ASTM D638: Stanovení tahových vlastností plastů
Zkouška tahem podle normy ASTM D638 patří mezi nejpoužívanější metody pro hodnocení mechanických vlastností termoplastických a reaktoplastických lisovaných materiálů.
V praxi se však mezi jednotlivými laboratořemi, operátory i zkušebními systémy často projevují značné rozdíly ve stanovených hodnotách pevnosti v tahu, modulu pružnosti, meze kluzu nebo tažnosti. Příčinou přitom nebývá pouze samotný zkušební stroj. Výsledky zkoušek mohou být ovlivněny odchylkami při přípravě a měření zkušebních těles, průtahoměrem či upínacími čelistmi, kondicionováním vzorků za definovaných podmínek prostředí i nastavením zkušební rychlosti.
Společnost ZwickRoell nabízí špičková řešení pro měření deformace, která kombinují inteligentní software, automatizované pracovní postupy, a především vzájemně sladěné zkušební systémy. Díky tomu pomáhá laboratořím minimalizovat rozptyl výsledků zkoušek.
Nejčastější zdroje chyb Postup zkoušky Oblasti použití Často kladené dotazy Ke stažení Požádat o konzultaci
ASTM D638: Klíčové informace
- Norma ASTM D638 popisuje jednoosou zkoušku tahem vyztužených i nevyztužených plastů, která slouží ke stanovení tahového napětí, tažnosti, modulu pružnosti v tahu, pevnosti v tahu, meze kluzu a místa přetržení, volitelně také Poissonova čísla.
- Norma stanovuje typy zkušebních těles o tloušťce v rozmezí 1 až 14 mm. Pro zkoušení fólií o tloušťce menší než 1 mm, elastomerů, kompozitů s dlouhými vlákny nebo pěnových materiálů jsou vhodnější jiné normy ASTM.
- Zkušební rychlost přímo ovlivňuje stanovené vlastnosti materiálu, protože plasty vykazují viskoelastické chování.
- Pro spolehlivé určení modulu pružnosti je zásadní přesné měření deformace vhodně zvoleným průtahoměrem.
- Kondicionování vzorků za definovaných podmínek prostředí může mít významný vliv na výsledky, zejména u polymerů citlivých na vlhkost.
- Automatizované měření rozměrů vzorku a automatizovaný průběh zkoušky zvyšují reprodukovatelnost výsledků a omezují vliv obsluhy.
- Společnost ZwickRoell nabízí kompletní řešení pro zkoušky podle ASTM D638, které zahrnuje zkušební stroje, upínací čelisti, průtahoměry, software i automatizaci.
Zkoušky podle ASTM D638 v praxi: Časté zdroje chyb a jejich vliv na výsledky zkoušek
I když je zkouška formálně provedena v souladu s normou ASTM D638, mohou se její výsledky mezi jednotlivými laboratořemi, obsluhou nebo zkušebními systémy výrazně lišit. Rozhodující proto není pouze dodržení postupu zkoušky stanoveného normou, ale také kontrolované a důsledné provedení každého jednotlivého kroku:
- Příprava a kvalita zkušebních vzorků: Kvalitu zkoušky určuje už příprava zkušebních vzorků. Odchylky ve výsledcích mohou být způsobeny například rozdílnými podmínkami vstřikování, vlivem polohy vtoku, vnitřním zbytkovým pnutím, poškozením při mechanickém opracování, vruby či povrchovými vadami nebo rozdíly v tloušťce vzorků.
- Volba správného typu zkušebního tělesa: Norma ASTM D638 definuje různé typy zkušebních vzorků. Při použití nevhodného typu nemusí dojít k lomu v úzké rovnoběžné části zkušebního tělesa nebo nemusí být měření deformace dostatečně spolehlivé. Volba správného typu vzorku je zvlášť důležitá při zkoušení malých součástí, měkkých polymerů nebo silnějších plastových desek.
- Měření rozměrů vzorků: Výpočet všech napěťových charakteristik vychází z počáteční plochy průřezu zkušebního tělesa. I malé nepřesnosti při měření tloušťky nebo šířky zkušebního vzorku mají přímý vliv na všechny výsledky vztahující se k napětí, včetně pevnosti v tahu, modulu pružnosti, meze kluzu a křivek napětí-deformace. Chyba při měření tloušťky pouhých 0,1 mm může vést k odchylce výsledku až o 2,5 %. Automatizovaná měřicí zařízení nebo zařízení přímo propojená se zkušebním systémem omezují chyby při zadávání hodnot a zlepšují dohledatelnost naměřených údajů.
- Rychlost zkoušky: Na rozdíl od většiny kovů jsou plasty vzhledem ke svému viskoelastickému chování velmi citlivé na rychlost deformace. Různé zkušební rychlosti mohou ovlivnit modul pružnosti v tahu, napětí na mezi kluzu, pevnost v tahu i prodloužení při přetržení. Norma ASTM D638 proto v závislosti na materiálu a jeho deformačních vlastnostech stanovuje různé rychlosti pohybu příčníku. Ty je nutné správně nastavit, důsledně dodržovat a zaznamenávat v souladu s požadavky normy.
- Výběr průtahoměru: Měření deformace patří k nejdůležitějším aspektům zkoušek podle normy ASTM D638. Nevhodně zvolený průtahoměr může výrazně ovlivnit přesnost stanovení modulu pružnosti v tahu, deformace na mezi kluzu i samotného měření deformace. Zvláštní nároky na měření vznikají při zkoušení měkkých polymerů, houževnatých materiálů modifikovaných pro zvýšení rázové odolnosti, tuhých materiálů a tenkých vzorků. Volba vhodné technologie pro měření deformace je často jedním z nejdůležitějších rozhodnutí při sestavování zkušebního uspořádání podle normy ASTM D638.
- Volba upínacích čelistí a vyrovnání zkušebního vzorkuNesprávné upnutí může vést k prokluzu vzorku či předčasnému lomu v oblasti upnutí, vzniku ohybových napětí nebo nesouososti. Pohyb upínacích čelistí (např. klínových čelistí) může navíc ovlivnit skutečnou rychlost zkoušky. Správně zvolený upínací systém zajišťuje rovnoměrné rozložení zatížení na zkušebním vzorku a pomáhá zajistit, aby k porušení došlo v měřené části zkušebního tělesa.
- Kondicionování za definovaných podmínek prostředí: Teplota a vlhkost mají významný vliv na vlastnosti mnoha polymerů. Mezi ně patří například polyamidy (PA), polyethylentereftaláty (PET), polybutylentereftaláty (PBT), termoplastické polyuretany (TPU) a polymery na biologické bázi. Nedostatečné kondicionování může vést k výrazným odchylkám v tuhosti, pevnosti a tažnosti materiálu.
- Vliv obsluhy během zkoušky: Manuální zásahy zvyšují variabilitu při přípravě zkušebních vzorků, ale mohou vést k odchylkám v jejich rozměrech, nastavení průtahoměru, uspořádání zkoušky, vyhodnocení dat i jejich následném přenosu. Standardizované zkušební postupy a zejména automatizace přispívají k vyšší spolehlivosti výsledků zkoušek.
Pro dosažení reprodukovatelných výsledků je nezbytné vzájemně sladit zkušební tělesa, měřicí přístroje, zkušební stroj, upínací čelisti, průtahoměr, software a podmínky zkoušky. Právě na tyto požadavky reagují zkušební řešení společnosti ZwickRoell.
Chtěli byste provádět zkoušky tahem podle normy ASTM D638 s vyšší reprodukovatelností, efektivitou a lepší srovnatelností výsledků?
Naši odborníci z místního zastoupení vám pomohou navrhnout řešení přesně podle vašich požadavků. Doporučí vhodný zkušební systém, který bude odpovídat materiálu, normám i objemu zkoušených vzorků.
Zkouška tahem podle ASTM D638 se ZwickRoell
Klíčové fáze zkušebního postupu a řešení ZwickRoell:
Měření rozměrů vzorků Zatěžovací rám a snímače síly Zkušební čelisti Zkušební rychlost Snímače deformace Kondicionování a podmínky prostředí Možnosti automatizace
Jak probíhá zkouška podle ASTM D638:
Při zkoušce tahem podle normy ASTM D638 se standardizovaný zkušební vzorek z plastu zatěžuje jednoosým tahem až do dosažení meze kluzu, předepsané hodnoty prodloužení nebo poškození.
- Před zahájením zkoušky se určí typ zkušebního tělesa, jeho šířka a tloušťka, protože všechny napěťové charakteristiky vycházejí z počáteční plochy průřezu vzorku.
- Následně se vzorek vystředí a upne do vhodných upínacích čelistí.
- Během zkoušky zaznamenávají zkušební stroj a průtahoměr působící sílu, posuv příčníku a deformaci zkušebního tělesa. Charakteristické hodnoty, jako jsou napětí v tahu, modul pružnosti v tahu, napětí na mezi kluzu, poměrné prodloužení na mezi kluzu, pevnost v tahu a poměrné prodloužení při přetržení, se stanovují na základě křivky napětí-deformace. Volitelně lze určit také Poissonovo číslo.
- V závislosti na zkoušeném materiálu a účelu zkoušky je třeba zohlednit různé zkušební rychlosti, požadavky na kondicionování a metody měření deformace.
- Software testXpert umožňuje standardizovaně řídit a dokumentovat parametry zkoušky, změny rychlosti, naměřená data i jejich vyhodnocení.
Měření rozměrů vzorků: I malé chyby při měření rozměrů přímo ovlivňují výsledné charakteristické hodnoty.
Přesné měření je základem spolehlivých výsledků zkoušek tahem. Chyba při měření tloušťky pouhých 0,1 mm může vést k odchylce výsledku až o 2,5 %.
Přístroj pro měření rozměrů vzorků CMU 30 ZwickRoell přímo přenáší data do zkušebního softwaru testXpert, omezuje chyby způsobené ručním přepisováním údajů, urychluje pracovní postupy, zlepšuje dohledatelnost dat a zajišťuje, aby všechny zkoušky vycházely z jednotně zadaných vstupních hodnot.
Výběr zatěžovacího rámu a snímače síly
Při výběru zkušebního stroje nejde jen o volbu maximální zkušební síly. Optimální řešení závisí na typu materiálu, předpokládaném rozsahu síly, geometrii zkušebního vzorku, požadované míře automatizace a konfiguraci průtahoměru.
Modulární univerzální zkušební stroje ZwickRoell umožňují provádět širokou škálu zkoušek plastů na jedné platformě.
Rozhodující však není pouze maximální zkušební síla, ale také přesnost měření v oblasti nízkých sil. Norma ASTM D638 požaduje přesnost měření ±1 % příslušné měřené hodnoty. Zkušební stroje ZwickRoell dosahují přesnosti měření již od 1/1000 svého měřicího rozsahu. Díky tomu lze při stejném zkušebním uspořádání přesně měřit modul pružnosti i napětí v tahu u mnoha materiálů, aniž by bylo nutné často měnit snímač síly.
Výběr upínacích čelistí
Různé materiály a rozsahy zkoušek vyžadují různé způsoby upínání zkušebních vzorků. Používají se například pneumatické, šroubovací a klínové upínací čelisti. Cílem je vždy zajistit spolehlivé upnutí zkušebního vzorku bez jeho poškození.
- Pneumatické upínací čelisti: Pneumatické upínací čelisti se zavírají stisknutím tlačítka a umožňují přesné nastavení upínací síly. Mají široké spektrum využití a jsou vhodné pro měkké i tvrdé polymery. Umožňují přímý přenos rychlosti příčníku na zkušební těleso a jsou obzvláště vhodné tam, kde je požadována vysoká reprodukovatelnost výsledků, velký objem zkoušek za den nebo automatické vkládání vzorků.
- Šroubovací čelisti: Šroubové upínací čelisti se zavírají ručně pomocí šroubového mechanismu. Jsou vhodné pro polotuhé až tuhé plasty a pro zkoušky s vysokými požadavky na reprodukovatelnost výsledků, pokud je přijatelná míra ruční obsluhy.
- Klínové (samosvorné) čelisti: Klínové upínací čelisti se zavírají ručně pomocí páky a jsou vhodné pro časté provádění zkoušek. V důsledku klínového efektu se upínací síla během tahové zkoušky postupně zvyšuje, což může ovlivnit rychlost deformace vzorku. Tuto skutečnost je třeba zohlednit při porovnávání výsledků a posuzování požadavků na jejich reprodukovatelnost. Hodí se pro interní kontroly kvality s nízkými požadavky na reprodukovatelnost a srovnatelnost s hodnotami naměřenými v jiných laboratořích.
- Čelisti s přesazenými vložkami: Čelisti s přesazenými vložkami jsou k dispozici v ručním i pneumatickém provedení Hodí se zejména pro zkoušky tahem tuhých až vysoce pevných plastů, u nichž je důležité spolehlivé upnutí zkušebního tělesa a stabilní působení síly. Ruční provedení představuje cenově dostupné, robustní a jednoduché řešení pro běžné zkoušky. Pneumatické provedení je výhodné při častém provádění zkoušek nebo při velkém objemu zkoušených těles, protože omezuje vliv obsluhy a umožňuje dosáhnout rovnoměrnější upínací síly.
Proč je důležitá zkušební rychlost v souladu s ASTM D638?
Mechanické chování plastů výrazně závisí na rychlosti deformace. Se zvyšující se zkušební rychlostí se obvykle zvyšuje tuhost materiálu (modul pružnosti) i jeho pevnost, zatímco prodloužení se může naopak zmenšovat. Norma ASTM D638 stanovuje různé zkušební rychlosti v závislosti na chování materiálu a očekávaném prodloužení. Pro spolehlivé porovnávání výsledků je nezbytné důsledně dodržovat a dokumentovat zkušební rychlosti i jejich změny v průběhu zkoušky.
Software testXpert umožňuje ukládat zkušební rychlosti a jejich změny do zkušebního programu, automaticky je řídit a dokumentovat. Tím se omezuje riziko chyb vzniklé obsluhou a zajišťuje provádění zkoušek podle stejných parametrů v souladu s požadavky normy.
Výběr průtahoměru
Nevhodně zvolený průtahoměr může zkreslit výsledky stanovení modulu pružnosti, poměrného prodloužení na mezi kluzu i poměrného prodloužení při přetržení. Toto riziko se zvyšuje při zkoušení měkkých polymerů, velmi tenkých vzorků, materiálů s velkým prodloužením nebo vzorků, které jsou citlivé na kontaktní síly při měření. Volba průtahoměru je proto často jedním z nejdůležitějších rozhodnutí při návrhu zkušebního uspořádání podle normy ASTM D638.
- Nasazovací průtahoměry Mezi jejich výhody patří příznivé pořizovací náklady a vysoká přesnost. Hodí se pro zkoušení mnoha druhů tuhých plastů. Omezením je nutnost upevnit průtahoměr na vzorek ručně. Kvůli přímému kontaktu se vzorkem mohou také ovlivnit výsledky měření u měkkých materiálů.
- Kontaktní raménkové průtahoměry: Průtahoměry s raménky, jako je makroXtens, umožňují plně automatizovat průběh zkoušky. Mohou zůstat upevněny na zkušebním tělese až do jeho přetržení. Volitelně se nabízí také možnost měření příčné deformace či použití v teplotních komorách. Při zkoušení velmi odlišných materiálů, například křehkých plastů a elastomerů s velmi vysokým prodloužením, lze jako alternativu použít snímač multiXtens.
- Pro mnoho aplikací podle normy ASTM D638 je preferovaným řešením optický průtahoměr videoXtens. Mezi hlavní výhody patří bezkontaktní měření, které neovlivňuje vzorek, nevyžaduje jeho značení a umožňuje přesné stanovení hodnot, jako modul pružnosti i měření při vysokých deformacích. Tyto vlastnosti vytvářejí ideální podmínky pro automatizované testování. K dispozici je také možnost využití korelace digitálních snímků 2D.
ASTM D638: Zkouška tahem při nízkých nebo vysokých teplotách
Standardizovanou zkouškou vzorků v kondicionovaném stavu je metoda A normy ASTM D618. Norma ASTM D638 však umožňuje odchylky v požadavcích na úpravu a měření, takže zkoušky lze podle této normy provádět i při nízkých nebo vysokých teplotách.
Teplotní komora ZwickRoell umožňuje zkoušení v teplotním rozsahu od −80 °C do +360 °C. Plně integrovaný systém zajišťuje efektivní, spolehlivý a snadno ovladatelný provoz. Díky řešení „dvířka ve dveřích“ se při zkoušení za nízkých teplot výrazně snižuje spotřeba dusíku a tvorba ledu, takže zkoušky lze provádět hospodárněji.
Možnosti automatizace podle ASTM D638
Pro zkoušky tahem podle normy ASTM D638 může být automatizace zajímavým řešením již od 10 otestovaných vzorků za den. Náš zkušební systém ALEX zvládá jednoduché manipulační úkony, jako je odebírání a vkládání zkušebních vzorků, a představuje pro zkušební laboratoře cenově výhodné řešení.
Do laboratoří, které mají vysoké nároky, můžeme doporučit náš robotický systém roboTest L. Skvěle se hodí pro provádění velkých objemů zkoušek plastových materiálů, pojme totiž až 450 vzorků. Dokáže zcela autonomně provádět měření rozměrů zkušebních vzorků a tahové zkoušky podle ASTM D638. Po zkoušce se zbytky vzorků odstraní, z upínacích čelistí je vyjmou zvláštní kleštiny.
Pro naše automatizované zkušební systémy však nepředstavují ani různé jiné tvary vzorků či další zkušební metody žádný problém. roboTest N a roboTest R představují komplexní automatizované zkušební systémy, které umožňují dodatečnou integraci druhého nebo i třetího zkušebního stroje či dalších zařízení, mezi které patří například středicí přípravek a klimatická komora s teplotním rozsahem od -80 °C do +360 °C. Tím se nejen zvětší objem otestovaných vzorků, ale nabízí se i možnost provádět různé zkoušky paralelně – rychle a spolehlivě!
Efektivní a spolehlivé zkoušky v souladu s ASTM D638 se zkušebním softwarem testXpert
Zkušební software testXpert podporuje laboratoře při provádění zkoušek podle normy ASTM D638 s minimálním vlivem obsluhy, standardizovaně a sledovatelně.
- Uložené standardizované zkušební programy: Charakteristické hodnoty, zkušební parametry a výsledky definované v normě ASTM D638 jsou předdefinovány a uloženy ve standardním zkušebním programu. To usnadňuje provádění zkoušek v souladu s normou a omezuje potřebu ručního nastavování parametrů.
- Průvodce krok za krokem: Průvodce navádí operátora krok za krokem celou konfigurací zkoušky. To urychluje zaškolení nových pracovníků a snižuje riziko, že některý krok zkoušky bude opomenut.
- Správa uživatelů: Díky funkci Správa uživatelů se každému operátorovi zobrazí pouze ty úkoly a funkce, ke kterým má oprávnění. To umožňuje sjednotit uživatelská rozhraní a přehledně spravovat přístupová oprávnění.
- Propojení externích zařízení: Rozměry zkušebních těles lze přenášet přímo z měřicích přístrojů do softwaru testXpert. To šetří čas a předchází chybám při ručním zadávání údajů.
- Dokumentace zkušebních parametrů: Zkušební rychlost, naměřená data, výsledky a podmínky zkoušky jsou přehledně dokumentovány.
- Srovnatelnost výsledků různých zkušebních metod: Pokud laboratoř využívá příslušné aplikace, lze data ze zkoušek tahem, ohybem, rázových zkoušek nebo zkoušek toku taveniny centrálně spravovat a vyhodnocovat.
- Analýza trendů a sledování kvality: Vyhodnocování výsledků a analýza trendů pomáhají včas odhalit odchylky při kontrole kvality a zkoušení jednotlivých výrobních sérií.
Typické oblasti použití pro ASTM D638
Norma ASTM D638 se používá všude tam, kde je třeba spolehlivě stanovit, porovnat nebo dokumentovat tahové vlastnosti plastů:
- Vývoj materiálů a porovnávání směsí Různé polymery, plniva, přísady a různé receptury lze porovnávat na základě modulu pružnosti v tahu, napětí na mezi kluzu, pevnosti v tahu a poměrného prodloužení při přetržení.
- Zajištění kvality sériové výroby: Zkoušky podle ASTM D638 pomáhají sledovat stálost mechanických vlastností a včas odhalovat odchylky mezi jednotlivými výrobními šaržemi, použitými surovinami nebo podmínkami zpracování.
- Vstupní kontrola zboží: Lze ověřovat mechanické vlastnosti dodávaných granulátů, polotovarů nebo lisovacích hmot.
- Zkoušky vzorků odebraných z hotových dílů: Vzorky lze odebírat přímo ze součástí nebo vstřikovaných výrobků. To umožňuje ověřit, že součásti skutečně splňují požadované vlastnosti.
- Zkoušky malého množství materiálu: Pokud je k dispozici pouze malé množství materiálu, například pro výrobu prototypů, aditivně vyráběných dílů nebo analýzu poškození, mohou být vhodná menší zkušební tělesa typu V.
- Zkoušky stárnutí a povětrnostní odolnosti: Norma ASTM D638 je vhodná pro hodnocení změn mechanických vlastností po stárnutí, působení zvýšených teplot, chemických médií nebo povětrnostních vlivů.
- Schvalování materiálů a ověřování specifikací: Stanovené charakteristické hodnoty slouží jako podklad pro schvalování materiálů, dodavatelské smlouvy a technické specifikace.
- Mezinárodní porovnávání výsledků zkoušek: Společnosti s mezinárodními dodavatelskými řetězci často potřebují provádět zkoušky podle norem ASTM D638 i ISO 527, aby splnily různé požadavky zákazníků.
Často kladené dotazy k normě ASTM D638
Norma ASTM D638 se používá pro stanovení tahových vlastností vyztužených a nevyztužených plastů. Norma se často používá pro zkoušky vzorků z termoplastů a reaktoplastických lisovacích hmot, které byly připraveny vstřikováním, lisováním, vytlačováním nebo obráběním.
Mezi typické materiály patří:
- Polypropylen (PP)
- Polyethylen (PE)
- Polykarbonát (PC)
- ABS
- Polyamid (PA / nylon)
- Polybutylentereftalát (PBT)
- PET
- PVC
- PEEK
- PPS
- Plasty vyztužené krátkými vlákny
- Reaktoplastické lisovací hmoty
Norma ASTM D638 se obecně vztahuje na zkušební tělesa z materiálů o tloušťce přibližně 1 až 14 mm. Tenké fólie a filmy o tloušťce menší než 1 mm se obvykle zkoušejí podle normy ASTM D882, zatímco kompozitní materiály vyztužené kontinuálními vlákny se zpravidla zkoušejí podle normy ASTM D3039.
Vzorky používané pro zkoušky tahem podle normy ASTM D638 jsou klasifikovány podle typu:
- ASTM D638 typ I: Preferovaným zkušebním vzorkem je lopatka typu I, která je s tloušťkou 3,2 mm (1/8 palce) a délkou měřidla 50 mm (2 palce) stále relativně podobná běžným tloušťkám materiálů součástí a zároveň poskytuje dobrou úroveň přesnosti měření deformace.
- ASTM D638 typ II: Za předpokladu, že zkušební vzorek typu I nepraská v úzké rovnoběžné části vzorku, doporučuje norma ASTM D638 použít zkušební vzorek typu II, u kterého je šířka úzké rovnoběžné části výrazně zmenšena.
- ASTM D638 typ III: Pokud lze mechanickým zpracováním získat vzorky s tloušťkou materiálu větší než 7 mm, použije se typ vzorku III. Zde se zvětší šířka úzkého rovnoběžného průřezu, jakož i šířka upínacích hlav a celková délka tak, aby tloušťka vzorku zůstala menší než šířka. U plochých vzorků o tloušťce větší než 14 mm se tloušťka upravuje mechanickým zpracováním.
- ASTM D638 typ IV: Zkušební vzorek typu IV je ideální pro testování velmi měkkých polymerů (např. pryží) a používá se při porovnávání měkkých a tvrdších polymerů.
- ASTM D638 typ V: Pokud je k dispozici pouze malé množství materiálu nebo pokud obrábění vzorku ze součásti neumožňuje vyrobit větší vzorek, použije se vzorek typu V, který je oproti typu I zmenšen ve všech rozměrech.
Podle normy ASTM D638 se zkušební vzorky typu V používají v případech, kdy je k dispozici pouze omezené množství materiálu nebo kdy z hodnocené součásti nelze odebrat větší vzorky.
- Mezi typické oblasti použití patří zkoušky:
- V projektech zaměřených na vývoj materiálů
- Prototypových součástí
- Vzorků vyrobených aditivními technologiemi
- Malých výlisků
- Analýzy poškození
- Vzorků připravených obráběním z hotových součástí
Vzhledem k tomu, že zkušební tělesa typu V mají výrazně menší průřez a kratší měřenou délku než standardní zkušební tělesa typu I, je třeba věnovat zvláštní pozornost jejich vystředění, upnutí a měření deformace, aby bylo dosaženo přesných a opakovatelných výsledků.
L0 Počáteční měřená délka
L Vzdálenost čelistí
l1 Paralelní měřená délka / vnitřní průměr
l2 Délka mezi širokými rovnoběžnými částmi
l3 Celková délka / vnější průměr
b2 Šířka vzorku (hlavy)
b1 Šířka vzorku na měřené délce
h Tloušťka vzorku
| Norma | Typ zkušebního vzorku | Upozornění | l3 mm | l1 mm | b2 mm | b1 mm | h mm | L0 mm | L mm |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| ASTM D638 | Typ I | Preferovaný vzorek pro tuhé plasty | ≥ 165 | 57 ± 0,5 | 19 + +6,4 | 13 ± 0,5 | 3,2 ± 0,4 | 50 ± 0,25 | 115 ± 5 |
| ASTM D638 | Typ II | Přednostně pro typ I, pokud nedochází k lomu v zúžené části | ≥ 183 | 57 ± 0,5 | 19 + +6,4 | 6 ± 0,5 | 3,2 ± 0,4 | 50 ± 0,25 | 135 ± 5 |
| ASTM D638 | Typ III | Pro zkušební tělesa o tloušťce větší než 7 mm (tuhé a měkké plasty) | ≥ 246 | 57 ± 0,5 | 29 + +6,4 | 19 ± 0,5 | 7 ... 14 | 50 ± 0,25 | 115 ± 5 |
| ASTM D638 | Typ IV | Pro porovnání tuhých a měkkých plastů | ≥ 115 | 33 ± 0,5 | 19 + +6,4 | 6 ± 0,05 | 3,2 ± 0,4 | 25 ± 0,13 | 65 ± 5 |
| ASTM D638 | Typ V | Malé vzorky ze součástí | ≥ 63,5 | 9,53 | 9,53 + 3,1 | 3,18 ± 0,5 | 3,2 ± 0,4 | 7,62 | 25,4 ± 5 |
Správné kondicionování zkušebních vzorků je zásadní pro dosažení konzistentních a vzájemně porovnatelných výsledků zkoušek podle normy ASTM D638. Mnoho polymerních materiálů je citlivých na vlhkost a teplotu. Rozdíly v podmínkách kondicionování mohou významně ovlivnit charakteristické hodnoty, jako například:
- Modul pružnosti v tahu
- Napětí na mezi kluzu
- Pevnost v tahu
- Tažnost
To je obzvláště důležité u hygroskopických materiálů, jako jsou polyamid (PA), PET, PBT a řada polymerů na biologické bázi.
Norma ASTM D638 stanovuje standardní laboratorní podmínky a doporučuje kondicionování zkušebních těles před zkouškou, pokud to vyžaduje specifikace daného materiálu. Aby bylo možné smysluplně porovnávat výsledky z různých laboratoří, je vždy nutné používat shodné postupy kondicionování.
Pro mnoho běžných aplikací podle normy ASTM D638 poskytuje snímač deformace dostatečnou přesnost a stále představuje často využívané řešení.
Kontaktní průtahoměry jsou vhodné zejména pro:
- Aplikace v oblasti kontroly kvality
- Tuhé termoplasty
- Materiály se střední tažností
- Standardní měření pevnosti v tahu a modulu pružnosti
Kontaktní průtahoměry, které se upevňují přímo na zkušební těleso, však vyžadují ruční nasazení. U velmi měkkých, tenkých nebo vysoce deformovatelných zkušebních těles mohou ovlivnit průběh zkoušky. V laboratořích, které vyžadují maximální reprodukovatelnost výsledků, velký objem zkoušených vzorků nebo testování náročných materiálů, přináší měření deformace pomocí průtahoměrů s měřicími rameny nebo optických průtahoměrů často značné výhody.
Potřebná kapacita zkušebního stroje závisí především na průřezu zkušebního tělesa a očekávané pevnosti materiálu v tahu.
Pro většinu aplikací podle normy ASTM D638 platí následující doporučení:
- Zkušební stroje s kapacitou 1 až 5 kN jsou vhodné pro materiály s nižší pevností a pro malá zkušební tělesa.
- Stroje s kapacitou 10 kN se běžně používají pro rutinní zkoušky plastů.
- U materiálů s vysokým podílem výztuže nebo u zkušebních těles s neobvykle velkým průřezem může být zapotřebí zkušební stroj s vyšší kapacitou.
Nejdůležitější není pouze maximální zkušební síla, ale také správná volba zkušebního stroje a siloměru, které zajistí dostatečné rozlišení a přesnost měření v celém předpokládaném rozsahu sil. Správně zvolený siloměr zvyšuje kvalitu měření, zejména při stanovení modulu pružnosti a při zkoušení materiálů s nižší pevností.
ASTM D638 a ISO 527 jsou dvě nejčastěji používané normy pro stanovení tahových vlastností plastů. Zatímco norma ASTM D638 představuje pragmatickou klasifikaci tahových vlastností, je hlavním cílem normy ISO 527 dosáhnout vysoké srovnatelnosti výsledků zkoušek mezi laboratořemi, společnostmi a národními organizacemi. Ačkoli obě metody slouží ke stanovení podobných mechanických vlastností, nejsou jejich výsledky přímo vzájemně zaměnitelné.
Nejdůležitější rozdíly jsou následující:
- Geometrie zkušebního vzorku a měřené délky: Preferovaným tvarem vzorku je podle ASTM D638 typ I. Jedná se o zkušební těleso pro testování tuhých plastů, které má tvar lopatky o délce 165 mm, tloušťce 3,2 mm (1/8 palce), s měřenou délkou 50 mm (2 palce). Tyto rozměry se velmi blíží obvyklým tloušťkám materiálů používaných pro součástky a zároveň poskytují dobrou přesnost měření deformace. Upřednostňovaným tvarem vzorku podle normy ISO 527-2 je typ 1A (u vstřikovaných vzorků). Jedná se o zkušební těleso tvaru lopatky o celkové délce 170 mm, tloušťce 4 mm a měřené délce 75 nebo 50 mm. Zatímco norma ASTM popisuje pět typů vzorků, norma ISO definuje dva typy vzorků, aby byla splněna vysoká úroveň srovnávací přesnosti.
- Požadavky na měření deformace
- Definice zkušební rychlosti
- Metoda stanovení konkrétních výsledků
Norma ASTM D638 se používá především v Severní Americe, zatímco v mezinárodním měřítku se častěji uplatňuje norma ISO 527.
Protože rozdíly mezi těmito normami mohou ovlivnit naměřené hodnoty, jako jsou modul pružnosti, napětí na mezi kluzu, pevnost v tahu a prodloužení, neměly by se výsledky zkoušek podle ASTM D638 přímo porovnávat s výsledky podle ISO 527, pokud nejsou metodické rozdíly dostatečně objasněny a zdokumentovány.
Společnosti, které dodávají své výrobky na globální trhy proto běžně disponují vybavením pro provádění zkoušek podle obou norem – ASTM D638 i ISO 527.
Normy ASTM D882 nebo ISO 537-3 se využívají pro zkoušky tahem fólií a desek z plastů o tloušťce do 1 mm. K tomu jsou určeny speciální vzorky a zkušební metoda, která řeší konkrétní požadavky zákazníka.
U plastů vyztužených dlouhými vlákny, jako je CFK, se provádí zkouška tahem podle normy ASTM D3039. Tyto materiály mohou mít velmi rozdílné vlastnosti v závislosti na směru a struktuře laminátu nebo tkaniny. Proto se často vyžaduje výroba speciálních vzorků nebo volba specifické zkušební metody.
U křehkých plastů a materiálů, které nevykazují mez kluzu, se deformace při přetržení měří přímo mechanickým nebo bezkontaktním průtahoměrem. U termoplastů, které vykazují mez kluzu, se jmenovitá deformace při přetržení měří z dráhy posuvu příčníku zkušebního stroje.
Pevnost v tahu je nejvyšší hodnota napětí, kterého může vzorek při zkoušce tahem dosáhnout. Tato pevnost v tahu může nastat i na mezi kluzu, v takovém případě se označuje jako pevnost v tahu na mezi kluzu. Pokud se pevnost v tahu projeví krátce před porušením vzorku, označuje se jako lomová pevnost.
Norma ASTM E132 specifikuje zkušební metodu pro měření Poissonova poměru při teplotě okolí. V případě nevyztužených plastů však lze pro účely výpočtu obvykle použít pevnou hodnotu Poissonova poměru, protože je do značné míry konstantní.
Kromě tvarů vzorků je v normě ASTM D638 definována také přesnost měření rozměrů vzorků.
- Šířku plastových vzorků lze stanovit digitálním měřidlem, mikrometrem nebo přístrojem na měření rozměrů vzorků.
- Tloušťka plastových vzorků se nechá určit mikrometrem nebo přístrojem na měření rozměrů vzorků.
- Síla měření se pohybuje mezi 5 a 15 N, měřicí plochy jsou kruhové a ploché, obvykle o průměru 6,35 mm (6,5 mm). Možné jsou i jiné kontaktní prvky.
- Měření se provádí ve středu vzorku a v rámci měřené délky. U vstřikovaných vzorků se měření provádí do 5 mm od středu měřené délky.
- Chyba měření tloušťky 0,1 mm má za následek chybu 2,5 %!
Mezi měřené hodnoty podle ASTM D638 patří dráha posuvu příčníku, změna upínací vzdálenosti a přímo měřené prodloužení vzorku. Pro měření dráhy příčníku vyžaduje norma ASTM D638 přesnost ±10 % vzhledem k odpovídající naměřené hodnotě. Dráha příčníku se používá zejména pro stanovení jmenovité deformace při přetržení, kdy jsou měřené dráhy relativně velké.
Modul pružnosti v tahu se měří přímo pomocí průtahoměru. Přípustná chyba měření deformace je předepsána na 0,0002 [mm/mm]. To odpovídá chybě deformace 0,02 % nebo – při měřené délce 50 mm – přípustné chybě dráhy 0,01 mm.
Pro měření meze kluzu a malých prodloužení do přibližně 20 % měřené délky vyžaduje norma ASTM D638 shodu s třídou C podle kalibrační normy ASTM E83. Pro deformace do 10 % to znamená maximální přípustnou hodnotu chyby při stanovení prodloužení 0,001 [mm/mm], tedy 0,1 %. Při měření větších prodloužení nesmí relativní chyba příslušné naměřené hodnoty překročit ±1 %.
Pro měření prodloužení větší než 20 % povoluje norma ASTM D638 relativní chybu měření ±20 %, které lze dosáhnout i s relativně jednoduchými průtahoměry.
Informace o zkouškách podle ASTM D638 ke stažení
- Informační leták: Plasty a pryže PDF 9 MB
- Informace o produktu: CMU 30 a CMU 80 PDF 718 KB
- Informace o produktu: zwickiLine do Fmax. 5 kN PDF 820 KB
- Informace o produktu: ProLine, Fmax. 5 – 100 kN PDF 1 MB
- Informace o produktu: AllroundLine, Fmax. 5 – 100 kN PDF 1 MB
- Informace o produktu: Pneumatické čelisti, Fmax. 10 kN / 20 kN PDF 2 MB
- Informace o produktu: Šroubovací čelisti, Fmax. 5 kN / 10 kN PDF 485 KB
- Informace o produktu: Klínové čelisti, Fmax. 10 kN / 20 kN PDF 713 KB
- Informace o produktu: Klínové čelisti s přesazenými vložkami, Fmax. 10 kN PDF 690 KB
- Informace o výrobku: digiClip PDF 590 KB
- Informace o produktu: Nasazovací průtahoměry (clip-on) PDF 525 KB
- Informace o produktu: Průtahoměr makroXtens PDF 637 KB
- Informace o produktu: videoXtens 2-150 HP PDF 1 MB
