Der definitive Leitfaden zur ASTM D790-Biegeprüfung von Kunststoffen
Wie man eine Biegeprüfung an Kunststoffen gemäß ASTM D790 durchführt
Geschrieben von Kayla Thackeray
ASTM D790 ist eine Prüfmethode zur Bestimmung der Biegeeigenschaften von verstärkten und unverstärkten Kunststoffen, hochmoduligen Verbundwerkstoffen und elektrischen Isolierstoffen. Dieser Leitfaden soll Sie in die grundlegenden Elemente einer ASTM D790 Biegeprüfung einführen und einen Überblick über die benötigten Prüfgeräte, Software und Proben geben. Wer jedoch eine ASTM D790-Prüfung durchführen möchte, sollte diesen Leitfaden nicht als angemessenen Ersatz für die Lektüre der vollständigen Norm betrachten.
Ist ASTM D790 die richtige Norm für Sie?
ASTM D790 ist eine von mehreren Prüfungen, die zur Messung der Biegeeigenschaften von Kunststoffen entwickelt wurden. Sie ist nicht zur Messung von Zugeigenschaften bestimmt, und wer die Zugeigenschaften von Kunststoffen quantifizieren muss, sollte sich auf ASTM D638 beziehen. Bitte beachten Sie, dass diese Norm nicht dazu dient, die Biegefestigkeit von Materialien zu bestimmen, die innerhalb von 5 % Dehnung nicht brechen oder nachgeben. Solche Materialien sind möglicherweise besser für eine 4-Punkt-Biegeprüfung gemäß ASTM D6272 geeignet.
Unterschiede zwischen ASTM D790 und ISO 178
ASTM D790 ist der ISO 178 sehr ähnlich, unterscheidet sich jedoch in einigen wesentlichen Punkten:
- ISO 178 schreibt die Verwendung entweder eines Deflektometers oder einer Compliance-Korrektur vor, um den Modul zu bestimmen. In ASTM D790 ist dies nur eine Empfehlung, und der Modul kann allein durch die Traversenverschiebung berechnet werden.
- Die bevorzugten Probengrößen sind unterschiedlich, und da die Prüfgeschwindigkeit von der Probentiefe abhängt, können die Prüfgeschwindigkeiten zwischen den Normen variieren. Die bevorzugte Tiefe von ASTM D790-Proben beträgt 3,2 mm. Die bevorzugte Tiefe für ISO 178-Proben beträgt 4 mm.
- ASTM D790 erlaubt nur eine Prüfgeschwindigkeit, während ISO 178 eine zweite (schnellere) Prüfgeschwindigkeit erlaubt, die nach der Messung des Moduls verwendet werden kann.
Was misst sie?
ASTM D790 misst die Biegeeigenschaften eines Materials unter Biegebeanspruchung oder -durchbiegung. Diese Prüfung wird auf einer Universalprüfmaschine mit einer Drei-Punkt-Biegevorrichtung mit einer Rate durchgeführt, die proportional zur Tiefe der Probe ist. Die ASTM D790-Prüfung wird verwendet, um die folgenden mechanischen Eigenschaften zu bestimmen:
- Tangentenmodul: Auch als Biegemodul bekannt, ist dies die Steigung des anfänglichen linearen Abschnitts der Last-Durchbiegungs-Kurve und ein Maß für die Steifigkeit des Materials.
- Sekantenmodul: Die Steigung zwischen dem Ursprung und einem vordefinierten Punkt auf der Last-Durchbiegungs-Kurve.
- Sehnenmodul: Die Steigung zwischen zwei vordefinierten Punkten auf der Last-Durchbiegungs-Kurve.
- Biegefestigkeit: Die maximale Biegespannung, die während einer Biegeprüfung erhalten wird.
- Biegespannung beim Bruch: Die Biegespannung, bei der eine Probe während einer Biegeprüfung bricht. Bei einigen Materialien bricht die Probe vor einer Streckgrenze, in diesem Fall entspricht die Biegefestigkeit der Biegespannung beim Bruch.
Prüfmethode
ASTM D790 beschreibt zwei verschiedene Prüfverfahren, die für verschiedene Materialtypen vorgesehen sind. Verfahren A, das die bevorzugte Methode ist, verwendet eine Dehnungsrate von 0,01 mm/mm/min. Verfahren B verwendet eine Dehnungsrate von 0,10 mm/mm/min und ist für Materialien vorgesehen, die bei einer Prüfung mit der niedrigeren Rate möglicherweise nicht bei 5 % Dehnung brechen. ASTM D790 erlaubt die Messung der Dehnung entweder durch die Traversenverschiebung oder durch die Messwerte eines Extensometers, beschrieben als Typ-1- bzw. Typ-2-Prüfung.
Die erforderliche Prüfgeschwindigkeit für ASTM D790 wird als Funktion der Probenauflageweite, der Probentiefe und der Dehnungsrate ausgedrückt. Der Bluehill® Expression Builder von Universal ermöglicht es den Benutzern, die Prüfgeschwindigkeit als Funktion anstelle einer statischen Zahl einzugeben. Nachdem der Prüfer die Probenmessungen eingegeben hat, ändert die Software die Prüfgeschwindigkeit automatisch entsprechend der Gleichung.
TestsystemPrüfsystem
ASTM D790-Prüfungen können entweder auf einer Tisch- oder einer Stand-Universalprüfmaschine mit einer Vielzahl von Zubehörteilen durchgeführt werden, die so konfiguriert werden können, dass sie Ihre Prüfung optimieren. Da jedes Labor unterschiedliche Bedürfnisse hat, sind verschiedene Systemkonfigurationen erhältlich.
Eine beispielhafte Basiskonfiguration ist unten dargestellt. Dieser Prüfaufbau umfasst ein Prüfsystem der Serie 3400 mit einer 3-Punkt-Biegevorrichtung und keinem Extensometer, was bedeutet, dass die Dehnung in diesem Fall durch die Traversenverschiebung gemessen werden muss (Typ-1-Prüfung). Wenn die Dehnung über die Traversenverschiebung gemessen wird, wird eine Compliance-Korrektur empfohlen, aber nicht vorgeschrieben. Prüfrahmen der Serie 3400 können auch in Verbindung mit der Extensometrie für Typ-2-Prüfungen verwendet werden.
| Dehnungsmessung |
|---|
Berührungsloser AVE2-Extensometer |
Automatischer AUTOX750-Extensometer |
2630 Series Clip-On-Extensometer |
Dehnungsmessgeräte
Für Typ-2-Prüfungen ist die Verwendung eines Dehnungsmessgeräts oder Extensometers erforderlich. Die erste und fortschrittlichste Option ist ein berührungsloser Video-Extensometer, der AVE2 von Instron. Der AVE2 meldet die Dehnung, ohne die Probe jemals physisch zu berühren oder den Prüfraum zu betreten. Die zweite unten abgebildete Option ist ein automatischer berührender Extensometer, der AUTOX750, der den Durchsatz erhöht, indem er den Bedienerkontakt minimiert. Schließlich ist ein Clip-On-Extensometer der Serie 2630 eine beliebte Option für Labore, die keinen hohen Durchsatz benötigen. Für die ASTM D790-Prüfung müssen alle drei Extensometer in Verbindung mit einem 2810-403-Deflektometer verwendet werden.
DURCHSATZ
Für Labore, die ihren Durchsatz erhöhen möchten, können verschiedene Änderungen am Systemaufbau vorgenommen werden. Da die D790-Prüfung zeitaufwendig sein kann, sind Multi-Station-Prüfmaschinen der Serie 6800 eine beliebte Wahl für Labore mit hohem Durchsatzbedarf. Vollautomatische Prüfsysteme sind ebenfalls erhältlich und sind so konzipiert, dass sie die Probenmessung, die Probenbelastung, die Prüfung, die Dehnungsmessung und die Probenentnahme integrieren. Diese Systeme können stundenlang laufen, ohne dass ein Bedienereingriff erforderlich ist, und tragen dazu bei, die Variabilität aufgrund menschlicher Fehler zu reduzieren.
Exemplare
ASTM D790-Proben sind rechteckig und werden entweder geformt, extrudiert oder aus Platten oder Folien geschnitten. Die Abmessungen der ASTM D790-Proben hängen von der Dicke des Materials ab, die die Norm als Tiefe der Probe definiert. Folienmaterialien mit einer Dicke von mehr als 3,2 mm haben eine Breite und eine Spannweite, die proportional zu ihrer Dicke sind. Folienmaterialien mit einer Dicke zwischen 3,2 und 1,6 mm haben eine Breite von 12,7 mm und eine Spannweite, die als Probendicke X 16 definiert ist. Folienmaterialien mit einer Dicke von weniger als 1,6 mm sind 50,8 mm x 12,7 mm mit einer Stützweite von 25,4 mm.
Die Probenabmessungen für elektrische Isoliermaterialien haben einen anderen Satz von Metriken, die auf ihrer Nenndicke basieren. Geformte Materialien sind im Allgemeinen 3,2 mm tief, 12,7 mm breit und 127 mm lang. Sie verwenden eine Stützweite, die der Probentiefe X 16 entspricht. Hochfeste verstärkte Verbundwerkstoffe sollten Abmessungen haben, die in der Norm umrissen sind, um zu fördern, dass der Bruch in den äußeren Fasern der Probe auftritt. Beim Testen von Verbundwerkstoffen und anderen anisotropen Materialien sollte darauf geachtet werden, dass der Bruch nur aufgrund von Kräften auftritt, die während des Biegens entstehen, und die Proben sollten so geschnitten werden, dass die stärkste Faserrichtung diejenige ist, die getestet wird.
Probenmessung
Die Proben müssen mit einem Mikrometer gemessen werden, das ASTM D5947 entspricht. Es müssen drei Messungen der Probenbreite und -dicke durchgeführt werden, wobei ihr Durchschnittswert angegeben wird. Die Funktion Automatic Specimen Measuring Device (ASMD) in Bluehill Universal ermöglicht es den Bedienern, bis zu zwei Mikrometer oder Messgeräte an den Computer anzuschließen und den Mittelwert der Messungen direkt in die Software einzugeben. Dies eliminiert die Wahrscheinlichkeit von Eingabefehlern und erhöht die Effizienz.
Biegevorrichtung
Für ASTM D790 wird eine Drei-Punkt-Biegevorrichtung verwendet. Diese Vorrichtung besteht aus einer Belastungsnase, die an der beweglichen Traverse befestigt ist, und einem festen Element mit zwei Probenauflagen oder Ambossen, die so eingestellt werden können, dass sie dem Abstand der Probenauflageweite entsprechen. Die Oberfläche der Ambosse und der Belastungsnase sollte zylindrisch sein und einen Radius von 5 mm haben, sofern nicht anders angegeben, und die Länge des zylindrischen Elements sollte länger sein als die Breite der Probe.
Die Biegevorrichtung von Instron umfasst mehrere Schlüsselfunktionen zur Verbesserung der Prüfgenauigkeit. Graduierte Längeneinheiten auf dem Träger ermöglichen eine genaue Positionierung der Ambosse und eine einfache Zentrierung des Deflektometers bei Verwendung von Dehnungsmessgeräten. Die Biegevorrichtungen von Instron werden auch mit Ausrichtungsarmen geliefert, die an die Breite der Probe angepasst werden können, da eine inkonsistente Probenausrichtung zu großen Abweichungen in den Ergebnissen führen kann und sorgfältig darauf geachtet werden muss, dass die Proben für jede Prüfung konsistent ausgerichtet werden.
Broschüre Serie 6800 Premier Testing Systems
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 der Universalprüfsysteme der Serie 3400
Instron Universalprüfsysteme der Serie 3400 für Zug-, Druck-, Biege- und andere Materialeigenschaftsprüfungen.
Bluehill Universal Broschüre
Bluehill Universal ist die fortschrittliche Materialprüfsoftware von Instron, entwickelt für intuitive Touch-Interaktion und optimierte Arbeitsabläufe. Sie bietet vorinstallierte Prüfmethoden, QuickTest für eine schnelle Einrichtung, verbesserten Datenexport und Instron Connect für die direkte Servicekommunikation. Anwender von Bluehill 2 und Bluehill 3 können problemlos auf die neueste Version upgraden, um die Leistung und Benutzerfreundlichkeit zu verbessern.
2810-400 Series Flexure Fixture
The Instron® 2810 Series Flexure Fixture allows a variety of flexural tests to be performed, including determination of flexural modulus, flexural strength, and flexural yield strength.
Berührungsloses Video-Extensometer AVE 2
Das erweiterte Video-Extensometer (AVE 2) setzt patentierte Messtechnologie in dem schnellsten und genauesten berührungslosen Gerät zur Dehnungsmessung auf dem Markt ein.
Automatic Contacting Extensometer – Model AutoX 750
The AutoX 750 is a high-resolution, long-travel automatic contacting extensometer. It can be mounted onto any electromechanical 3300, 3400, 5500, 5900, or 6800 Series tabletop or floor model system as well as LX, DX, HDX, and KPX static hydraulic testing systems. It is well suited for applications involving plastics, metals, biomedical, composites, elastomers, and more. The AutoX has a maximum travel of 750 mm and accuracy of ± 1 µm.
Plastics Testing Solutions Brochure
The Plastics Testing Solutions brochure is a 40-page, applications-focused, and standards-based brochure. Important standards such as ISO 527-1, -2, -3, ISO 11443, ISO 75, ASTM D638, Astm D3835, are covered in a detailed testing challenge and solution format. The brochure addresses the most prominent and widely-used standards in the materials testing industry for plastics. Test types such as Impact, Rheology, Thermo-Mechanical, Specimen Preparation, Mechanical Testing, Dynamic/fatigue, and Hardness are described in great detail.
