Der maßgebliche Leitfaden zu Biegeprüfung von Kunststoffen nach ASTM D790

So wird ein Biegeprüfverfahren an Kunststoffen nach ASTM D790 durchgeführt

Verfasser Kayla Thackeray

ASTM D790 ist ein Standardprüfverfahren für Biegeeigenschaften von unverstärkten und verstärkten Kunststoffen, Hochmodul-Verbundwerkstoffen und elektrisch isolierenden Materialien. Mit dieser Anleitung sollen Sie in die grundlegenden Elemente eines ASTM-A790-Biegeprüfverfahrens eingeführt werden und eine Übersicht über erforderliche Prüfgeräte, Software und Proben erhalten. Beim Planen von Prüfverfahren nach ASTM D790 darf jedoch diese Anleitung nicht als gleichwertiger Ersatz für das Lesen der vollständigen Norm betrachtet werden.

Ist ASTM D790 die richtige Norm für Sie?

ASTM D790 ist eins von mehreren Prüfverfahren der Biegeeigenschaften von Kunststoffen. Die Norm ist nicht geeignet zum Prüfen von Zugfestigkeitseigenschaften von Kunststoffen; dafür sollte ASTM D638 herangezogen werden. Auch kann mit dieser Norm die Biegefestigkeit nicht bestimmt werden, oder die maximale Faserspannung in einer Probe in dem Moment, bevor sie in einer Biegeprüfung reißt oder bricht. Anstelle der Biegefestigkeit wird die Biegestreckgrenze gemessen für Materialien, die in der Biegeprüfung nicht reißen. für Materialien, die bei einer Dehnung von 5 % weder brechen noch überdehnt werden. Derartige Materialien sind wahrscheinlich eher geeignet für 4-Punkt-Biegeprüfungen gemäß ASTM D6272.

Unterschiede zwischen ASTM D790 und ISO 178

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

Was wird gemessen?

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 Versagen: 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.

Prüfmethode

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. Die Dehnungsgeschwindigkeit in Verfahren B ist 0,10 mm/mm/min und wird für Materialien angewendet, die bei der niedrigeren Dehnungsgeschwindigkeit bei 5 % Dehnung u. U. nicht versagen. 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. Mit dem Bluehill® Universal Expression Builder können Benutzer die Prüfgeschwindigkeit als Funktion anstelle einer statischen Nummer eingeben. Nachdem der Bediener die Probenabmessungen eingibt, passt die Software die Prüfgeschwindigkeit automatisch gemäß der Gleichung an.

Prüfsystem

Das Prüfen nach ASTM D790 kann mit einem Tisch- oder Bodenmodell einer Universalprüfmaschine durchgeführt werden, und es steht eine große Auswahl an Zubehör bereit, das zur Optimierung Ihrer Prüfverfahren konfiguriert werden kann. 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 Testsystem 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.

ASTM D790 Prüfeinrichtung

ISO 178 Prüfeinrichtung

1. Instron 3400

2. Bluehill Universal Dashboard (2490-696)

3. Wägezelle Serie 2530

4. 3-Punkt Biegeprüfvorrichtung (2810-400)

5. Deflektometer-Kolben (2810-403)

 

Erweiterte Optionen

Das Prüfsystem der Serie 6800 ist eine erweiterte und effiziente Option für Benutzer, die erhöhte Reproduzierbarkeit und höheren Durchsatz wünschen. Obwohl dieses System auch für Prüfungen Typ 1 geeignet ist, wird es gewöhnlich für Prüfungen Typ 2 eingesetzt, die ein Extensometer und ein Deflektometer für eine genauere Messung von Dehnung einsetzen.

ASTM D790 Prüfeinrichtung

ASTM D790 Prüfeinrichtung

1. Instron 6800

2. Bluehill Universal Dashboard (2490-696)

3. Wägezelle Serie 2580

4. 3-Punkt Biegeprüfvorrichtung (2810-400)

5. Deflektometer-Kolben (2810-403)

 

Geräte für die Dehnungsmessung

Für Prüfungen Typ 2 ist ein Gerät für die Dehnungsmessung erforderlich, d. h. ein Extensometer. Die erste und modernste Option ist ein berührungsloses Video-Extensometer, das Instron AVE2. Das AVE2 misst Dehnung ohne physischen Kontakt mit der Probe oder Eintritt in den Testraum. Die zweite Option (siehe unten) ist ein Extensometer mit automatischem Kontakt, das AUTOX750, das den Durchsatz durch minimierten Bedienerkontakt erhöht. Und schließlich ist das Serie 2630 Aufsteck-Extensometer eine beliebte Option für Labore, die keinen hohen Durchsatz erfordern. Für Prüfen gemäß ASTM D790 müssen alle drei Extensometer zusammen mit einem 2810-403 Deflektometer verwendet werden.

Extensometer

Durchsatz

Für Labore, die ihren Durchsatz erhöhen möchten, können verschiedene Änderungen am Systemaufbau vorgenommen werden. Da das Prüfen gemäß D790 zeitraubend sein kann, sind Serie 5900 Mehrstationen-Prüfmaschinen eine beliebte Auswahl für Labore mit hohem Durchsatzbedarf. Vollautomatische Prüfsysteme sind auch verfügbar und integrieren Probenabmessungen, Probenladen, Prüfen, Dehnungsmessung und Probenentnahme. Diese Systeme können stundenlang ohne Bedienereingriff laufen und helfen dabei, durch menschliche Fehler verursachte Variabilität zu verringern.

Proben

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.

ASTM D790 Proben

Probenmessung

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.

Biegevorrichtung

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 Probenstützspanne 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.

2810-400
5-kN-Modell | 2810-400

Neueste Änderungen an der Norm

Die aktuelle Version von ASTM D790 wurde 2017 veröffentlicht. Sie unterscheidet sich von der vorherigen Version 2015E2 in mehreren Punkten:

  • Die Überprüfungsanforderung für Typ-1-Prüfung (Traversenverschiebung) wurde gem. E2309 von einem Klasse-D-System zu einem Klasse-B-System geändert.
  • Die Norm für Typ-2-Vorrichtung (Deflektometer und Extensometer) wurde von Klasse B zu Klasse B-2 geändert.
  • Anmerkung 10 und Anhang XI wurden zur Norm hinzugefügt und erklären, worum es sich bei Konformitätsberichtigung handelt und wie diese angewendet wird.

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