Der maßgebliche Leitfaden zu ASTM D882 – Zugprüfung von dünnen Kunststofffolien


Tests dünner Kunststofffolien nach ASTM D882

Durchführung eines Zugversuchs an dünnen Kunststofffolien nach ASTM D882

Von Charlie Pryor 

Dünne Kunststofffolien und -platten sind beliebt als Verpackungsmaterialien und schützen viele Dinge des täglichen Lebens, von Essensresten bis zu Konsumgütern. Es ist von entscheidender Bedeutung, dass Kunststoffhersteller und Verpackungsunternehmen ein genaues mechanisches Profil der von ihnen produzierten Kunststofffolien erhalten, um sicherzustellen, dass sie die erforderlichen Erwartungen erfüllen. ASTM D882 ist ein Standardverfahren zur Bestimmung der Zugeigenschaften von dünnen Kunststofffolien und wird üblicherweise für die Inline-Qualitätskontrolle verwendet. Dieser Leitfaden soll Sie mit den grundlegenden Elementen eines ASTM D882 Zugversuchs vertraut machen und einen Überblick über die benötigten Geräte, Software und Proben geben. Wer jedoch die Durchführung von Tests nach ASTM D882 plant, sollte diesen Leitfaden nicht als einen angemessenen Ersatz für die Lektüre und Befolgung der vollständigen Norm betrachten.


Testen von Separatorfolien für Elektrofahrzeugbatterien

In jüngster Zeit haben sich die Tests nach ASTM D882 auf dem Markt für Elektrofahrzeuge durchgesetzt, um die mechanischen Eigenschaften von Separatorfolien zu bestimmen, die in Elektrofahrzeugbatterien verwendet werden. Separatorfolien sind ein wichtiger Bestandteil von Lithium-Ionen- und anderen Flüssigelektrolyt-Batterien, die Anode und Kathode voneinander trennen. Das am häufigsten verwendete Material für die Separatorfolie ist Polyolefin, eine Polymerfolie, die stark genug ist, um den Wickelvorgängen bei der Montage sowie der ungleichmäßigen Lithiumbeschichtung der Anode aufgrund der intensiven 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 Tests dieser Materialien gemäß ASTM D882 können für die Qualitätskontrolle sowie für F&E sehr nützlich sein, wenn es darum geht, die optimale Trennfolienlösung zu ermitteln. Wie bei vielen anderen Dünnschichtmaterialien, ist auch die Separatorfolie anisotrop und sollte daher in mehreren verschiedenen Schnitt-/Prüfrichtungen getestet werden.

Erfahren Sie mehr über die Tests von Elektrofahrzeugen

 

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Was misst es?

ASTM D882 wurde speziell für die Tests von Kunststoffen mit einer Dicke von weniger als 1 mm entwickelt und kann für die Tests aller Arten von Kunststoffproben innerhalb dieses definierten Dickenbereichs verwendet werden. Kunststoffproben, die dicker als 1 mm sind, sollten nach ASTM D638 geprüft werden. Die Tests nach ASTM D882 werden auf einer Universalprüfmaschine (auch Zugprüfmaschine genannt) bei konstanter Traversengeschwindigkeit durchgeführt. Im Folgenden sind die am häufigsten gemessenen Zugeigenschaften aufgeführt:

 Prüfverfahren und Proben

Bei den Tests nach ASTM D882 werden die Proben unter Zugspannung bis zum Versagen gezogen. Die Traversengeschwindigkeit hängt von der Länge der Probe ab und kann durch Multiplikation des anfänglichen Klemmabstands (Länge der Probe) mit der Anfangsdehnungsrate in mm/mm x min berechnet werden. Die Anfangsdehnungsrate ist abhängig von der maximalen Rissdehnung der Probe. Da Kunststofffolien und -platten in der Regel sehr elastisch sind, sind in der Regel höhere Traversengeschwindigkeiten erforderlich. Ein kritischer Faktor bei den Tests nach ASTM D882 ist die Verwendung einer geeigneten Vorspannung. Dünne Kunststofffolienproben sind in der Regel entspannt und nicht gespannt, wenn sie für die Tests in Spannzeuge eingelegt werden. Eine Vorspannung, die in der Prüfsoftware Bluehill Universal einfach konfiguriert werden kann, hilft dabei, jeglichen Spielraum in der Probe zu beseitigen, bevor die Daten während der Tests aufgezeichnet werden, um sicherzustellen, dass die Ergebnisse genau und wiederholbar sind. 

Dieser Test ist für Proben gedacht, die über die Länge der Probe zwischen den Klemmen bis auf 10 % der Dicke gleichmäßig sind. Dickere Proben, die sich der Grenze von 1 mm Dicke nähern, müssen mit einer Genauigkeit von 5 % gleichmäßig sein. Die Proben müssen zwischen 5,0 und 25,4 mm breit und mindestens 50 mm länger als der bei den Tests verwendete Griffabstand sein. Die Standardlänge des Prüfkörpers für die Tests beträgt 250 mm. Ist dies jedoch nicht möglich, so ist eine Mindestprobenlänge von 100 mm (50 mm Messlänge) akzeptabel, sofern nachgewiesen wird, dass dies die Ergebnisse nicht beeinflusst. Handelt es sich um eine Probe aus einem isotropen Material, so schreibt die Norm vor, dass von jeder Probe mindestens fünf Exemplare geprüft werden müssen. Besteht jedoch der Verdacht, dass die Probe anisotrop ist, dann müssen mindestens zehn Proben geprüft werden, fünf entlang ihrer Längsachse und fünf entlang der vermuteten anisotropen Achse. Außerdem können die zur Bestimmung des Moduls verwendeten Proben nicht zur Bestimmung der Zugfestigkeit oder anderer Zugeigenschaften verwendet werden, was bedeutet, dass alle, die nach ASTM D882 prüfen, eine große Anzahl von Proben herstellen sollten, um alle relevanten Eigenschaften angemessen zu erfassen. 

Prüfsystem

Aufgrund der geringen Reißkräfte dieser Proben werden die Tests nach ASTM D882 in der Regel auf einer Einsäulen-Universalprüfmaschine durchgeführt, wie z. B. den Systemen der Serie 34SC oder 68SC von Instron. Komplikationen können jedoch dadurch entstehen, dass viele dünne Kunststofffilmproben eine hohe Rissdehnung aufweisen. Wenn diese Proben mit der Standardlänge von 250 mm gepaart werden, kann es manchmal erforderlich sein, einen extra hohen Einsäulenrahmen oder möglicherweise einen Zweisäulenrahmen zu verwenden, um bis zum Riss zu prüfen. Die Serie 6800 von Instron ist ideal für Labore, die erweiterte Funktionen in ihren Prüfsystemen wünschen.


 

ASTM D882 Testaufbau
1) Universalprüfsystem der Serie 6800
2) Bluehill Universal Software
3) Kraftmesszelle der Serie 2580
4) Pneumatische Griffe Serie 2712

 

Instron-System






SPANNZEUGE

Aufgrund des biegsamen, empfindlichen Wesens dieser Kunststoffproben kann sich das Einspannen als schwierig gestalten. Seitlich wirkende pneumatische Spannzeuge liefern einen verstellbaren Eingangsluftdruck, mit dem Proben während der Prüfung ausreichend festgespannt werden können. Für das Prüfen von dünnen Folien sind pneumatische Spannzeuge besser geeignet als Schraub- oder handbetätigte Spannzeuge. Letztere Spannzeuge fügen dem Einspannen ein gewisses Maß an Variabilität zu und damit eine Unbeständigkeit in den Prüfergebnissen. Es führt auch zu einer höheren Wahrscheinlichkeit von Brüchen an der Spannbacken und kann auch zum Rutschen der Probe führen. In manchen Fällen können bei sehr dünnen Folienproben auch Selbstspannende Elastomerklemmen verwendet werden.

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1 kN Modell | 2712-041
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1 kN Modell | 2713-007

Backenflächen

Da die ASTM D882-Proben fragil sind, ist die Auswahl der Backenfläche ebenfalls entscheidend für erfolgreiche Tests. Gezackte Backen sind nicht zu empfehlen, da sie die Probe beim Einspannen beschädigen können, was zu Backenbrüchen oder ungenauen Ergebnissen führen kann. Gummiflächen beschädigen die Dünnfolienproben nicht und verhindern nachweislich das Abrutschen der Proben, wenn sie sich während des Prüfprozesses in den Flächen ausdünnen, so dass Gummiflächen in Kombination mit pneumatischen Spannwerkzeugen die bevorzugte Kombination darstellen. Diese Kombination führt auch zu den am besten wiederholbaren Ergebnissen. 

Die Flächen der Gummibacken sollten der Breite des eingespannten oder gelappten Endes des Probekörpers entsprechen. Die gebräuchlichste Größe für diese Art von Material ist 25 mm x 25 mm (1 Zoll x 1 Zoll). Die passende Breite ermöglicht eine einfache Ausrichtung der Probe, was für gute Risse und genaue Testergebnisse entscheidend ist. Liegt die Probenbreite auf der kleineren Seite der Toleranz für die Norm, müssen die Backenflächen mindestens so breit sein wie die Probe, aber auch breiter ist in diesem Fall akzeptabel.

Das Greifen mit Linienkontakt ist auch bei Folienproben möglich, die zu dünn für Gummiauflagen sind. Die Linienkontaktflächen umfassen eine glatte Backenfläche und eine gegenüberliegende, abgerundete Fläche, die dazu beiträgt, die Spannkraft entlang einer einzigen Linie zu verteilen, die senkrecht zur Bewegung der Traverse verläuft. Der kritischste Aspekt beim Einspannen ist es, ein Abrutschen während der Tests zu vermeiden und eine gleichmäßige Spannungsverteilung über die gesamte Probe aufrechtzuerhalten.

Automatisierte ASTM D882-Tests für Elektrofahrzeugbatterien

Da für die Elektrofahrzeugindustrie ein explosionsartiges Wachstum prognostiziert wird, sollten die Batteriehersteller ihre Prüfkapazitäten so schnell wie möglich ausbauen, um den prognostizierten Anstieg der Nachfrage zu decken. Mit steigendem Prüfvolumen werden Durchsatz und Effizienz immer wichtiger. Instron bietet zahlreiche Automatisierungsoptionen zur Steigerung der Produktivität in Ihrem Prüflabor. Unsere vollautomatischen Systeme umfassen sowohl automatisierte als auch halbautomatisierte Optionen und sind ideal für das Testen großer Mengen von Dünnschichtproben. Diese Systeme wurden entwickelt, um Bediener zu entlasten, den Durchsatz zu maximieren und optimale Ergebnisse zu erzielen.


Ergebnisse

Mit der Instron-Prüfsoftware Bluehill® Universal lassen sich Berechnungen in Übereinstimmung mit der Norm leicht erstellen. Die Software enthält auch eine vorkonfigurierte Testmethode für ASTM D882-Tests, komplett mit spezifischen Testparametern und Berechnungen, um die Einhaltung der Vorschriften zu gewährleisten.

Bluehill Universal ASTM D882

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