ASTM E345 & DIN 50154: Zkouška tahem kovových fólií

Norma DIN 50154 byla původně vytvořena pro hliníkové fólie v obalovém průmyslu. Tato oblast dodnes představuje jednu z klíčových aplikací, protože u obalových fólií hraje zásadní roli stálá kvalita, vysoká tažnost a mechanická stabilita.
Dnes se však spolu s normou ASTM E345 uplatňuje v mnohem širším technickém kontextu. Můžeme jmenovat všechny technické kovové fólie od hliníku přes měď a titan až po lithiový kov. Zkouška tahem podle těchto norem je proto zajímavá nejen pro tradiční aplikace, ale etablovala se také v klíčových technologiích pro elektromobilitu a vodíkový průmysl:

• Obalový průmysl: Hliníkové obaly pro potravinové a medicínské obaly
• Výzkum a výroba baterií: Lithium-iontové baterie využívají mimořádně tenké kovové fólie – měděné fólie na straně anody (cca 4,5–12 µm) a hliníkové fólie na straně katody (cca 8–20 µm). Tyto fólie fungují jako sběrače proudu a nosné materiály pro aktivní vrstvy bateriových elektrod. Zkouška tahem ověřuje, zda materiály odolají zatížení při výrobním procesu i požadavkům na únavovou životnost baterie. Testovat lze také povlakované elektrody, aby splňovaly příslušné normy.
  Více informací o zkoušení baterií
• Technologie vodíku a zelená energie: U titanových fólií v bipolárních deskách palivových článků je pevnost v tahu zásadním parametrem, který určuje jejich životnost a spolehlivost.
  Více informací o zkoušení palivových článků
• Zkoušky v automobilovém průmyslu: Testování žeber v automobilových chladičích, kde musí tenké fólie a pásky spolehlivě odolávat mechanickému namáhání.

Na evropské úrovni probíhá v současné době další rozvoj standardizace (CEN, EN) za účelem lépe přizpůsobit zkušební metody novým materiálům a budoucím aplikacím. Aktivní účast na tvorbě norem, a to zejména v oblasti zkoušení materiálů pro výrobu baterií a palivových článků, je zárukou, že zkušební řešení ZwickRoell budou i nadále v plném souladu se všemi požadavky.

Tenké kovové fólie jsou velmi citlivé a kladou vysoké nároky na veškeré zkušební vybavení. To se týká jak přípravy a obrábění vzorků, tak jejich upnutí i samotného provedení zkoušky.

• Zkušební stroj: Vzhledem k nízkému zkušebnímu zatížení, které se při testování fólií využívá, je ideální volbou jednosloupový univerzální zkušební stroj zwickiLine s maximálním zatížením do 1 kN. Díky vysoce přesné kalibraci našich snímačů síly lze používat také stávající zkušební stroje s vyšší kapacitou zatěžovacího rámu, a to v plném souladu s normami ISO 7500-1 nebo ASTM E4 (třída 1 nebo vyšší).
• Příprava vzorku: Tenké kovové fólie jsou mimořádně citlivé na zkroucení, vruby či promáčknutí. Pro čistou a přesnou přípravu zkušebních vzorků doporučuje společnost ZwickRoell mimo jiné použít řezačku fóliových pásků, která jediným řezem zajišťuje optimální a reprodukovatelnou kvalitu řezu i přesné rozměry vzorků.
• Manipulace a vkládání vzorku: Aby se minimalizoval vliv obsluhy, snížilo riziko poškození vzorku a zajistilo jeho přesné vertikální vyrovnání, může uživateli výrazně pomoci přípravek usnadňující vkládání. Je vhodný především při manipulaci se vzorky o tloušťce menší než 0,1 mm. Vyrovnávací destička navíc zajišťuje správné umístění vzorku před jeho vložením do držáku pomocí vodicího prvku.
• Upínání vzorků a přenos síly: Spolehlivé upnutí bez poškození či sklouznutí citlivých fólií je možné například pomocí pneumatických čelistí s gumovou vložkou, které zajišťují stálý tlak při uzavření. Kromě tohoto typu čelistí máme v nabídce i mnoho jiných upínacích čelistí a vložek do čelistí, které zaručují optimální nastavení zkušebního stroje pro každou aplikaci.
  Automatická kontrola nulového bodu síly v softwaru testXpert navíc chrání vzorek před nežádoucím předběžným zatížením během upínání. Sklouznutí nebo plastická deformace vzorku v čelistech by vedly k nesprávnému měření deformace při přetržení.
• Měření deformace: Pokud chceme kromě pevnosti v tahu R_m a tažnosti A₅₀ nebo A₁₀₀ určit také mez kluzu R_p0,2, je zapotřebí měřit deformaci odpovídajícím snímačem. Pro přesné výsledky a náročná měření modulu pružnosti doporučujeme použít bezkontaktní videoprůtahoměr videoXtens biax, který nevyžaduje žádné značení vzorků. Kromě časové úspory plynoucí z toho, že není nutné vzorky značkovat, poskytují bezkontaktní průtahoměry oproti kontaktním či raménkovým snímačům výrazné výhody – eliminují možné poškození tenkých vzorků břity nebo vlivem síly, kterou na vzorek působí, což může ovlivňovat výsledky zkoušky.
• Průběh zkoušky: Normy ASTM E345 a DIN 50154 vycházejí z norem pro zkoušky tahem kovů ASTM E8 a ISO 6892-1. Byly však upraveny pro zkoušení tenkých fólií, a proto se z hlediska provedení zkoušky, zkušebních parametrů a vyhodnocovaných charakteristických hodnot ve velké míře odkazují právě na tyto základní normy.
• Získávání a vyhodnocování dat: Zkušební software testXpert provází uživatele celým průběhem zkoušky v souladu s příslušnými normami. Standardní zkušební programy již zahrnují normy ASTM E345 a DIN 50154. Průtahoměr videoXtens navíc umožňuje provádět analýzu 2D-DIC: To umožňuje definovat virtuální měřené délky, ověřit kvalitu vyrovnání a kvantifikovat nehomogenity – a to bez potřeby dalšího hardwaru.