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ISO 8256 & ASTM D1822 Schlagzugversuche an Kunststoffen

Schlagzugversuche liefern eine auf der Schlagarbeit basierende Werkstoffeigenschaft, die unter Zugbeanspruchung an normierten Probekörpern bei hohen Dehnraten ermittelt wird. Die Prüfergebnisse sind unter Verwendung gleicher Paarungen aus Pendel- und Jochgröße gut vergleichbar. Die Normen ISO 8256 und ASTM D1822 beschreiben den Schlagzugversuch an Kunststoffen.

Schlagzugversuche werden häufig für biegeweiche Probekörper aus Folien oder Platten, sowie aus weichen oder halbsteifen Kunststoffen eingesetzt, die im Charpy-Verfahren oder Izod-Verfahren (ISO 180 oder ASTM D256) auch mit gekerbten Probekörpern keinen Probenbruch und damit kein Ergebnis liefern. Die Prüfung von steifen Probekörpern entsprechend der Definition nach ISO 472 ist ebenfalls möglich. 
 

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ISO 8256 Prüfverfahren

In ISO 8256 sind zwei unterschiedliche Prüfverfahren festgelegt: 

  • Verfahren A arbeitet mit einem Prüfaufbau, bei dem der Probekörper auf einer Seite in definierter Position in einer stehenden Einspannvorrichtung befestigt ist. An der anderen Seite des Probekörpers ist ein steifes Querjoch mit festgelegter Masse befestigt. Der Pendelhammer schlägt während der Prüfung auf das Querjoch, das dadurch stark beschleunigt. Der Probekörper wird auf diese Weise in Zugrichtung bis zum Versagen gedehnt. 
  • Verfahren B Dieses Verfahren ist aus der ASTM D 1822 entlehnt und arbeitet mit dem sogenannten „specimen-in-head“ Verfahren. Dabei wird der Probekörper im Pendelhammer fixiert und ebenfalls an seiner gegenüberliegenden Seite mit einem definierten Querjoch versehen. Probekörper, Querjoch und Pendelhammer bilden so eine gemeinsame Fallmasse. An der Aufschlagposition wird das Querjoch schlagartig gestoppt, während Probekörper und Pendelhammer die Bewegung fortsetzen und der Probekörper in Zugrichtung bis zum Versagen gedehnt wird. 

Üblicherweise kommt in Verbindung mit der ISO 8256 das Verfahren A zum Einsatz, während Prüfungen nach ASTM D1822 immer im „specimen-in-head“ Verfahren durchgeführt werden. 

Schlagzugversuche werden auch als instrumentierte Prüfungen, also mit einer schnellen Kraftmessung, angeboten. Hierfür gibt es allerdings noch keine Normung.

Anforderungen an die Prüfung

Für die konventionellen Schlagzugversuche nach ISO 8256 kommen Pendelschlagwerke zum Einsatz, die in der ISO 13802 sehr detailliert festgelegt sind. Dadurch wird eine gute Vergleichbarkeit der Prüfungen über verschiedene Prüfmittel, Labore, Bediener und Standorte hinweg ermöglicht. 

Das Prinzip der Messung basiert wie das Charpy-Verfahren auf einem in Arbeitsvermögen und Fallhöhe festgelegten Pendelhammer, der beim Schlagen des Probekörpers einen Teil seiner kinetischen Energie abgibt. Dadurch steigt der Pendelhammer nach dem Schlag nicht mehr auf die ursprüngliche Fallhöhe auf. Die gemessene Höhendifferenz zwischen Fallhöhe und Steighöhe wird so zu einem Maß für die aufgenommene Energie. Durch die Festlegung der Fallhöhe wird auch die Auftreffgeschwindigkeit festgelegt, so dass die Prüfungen bei vergleichbaren Dehnraten stattfinden. 

Eine Besonderheit der Schlagzugprüfung ist die Korrektur der Schleuderarbeit, die durch das Querjoch aufgenommen wird. Diese Korrektur basiert auf der Annahme eines elastischen Stoßes. In der Praxis liegt jedoch ein Stoß vor, der neben dem elastischen Anteil auch einen plastischen Anteil aufweist, so dass diese Korrektur eine Annäherung bleibt. Ein direkter Vergleich von Kennwerten sollte deswegen möglichst auf einer gleichen Paarung von Pendelhammer und Querjochgröße vorgenommen werden. 

Jeder Pendelhammer darf in einem Bereich von 10 % bis 80 % seines Arbeitsvermögens eingesetzt werden. Sofern mehrere Pendelhammer diese Bedingung für die Prüfung eines Werkstoffs erfüllen, was aus der Überdeckung der Arbeitsbereiche der verschiedenen Pendelhammer in der Regel der Fall ist, wird der Pendelhammer mit dem größten Arbeitsvermögen verwendet. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass der Geschwindigkeitsabfall im Schlagvorgang minimiert ist. 

Die Art der Messung impliziert, dass alle Energieverluste dem Probekörper und den Querjoch zuzurechnen sind. Aus diesem Grund ist es wichtig, alle äußeren Fehlerquellen zu minimieren, zu korrigieren, oder komplett auszuschließen. Für die Reibungsverluste, die durch Luftreibung und Reibung an den Lagerstellen des Pendelhammers zwangsläufig entstehen, gibt es enge Festlegungen in der ISO 13802, sowie Kontrollen im Rahmen der regelmäßigen Kalibrierung. Die Korrekturwerte werden vermessen und dem jeweiligen Pendelhammer zugeordnet. Wesentlich für die Qualität der Messung ist eine ausreichende Masse und schwingungsfreie Aufstellung des Pendelschlagwerks auf einem sehr stabilen Labortisch, auf einer gegen eine solide Wand verschraubte Arbeitsplatte, oder auf einem Podest aus Mauerwerk. Innere Schwingungen im Gerät werden konstruktiv minimiert. So verwendet ZwickRoell Pendelhammer mit Doppelstangen aus unidirektionalen Carbonwerkstoffen, die sehr massenarm sind und gleichzeitig eine optimale Steifigkeit der Pendelstangen bieten. 

Die ISO 8256 definiert insgesamt 5 verschiede Probekörper. Die Typen 1 und 4 werden bevorzugt für das Verfahren A eingesetzt, die Typen 2 und 4 sind die bevorzugten Probekörper für das Verfahren B. Probekörper Typ 3 verfügt über einen parallelen mittleren Teil, der quadratisch mit 10 mm Kantenlänge ist und sich gut für Dehnungsmessungen mit DIC-Systemen eignet. Der Probekörper Typ 5 enthält zusätzliche Anschlagflächen an der Schulter, die seine exakte Ausrichtung erleichtern und eine formschlüssige Kraftübertragung bei steifen Werkstoffen und ausreichender Probenhöhe ermöglichen. 

ISO 8256 und ASTM D1822: Schlagzugversuch an Kunststoffen

Normgerechtes Prüfen nach Charpy, Dynstad, Izod und Schlagzug Methode A/B mit der HIT-Reihe der Pendelschlagwerke

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