Der definitive Leitfaden für Zugversuche von Elastomeren nach ASTM D412

Durchführung einer Zugfestigkeitsprüfung an Elastomeren gemäß ASTM D412 

Verfasser Kayla Thackeray

ASTM D412 ist die gängigste Norm zur Bestimmung der Zugeigenschaften von vulkanisiertem (duroplastischem) Gummi und thermoplastischen Elastomeren. Verbindungen aus dieser Familie werden zur Herstellung einer Vielzahl von Konsumgütern wie Reifen, Fußbällen oder Gummibändern verwendet. Aus dieser Werkstoffamilie werden aber auch hochspezialisierte Materialien hergestellt, wie z. B. O-Ringe für Space Shuttles, die unter extremen Umgebungsbedingungen zuverlässig arbeiten müssen.

 

Dieser Leitfaden führt Sie in die grundlegenden Elemente eines ASTM D412 Zugversuchverfahrens ein und bietet Ihnen eine Übersicht über erforderliche Prüfgeräte, Software und Zugproben. Bei der Planung von Prüfverfahren nach ASTM D412 darf diese Anleitung jedoch nicht als gleichwertiger Ersatz für das Lektüre der vollständigen Norm betrachtet werden.


Was misst es?

ASTM D412 misst die Elastizität eines Materials unter Zugspannung, sowie das Verhalten nach der Prüfung, wenn das Material nicht mehr beansprucht wird. ASTM D412 wird auf einer Universalprüfmaschine (auch Zugversuchmaschine 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 häufigsten:

  • Zugfestigkeit – die maximale Zugspannung, die beim Dehnen einer Probe bis zum Bruch ausgeübt wird.
  • Zugspannung bei einer gegebenen Dehnung – die erforderliche Spannung, um den gleichförmigen Querschnitt eines Teststücks zu einer bestimmten Länge auszudehnen.
  • Ultimative Dehnung – die Dehnung, die bei fortgesetzter Zugspannung zu einem Bruch führt.
  • Zugsatz – die nach einem Dehnen des Teststücks verbleibende Verlängerung nachdem sich das gedehnte Material zurückgezogen hat, ausgedrückt als Prozentsatz der ursprünglichen Länge.

ASTM D412-Prüfverfahren mit Instron Universalprüfsytemen

Bitte beachten Sie, dass ASTM D412 sich nicht auf die Prüfung von harten Elastomern mit niedriger Ausdehnung wie Ebonit erstreckt. Zur Testung von Ebonit und harten Kunststoffen beziehen Sie sich bitte auf ASTM D638.

 ASTM D412 Testbericht

System für Zugversuche

Die meisten Prüfungen gemäß ASTM D412 werden mit einem Tischmodell einer Universalprüfmaschine durchgeführt, und es steht eine große Auswahl an Zubehör bereit, mit dem ein ASTM D412 Verfahren zur Zugfestigkeitsprüfung für Elstomere und Gummi durchgeführt werden kann.

Ein Standardpaket beinhaltet ein Testsystem der Serie 3400, ein XL-Langzeit-Extensometer sowie ein Paar an manuellen Rollengriffen. Dieses System ist ideal für Klein- und Mittelbetriebe der Herstellung von Elastomerprodukten oder für Erstkäufer eines D412-Systems. Ein erweitertes und effizienteres System ist das Testsystem der  Serie 6800  mit einem AVE 2 berührungslosen Video-Extensometer und einem Paar anseitlich wirkenden, pneumatischen Spannzeugen der Serie 2712 mit einem erweiteren Druckluft-Kit Dieses System ist der Weltstandard für Reifenherseller und große multinationale Hersteller von Elastomerprodukten. Für Kunden mit hohem Durchsatz bietet Instron  Systeme mit mehreren Prüfstationen an, die bis zu fünf Proben gleichzeitig prüfen können. Ein Beispiel für einen ASTM D412-Testaufbau ist unten abgebildet.

ASTM D412 Prüfeinrichtung

ASTM D412 Prüfeinrichtung

1. Instron 6800

2. Bluehill Universal Dashboard (2490-696)

3. Serie 2580 Wägezelle

4, 5 kN Seitlich wirkende, pneumatische Spannzeuge (2712-045)

5. 2603-080 Langweg-Extensometer

 

 

 

Software

Bluehill Universal wird beim Kauf mit einem kostenlosen Anwendungsmodul geliefert. Jedes Anwendungsmodul enthält vorkonfigurierte Prüfmethoden mit Dokumentationen um Kunden, die das Elastomer-Modul wählen, bei der Prüfung nach verschiedenen Normen wie ASTM D412 zu unterstützen.

Bluehill Universal Software

Proben

ASTM D412 beschreibt je nach Probentyp zwei Prüfverfahren. Bitte beachten Sie, dass diese beiden Testmethoden nicht zu identischen Ergebnissen führen. Testmethode A nutzt “Hantel-” oder “Dogbone”-Formproben, während Prüfverfahren B für ringförmige Proben ausgelegt ist. Prüfmethode A wird häufiger verwendet als Prüfmethode B. Dogbone-Proben müssen aus einer spritzgegossenen Platte oder Plaque gestanzt werden. Die Richtung, in die das Blech extrudiert wird, ist wichtig, da es ein subtiles Maserungsmuster im Material erzeugt. Aus Gründen der Konsistenz sollten alle Proben mit dem Längsteil parallel zum Korn geschnitten werden.

Probenmessung

Es gibt sechs zulässige Arten von Dogbone-Proben für ASTM D412-Tests und zwei zulässige Arten von geschnittenen Ringproben. Die am häufigsten getestete Form ist eine C-gestanzte Dogbone-Probe, die eine Gesamtlänge von 115 mm (die Gaugel-Länge 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 Medianwert der akzeptierte Wert ist.

Um die Konformität mit der Norm zu gewährleisten, müssen alle für die ASTM D412-Prüfung verwendeten Proben mit einem Mikrometer gemäß ASTM D3767. gemessen werden. Die Funktion „Automatisches Probenmessgerät“ in Bluehill® Universal ermöglicht es dem Bediener, bis zu zwei Mikrometer oder Messgeräte an den Computer anzuschließen und die Daten direkt in die Software einzugeben. Dies eliminiert die Wahrscheinlichkeit von Eingabefehlern des Bedieners und erhöht die Effizienz.

Probenausrichtung

Um eine ordnungsgemäße Prüfung durchzuführen, müssen die Proben senkrecht zu den Kieferflächen gehalten und nicht schräg geneigt werden. Eine Fehlausrichtung der Proben kann zu großen Abweichungen in den Testergebnissen führen, und es sollte darauf geachtet werden, dass alle Proben für jeden Test konsistent ausgerichtet sind.

Eine Möglichkeit, Fehlausrichtungen zu vermeiden, besteht darin, eine Backenfläche zu verwenden, die fast die gleiche Breite wie die Probe hat, und daher die visuelle Anpassung der Ausrichtung erleichtert. Der einfachste Weg, eine Fehlausrichtung zu vermeiden, ist die Verwendung einer Vorrichtung zur Probenausrichtung, die direkt an den Spannzeugen montiert wird. Dies ist ein einfacher Balken, der einen einstellbaren Haltepunkt bietet, so dass der Bediener leicht sehen kann, dass die Probe korrekt ausgerichtet wurde.

Spannzeuge

Sobald die Spannzeuge in Vorbereitung auf einen Test auf die elastomeren Proben angezogen werden, werden häufig unerwünschte Druckkräfte aufgebracht. Diese Kräfte, obwohl winzig, können die Testergebnisse beeinträchtigen, wenn sie nicht richtig behandelt werden. Es ist wichtig, dass sie nach dem Einsetzen der Probe nicht ausgeglichen werden, da dies zu einem Versatz der Ergebnisse führt. Die Bluehill Universal Software zur Materialprüfung kann so programmiert werden, dass sie die Kräfte über mehrere Proben hinweg normalisiert und jede Durchhang- oder Druckkraft entfernt, um konsistente Ergebnisse zwischen den Proben zu gewährleisten. Für die Universalprüfmaschinen der Serie 5900 empfehlen wir außerdem die Verwendung von Specimen Protect, um eine Beschädigung der Probe oder des Systems während der Einrichtungsphase einer Prüfung und bevor die Betriebsgrenzen einer Prüfung festgelegt werden, zu verhindern. Wenn es eingeschaltet ist, passt Specimen Protect automatisch den Kreuzkopf an, um unerwünschte Kräfte unter einem bestimmten Limit zu halten.


Wenn sich Elastomerproben dehnen, nimmt ihre Dicke ab. Aus diesem Grund empfiehlt ASTM D412 Spannzeuge, die sich automatisch festziehen. Ein konsistenter und gleichmäßiger Druck über die Backenflächen sorgt dafür, dass die Dünnerproben während der Prüfung nicht aus den Spannzeugen rutschen. Pneumatische Spannzeuge mit Seitenwirkung mit gezackten Flächen sind hochwirksam für die Prüfung von Elastomeren. Bei pneumatischen Spannzeuge passt sich der Einlassluftdruck automatisch an, so dass die Spannkraft auch dann konstant bleibt, wenn sich die Probendicke während einer Prüfung deutlich ändert. Eine weitere effektive Option ist die Verwendung von selbstziehenden Rollenspannzeugen, die eine Feder verwenden, um während der Prüfung einen konstanten Druck auf die Probe auszuüben. Für diejenigen, die ASTM D12 Testmethode B verwenden, können O-Ring-Proben mit unserer O-Ring-Halterung testen. Diese Spannzeuge verhindern lokale Spannungskonzentrationen durch den Einsatz von rotierenden Wellen an den oberen und unteren Befestigungen.

10 kN-Modell | 2712-046
2613-002
5 kN-Modell | 2712-002

Extensometer

Obwohl Extensometer von der Norm nicht gefordert werden, wird eine Dehnungsmessung für die genauesten und wiederholbarsten Ergebnisse empfohlen. Auf dem Traversenweg basierende Dehnungsmessung kann aufgrund der Ausdehnung der Probe außerhalb der Messlnge weniger präzise sein. Das XL Long Travel Extensometer ist für elastomere Werkstoffe ausgelegt und kann auch für Probenbruch eingesetzt werden. Die einstellbare Klemmkraft an den Messerkanten reduziert ein vorzeitiges Versagen der Probe. Dieses Extensometer kann die Dehnung von bis zu 3.000% aus einer Messlänge von nur einem Zoll messen.

Langweg-Extensometer

Ein kontaktloses Extensometer wie das Standard- oder Advanced-Video-Extensometer 2 (SVE 2 oder AVE 2) ist am besten für Elastomerwerkstoffe geeignet. Es eignet sich besonders für Proben, die zerbrechlich sind oder eine Umweltkammer für die Prüfung benötigen. Kontaktose Videoextensometer bieten den zusätzlichen Vorteil dass sie die Ergebnisvarianz aufgrund von Bedienerstörungen reduzieren und die Effizienz in Laboren mit hohem Durchsatz erhöhen.

Automatisches Video-Extensometer

Umweltkammer

Elastomere, die nach ASTM D412 getestet wurden, sind oft 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 Bedingungen der Prüfung diejenigen der vorgesehenen Endanwendung nachahmen. Prüfgeschwindigkeit, Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Probenabmessungen und Vortestbedingungen haben alle beachtliche Auswirkungen auf die Prüfergebnisse und müssen kontrolliert werden, damit die Prüfung brauchbare Daten liefert. Um sicherzustellen, dass diese Elemente die Endanwendung des Materials simulieren, wird ASTM D412 häufig in einer Umweltkammer in der geheizt oder gekühlt (LN2 oder CO2) verwendet werden kann, durchgeführt.

Die Klimakammern der Serie 600 ermöglichen es dem Bedienpersonal, die Temperatur in der Kammer für die Dauer der Prüfung zu überwachen. Darüber hinaus kann in Bluehill Universal die Einweichzeit und -temperatur eingerichtet werden, um sicherzustellen, dass alle Proben ordnungsgemäß vor Beginn der Prüfung konditioniert werden.

 Umweltkammer

Durchsatz

Für Labore, die ihren Durchsatz erhöhen wollen, kann das System-Setup auf mehrere Arten modifiziert werden. Automatische Probenmessgeräte, pneumatische Spannzeuge und Probenausrichtgeräte erhöhen die Effizienz der Prüfung indem sie den manuellen Aufwand für den Bediener verringern. Die Prüfzeit für ASTM D412 hängt jedoch von der erwarteten Dehnung der Probe ab und kann nicht minimiert werden. Bei Materialien mit hoher Duktilität nimmt die Dauer des Tests den größten Teil des gesamten Testzyklus in Anspruch. In diesem Fall können Mehrstationen-Prüfrahmen den besten Durchsatz liefern, da der Bediener bis zu fünf Prüfungen gleichzeitig durchführen kann. 

Vollautomatische Prüfsysteme sind ebenso verfügbar und integrieren Probenabmessungen, Probenladung, Prüfen und Probenentnahme. Diese Systeme können stundenlang ohne Eingreifen eines Bedieners laufen und helfen damit, die durch menschliche Fehler verursachte Variabilität zu verringern. Darüber hinaus tragen diese Systeme dazu bei, die Variabilität aufgrund menschlicher Fehler zu reduzieren.

 
 

Verwandtes Thema

6800 Serie – Broschüre für Premium-Testsysteme

Universal-Testsysteme der Instron Serie 6800 bieten unvergleichliche Genauigkeit und Zuverlässigkeit. Die 6800 Serie basiert auf einer zum Patent angemeldeten Operator-Protect-Systemarchitektur mit einem brandneuen Smart-Close Air Kit und Collision-Mitigation-Funktionen, wodurch Materialtests einfacher, intelligenter und sicherer sind als je zuvor.

Broschüre Bluehill Universal

Bluehill Universal wurde von Grund auf für haptische Interaktion und eine intuitive Benutzererfahrung ausgelegt. Entdecken Sie einfacheres und schnelleres Prüfen mit Funktionen wie vorgeladene Prüfmethoden, QuickTest in Sekunden, verbessertem Datenexport und Instron Connect, einer neuen Funktion, die eine direkte Verbindung zum Service bereitstellt. Benutzer früherer Versionen von Software wie Bluehill 2 und Bluehill 3 können leicht auf die neueste Version von Bluehill aufrüsten.

Serie 3400 – Erschwingliche Testlösungen

Instron 3400 Serie Universal-Testsysteme für Zug, Kompression, Biegung und andere Materialeigenschaften-Tests.

2603-080 Langweg-Extensometer

Das Instron® Modell XL (Langweg-) Extensometer ist ein präzises Gerät zur Messung von Belastungen in stark ausdehnbaren Materialien wie Elastomeren, halbfesten Kunststoffen und Folien.

2712-04X Serie – Seitlich wirkende, pneumatische Spannzeuge

Seitlich wirkende, pneumatische Spannzeuge sind eine vielseitige Lösung zum Einspannen vieler Materialien. Bewertete Kapazitäten zwischen 1 und 10 kN.

2713-007 Serie Selbstspannendes Spannzeug mit Rolle

Die selbstspannenden Spannzeuge sind in erster Linie für die Präzisionsprüfung von Elastomeren und anderen flexiblen Materialien konzipiert, die eine große Reduzierung der Querschnittsfläche unter Last aufweisen.