ASTM D638: Stanovení tahových vlastností plastů
Zkouška tahem plastů podle normy ASTM D638 pomáhá stanovit základní mechanické vlastnosti, včetně napětí v tahu, deformace, modulu pružnosti v tahu, pevnosti v tahu, meze kluzu a lomové pevnosti. Norma ASTM D638 není totožná s podobnými normami ISO 527-1 a ISO 527-2. Tyto normy se liší v mnoha aspektech, včetně tvaru a rozměrů zkušebních tyčí, definování výsledků zkoušek a samotného zkušebního postupu. Zatímco norma ASTM D638 představuje pragmatickou klasifikaci tahových vlastností, hlavním principem normy ISO 527 je vysoká úroveň reprodukovatelnosti výsledků zkoušek mezi laboratořemi, společnostmi a národními organizacemi.
Účel zkoušky & charakteristické hodnoty Provedení zkoušky Tvar a rozměry zkušebních těles Podmínky prostředí Požadavky na přesnost Zkušební systémy Časté dorazy Informační brožura: Plasty
Cíle a charakteristické hodnoty zkoušky tahem podle ASTM D638
Ve standardizované zkušební metodě ASTM D638 pro tahové vlastnosti plastů se stanovují základní mechanické vlastnosti materiálu tvářeného nebo obrobeného vzorku z definované oblasti součásti.
Mezi typické charakteristiky patří:
- Tahové napětí: síla vztažená k počátečnímu průřezu zkušebního tělesa
- Poměrná deformace (prodloužení): změna délky vztažená k počáteční měřené délce
- Modul pružnosti v tahu: gradient křivky napětí / deformace
- Mez kluzu: napětí v bodě křivky napětí / deformace, ve kterém je gradient nula
- Napětí při přetržení: napětí a deformace v okamžiku lomu zkušebního tělesa
- Poissonův poměr: poměr příčné a podélné deformace
Zkoušky stárnutí
Zkoušky tahem podle ASTM D638 poskytují dobrý základ pro prokázání změn charakteristických mechanických hodnot polymerů po stárnutí, po stárnutí s využitím média, za teplotních podmínek anebo vystavení povětrnostním vlivům. Proto se stanoví charakteristické hodnoty zkoušky tahem v nově tvářeném stavu a po definovaných dobách stárnutí nebo vystavení povětrnostním vlivům.
Rozměry a typ zkušebních těles podle ASTM D638
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. pryže) 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.
| Norma | Typ zkušební tyče | Upozornění | l3 mm | l1 mm | b2 mm | b1 mm | h mm | L0 mm | L mm |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| ASTM D638 | Typ I | Preferovaný vzorek pro reaktoplasty | ≥ 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 |
Provedení zkoušky tahem podle ASTM D638
Zkouška tahem je jednou z nejčastěji prováděných mechanických zkoušek plastů a polymerů. Zkušební metoda je popsána v normě ASTM 10484. Postup vás krok za krokem zbaví nutnosti číst všechny stránky normy a ukáže vám, jak snadné je provést zkoušku s programem testXpert přesně podle normy.
ASTM D638 v 6 krocích s testXpert
ASTM D638 popisuje různé tvary vzorků a přesnost, s jakou musí být rozměry vzorků měřeny. Určuje také upínací vzdálenost, měřenou délku zkušebního tělesa a povolené tolerance měřených hodnot. Zkouška tahem podle ASTM D638 se používá ke stanovení různých typů charakteristických hodnot, včetně modulu pružnosti v tahu, meze kluzu a poměrného prodloužení. Předepsané předzatížení zajišťuje reprodukovatelné výsledky.
Obě normy ISO 527-1/-2 a ASTM D638 definují metody pro zkoušku tahem. Obě tyto normy jsou technicky ekvivalentní, neposkytují ale plně srovnatelné výsledky, protože se tvar zkušebních těles, rychlost zkoušení a způsob stanovení výsledků v některých bodech různí.
Začněte hned zkoušet podle ASTM D638 s testXpert
Jednoduchý a efektivní způsob zkoušení podle ASTM D638 se zaručených rychlým zácvikem nových zaměstnanců:
- Veškeré zkušební parametry a výsledky definované v normě ASTM D638 jsou předdefinovány a uloženy ve standardním zkušebním programu. Zaručená shoda s normou ASTM D638 ve zkušebním programu snižuje potřebu dlouhého studia standardů.
- Operátor je veden krok za krokem celou konfigurací zkoušky. Díky funkci Správa uživatelů se každému operátorovi zobrazí pouze ty úkoly, k nimž je oprávněn. To zajišťuje rychlý zácvik nových zaměstnanců. Všichni uživatelé jsou schopni spolehlivě provést zkoušku podle ASTM D638. Nic není opomenuto.
- Další zjednodušení práce obsluhy je dosaženo přímým připojením periferních zařízení: Pokud jsou rozměry vzorku z mikrometru odesílány přímo do zkušebního softwaru, ušetří se čas a zamezí se chybám při zadávání.
Zkušební software testXpert Provedení zkoušky v 6 krocích s testXpert
Požadavky na přesnost zkušebního systému podle ASTM D638
Síla a prodloužení jsou dvě základní veličiny, které se měří na zkušebním stroji. V rámci pravidelné kalibrace při porovnání s měřicím přístrojem navázaným na národní etalon se prokazuje, že naměřené hodnoty dosahují definované úrovně přesnosti ve stanoveném rozsahu měření.
Měření síly (ASTM E4)
Norma ASTM D638 vyžaduje přesnost naměřené hodnoty s chybou ±1 %. Tento požadavek se ověřuje kalibrací podle normy ASTM E4 pro celý měřicí rozsah snímače síly. Kvalita systému měření síly je určena především rozsahem použití, v němž se má dosáhnout dané přesnosti. Zkušební stroje ZwickRoell dosahují přesnosti měření požadované normou ASTM E4 již od 1/1000 svého měřicího rozsahu. To umožňuje měřit hodnoty modulu pružnosti a tahového napětí mnoha materiálů na stejném zkušebním zařízením bez nutnosti přestavby.
Měření prodloužení (ASTM E83)
Mezi měřené hodnoty 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 vyšších 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.
Podmínky kondicionování a okolní prostředí definované v normě ASTM D638
- Dodržení stanovených podmínek kondicionování a okolního prostředí s ohledem a teplotu a vlhkost má pro srovnatelnost výsledků zkoušek zásadní význam.
- Definovanou dobu trvání temperace vzorků lze obvykle nalézt v normách pro zkoušené plasty. Při testování materiálů pro tváření musí být kromě toho vzorky před zkouškou uchovávány po dobu nejméně 16 hodin ve standardizovaném prostředí (definovaná teplota a vlhkost).
- Pokud jsou zkoušky prováděny ve standardizovaném prostředí, jedná se o definované normální podmínky, které jsou uvedeny v normě ASTM D618.
Mírný pás: 23 ± 2 °C, 50 ± 10 % rh
Subtropický pás: 27 ± 2 °C, 65 ± 10 % rh - Tolerance odpovídají třídě 2. Ve třídě 1 jsou tyto tolerance na polovičních hodnotách.
- Pod pojmem okolní teplota se obvykle rozumí poněkud širší teplotní rozsah, který se může pohybovat mezi 18 °C a 28 °C.
- Zkoušky lze rovněž provádět při vysokých nebo nízkých teplotách, je možné definovat také odlišné požadavky.
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.
Pro zkoušky plastů v souladu s ASTM D638 při nízkých nebo vysokých teplotách nabízí ZwickRoell teplotní komory. Rozsah teplot lze na nastavit od -80 °C do +360 °C. Plně integrovaný systém zajišťuje efektivní, spolehlivou a snadnou obsluhu při provádění zkoušek. Díky řešení „dvířka ve dveřích“ se při zkoušení za nízkých teplot výrazně snižuje spotřeba dusíku a tvorba ledu, takže zkoušky lze provádět hospodárněji.
Často kladené dotazy k normě ASTM D638
Nejběžnější normou ASTM pro zkoušky tahových vlastností plastů je ASTM D638. Tato norma se využívá ke stanovení tahových vlastností materiálů z plastů pro účely kontroly, specifikace, kvalitativní charakterizace, výzkumu a vývoje. Definuje zkušební zařízení, tvar a rozměry vzorku a postup zkoušky. Vlastnosti materiálu stanovené pomocí normy ASTM D638 zahrnují pevnost v tahu, tažnost vzorku, hodnoty deformace, modul pružnosti a také určení Poissonova poměru při okolní teplotě.
Podrobné informace jsou uvedeny plném znění normy: ASTM D638
Pevnost plastů v tahu se v podstatě určuje měřením napětí, které je nutné k tomu, aby došlo k přetržení nebo průtažnosti vzorku. Norma proto rozlišuje průtažnost a odolnost proti přetržení. To hraje důležitou roli ve výzkumu i vývoji a pro účely kontroly kvality. Pevnost plastů v tahu se určuje pomocí tahového zkušebního stroje, v němž dochází k zatěžování vzorku, dokud se neroztrhne. Měří se a vypočítají kritické hodnoty. Nejčastěji se tyto zkoušky provádějí podle normy ASTM D638, která definuje tvar a rozměry zkoušeného vzorku, uvádí specifikace stroje a popisuje postup zkoušky.
Norma ASTM D638 popisuje zkoušku tahem plastů. Využívá se k měření tahových vlastností včetně modulu pružnosti v tahu, meze kluzu, deformaci na mezi kluzu, pevnosti v tahu a deformace při lomu. Tyto vlastnosti jsou důležité pro hodnocení či porovnávání plastů a směsí, stejně jako pro účely kontroly kvality.
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 D882 se využívá 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.
U plastů vyztužených dlouhými vlákny, jako je GRC nebo CRC, 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 a zkušební metody.
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.
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.
Norma ASTM D638 se zabývá stanovením tahových vlastností včetně pevnosti v tahu nevyztužených a vyztužených plastů. Další běžné normy používané ke zkoušení pevnosti v tahu jsou ASTM E8/ASTM E8M pro kovy, ASTM D412 pro pryž a elastomery či ASTM D3039 pro kompozity vyztužené vlákny.