitäten 5 und 10 kN) von Instron haben integrierte Versätze, mit denen die Spannflächen beidseitig verstellbar sind. Diese Funktionalität hilft dem Bediener sicherzustellen, dass die Mittellinie der aufgebrachten Kraft mit der Mittellinie der Lastzeichenfolge übereinstimmt. Manuelle Keilspannzeuge können auch verwendet werden, wenn Distanzstücke zwischen Spannzeuggehäuse und Spannfläche eingeführt werden. Diese Abstandshalter kompensieren den Offset, obwohl viele von ihnen erforderlich sind, wenn mehrere Proben mit unterschiedlichen Substratdicken getestet werden.