Der definitive Leitfaden zu Biegeprüfung an Kunststoffen nach ASTM D790

ASTM D790 ist der ISO 178 sehr ähnlich, mit einigen bedeutenden Unterschieden:

• ISO 178 erfordert den Einsatz entweder eines Deflektometers oder einer Konformitätsberichtigung zur Bestimmung des Moduls. Für ASTM D790 wird dies nur empfohlen; das Modul kann allein durch Traversenverschiebung berechnet werden.
• Die bevorzugten Probengrößen sind unterschiedlich, und da die Prüfgeschwindigkeit von der Probentiefe abhängt, können die Prüfgeschwindigkeiten der Normen voneinander abweichen. Die empfohlene Tiefe von ASTM D790-Proben ist 3,2 mm. Die empfohlene Tiefe von ISO 178-Proben ist 4 mm.
• Für ASTM D790 ist nur eine Prüfgeschwindigkeit zulässig, während ISO 178 nach der Messung des Moduls eine zweite (schnellere) Prüfgeschwindigkeit erlaubt.

ASTM D790 misst die Biegeeigenschaften eines Materials unter Biegespannung oder Verformung. Diese Prüfung wird auf einem Universalprüfsystem mit einer Dreipunkt-Biegevorrichtung mit einer Geschwindigkeit im Verhältnis zu der Tiefe der Probe durchgeführt. Mit dem Prüfen nach ASTM D790 werden die folgenden mechanischen Eigenschaften bestimmt:

• Tangentialmodul: Auch Elastizitätsmodul genannt. Steigung der Geraden der Lastdurchbiegungskurve und Maß der Materialsteifigkeit.
• Sekantenmodul: Steigung der Geraden, die den Ursprung und einen ausgewählten Punkt auf der Lastdurchbiegungskurve verbindet.
• Sehnenmodul: Steigung zwischen zwei ausgewählten Punkten auf der Lastdurchbiegungskurve.
• Biegefestigkeit: Die höchste Biegespannung, die bei einer Biegeprüfung erhalten wird.
• Biegespannung beim Bruch: Biegespannung, unter der eine Probe bei einem Biegeprüfverfahren versagt. Bei manchen Materialien versagt die Probe, bevor eine Dehnungsgrenze erreicht wird. In einem solchen Fall wäre die Biegefestigkeit gleich der Biegespannung beim Bruch.

In ASTM D790 werden zwei unterschiedliche Prüfverfahren für verschiedene Materialien beschrieben. In Verfahren A, der bevorzugten Methode, wird eine Dehnungsgeschwindigkeit von 0,01 mm/mm/min verwendet. Verfahren B verwendet eine Verformungsgeschwindigkeit von 0,10 mm/mm/min und ist für Materialien gedacht, die bei einer Zugkraft von 5 % möglicherweise nicht brechen, wenn sie mit der niedrigeren Geschwindigkeit getestet werden. Für ASTM D790 können Messungen der Dehnung entweder mittels Traversenverschiebung oder mit einem Extensometer vorgenommen werden. Diese beiden Messarten werden Typ 1 und Typ 2 genannt.

Die erforderte Prüfgeschwindigkeit für ASTM D790 ist eine Funktion des Stützweiten-zu-Tiefe-Verhältnisses und der Dehnungsgeschwindigkeit. Der Ausdrucksgenerator von Bluehill® Universal ermöglicht es den Benutzern, die Testgeschwindigkeit als Funktion statt als statische Zahl einzugeben. Nachdem der Bediener die Probenabmessungen eingibt, passt die Software die Prüfgeschwindigkeit automatisch gemäß der Gleichung an.

ASTM D790- Prüfungen können auf einer universellen Tisch- oder Bodenprüfmaschine mit einer Vielzahl von Zubehörteilen durchgeführt werden, die zur Optimierung Ihrer Prüfungen konfiguriert werden können. Jedes Labor hat seine eigenen Bedürfnisse, daher bieten wir mehrere verschieden Systemkonfigurationen an.

Unten sehen Sie ein Beispiel für eine Grundkonfiguration Diese Prüfeinrichtung besteht aus einem Prüfsystem Serie 3400 mit einer Dreipunkt-Biegevorrichtung ohne Extensometer, was bedeutet, dass die Dehnung mit diesem System per Traversenverschiebung gemessen werden muss (Typ 1-Prüfverfahren). Wenn Dehnung mit Traversenverschiebung gemessen wird, wird Konformitätsberichtigung empfohlen, jedoch nicht erfordert. Prüfrahmen der Serie 3400 können auch mit Extensometer für Typ 2-Prüfverfahren geliefert werden.

Proben nach ASTM D790 sind rechteckig und entweder geformt, extrudiert oder aus Platten oder Blechen geschnitten. Die Abmessungen von ASTM D790-Proben sind abhängig von der Dicke des Materials, die in der Norm als Tiefe der Probe definiert wird. Plattenmaterialien mit einer Dicke über 3,2 mm müssen eine Breite und Spanne aufweisen, die im Verhältnis zu ihrer Dicke steht. Plattenmaterialien mit einer Dicke zwischen 3,2 mm und 1,6 mm müssen eine Breite von 12,7 mm und eine Spanne haben, die als Probendicke x 16 definiert ist. Für Plattenmaterialien mit einer Dicke unter 1,6 mm sind Abmessungen von 50,8 mm x 12,7 mm mit einer Stützspanne von 25,4 mm vorgegeben.

Für Probenabmessungen für elektrisch isolierende Materialien gilt ein anderer Satz von Metriken, die auf deren nomineller Dicke basieren. Geformte Materialien sind im Allgemeinen 3,2 mm tief, 12,7 mm breit und 127 mm lang. Sie verwenden eine Stützspanne, die gleich der Probentiefe x 16 ist. Verstärkte Verbundwerkstoffe hoher Stärke sollten die Abmessungen aufweisen, die in den Normen vorgegeben werden, so dass das Probenversagen in den äußeren Fasern der Probe auftritt. Beim Prüfen von Verbundwerkstoffen und anderen anisotropen Materialien muss mit gebührender Umsicht vorgegangen werden, um sicherzustellen, dass das Probenversagen nur aufgrund der beim Biegen akkumulierten Kräfte erfolgt. Des Weiteren sollte die Proben so geschnitten werden, dass die Richtung der stärksten Faser die Prüfrichtung ist.

Proben sind mit einem Mikrometer zu messen, das die Vorgaben von ASTM D5947 erfüllt. Es sind drei Messungen von Probendicke und -breite vorzunehmen, und der Durchschnitt der Messungen wird aufgezeichnet. Die Funktion Automatic Specimen Measuring Device (Automatisches Probenmessgerät, ASMD) in Bluehill Universal ermöglicht dem Bediener, bis zu zwei Mikrometer oder Messgeräte an den Computer anzuschließen und den Mittelwert der Messungen direkt in die Software eingeben zu lassen. Damit werden Eingabefehler minimiert und die Effizienz wird erhöht.

Für ASTM D790 wird eine Dreipunkt-Biegevorrichtung verwendet. Diese Vorrichtung besteht aus einem an der beweglichen Traverse angebrachten Belastungspunkt und zwei festen Auflagepunkten, die zur Einstellung des Abstands der Probenspannweite verstellt werden können. Die Oberflächen von Belastungs- und Stützpunkten sollte zylindrisch sein, mit einem Radius von 5 mm, soweit nicht anderweitig vorgegeben. Die Länge der Zylinder sollte größer als die Breite der Probe sein.

Die Biegevorrichtung von Instron enthält mehrere wichtige Funktionen zum Verbessern der Prüfgenauigkeit. Abgestufte Längenmarker auf dem Träger für genaues Positionieren der Stützpunkte und leichtes Zentrieren des Deflektometers bei Verwendung von Geräten zur Dehnungsmessung. Instron Biegevorrichtungen werden auch mit Ausrichtungsarmen geliefert, die auf die Breite der Probe eingestellt werden können. Da die Probenausrichtung zur starken Abweichungen bei den Ergebnissen führen kann, muss mit der entsprechenden Vorsicht vorgegangen werden, damit die Proben für jeden Test konsequent ausgerichtet werden.