Springe zum Seiteninhalt

ASTM D638: Zugeigenschaften von Kunststoffen

Der Zugversuch nach ASTM D638 liefert wesentliche mechanische Eigenschaften, wie Zugspannung, Dehnung, Zugmodul, Streckpunkt, Bruchpunkt und die Poissonsche Zahl, unterscheidet sich aber in vielen technischen Aspekten vom Zugversuch nach ISO 527-2, so dass zwischen den Normen nur eingeschränkte Vergleichbarkeit besteht. 

Die Normen ISO 527-1 (allgemeine Grundsätze) und ISO 527-2 (Prüfbedingungen für Form- und Extrusionsmassen) beschreiben ebenfalls den Zugversuch an Kunststoffen. Der Leitgedanke der ISO 527 ist die hohe Vergleichbarkeit von Prüfergebnissen über Labore, Firmen und Ländergrenzen hinweg. 

Name Typ Größe Download

Ziel des Zugversuchs nach ASTM D638

Im Zugversuch werden wesentliche mechanische Eigenschaften einer Formmasse oder eines an einer definierten Stelle aus einem Bauteil entnommenen Probekörpers ermittelt. 

Die charakteristischen Kennwerte sind:

  • Zugspannung: Kraft bezogen auf den Anfangsquerschnitt des Probekörpers
  • Dehnung: Änderung der Messlänge bezogen auf die Anfangsmesslänge
  • Zugmodul: Steigung der Kurve im Spannungs-Dehnungsdiagramm
  • Streckpunkt: Spannung und Dehnung am Kurvenpunkt an dem die Steigung Null ist
  • Bruchpunkt: Spannung und Dehnung im Moment des Probenbruchs
  • Poissonsche Zahl: negatives Verhältnis von Querdehnung zur Längsdehnung

Alterungsprüfungen

Der Zugversuch liefert eine gute Basis, um die Veränderung der mechanischen Kennwerte eines Polymers nach Alterung, Wärme- oder Medienlagerung oder nach Bewitterung darzustellen. Hierzu werden die Kennwerte des Zugversuchs im spritzfrischen Zustand, wie auch nach definierten Alterungs- oder Bewitterungszeiten ermittelt.

Probekörper

  • Bevorzugt wird als Probeköper der Schulterstab Typ I verwendet, der mit einer Dicke von 3,2 mm (1/8 inch) und einer Messlänge von 50 mm (2 inch) noch relativ nahe an üblichen Materialstärken in Bauteilen liegt und gleichzeitig eine gute Genauigkeit der Dehnungsmessung ermöglicht. 
  • Sofern mit dem Probekörper Typ I kein Bruch im engen parallelen Teil des Probekörpers zu erzeugen ist, empfiehlt die ASTM D638 den Probekörper Typ II, bei dem die Breite des engen parallelen Abschnitts deutlich verkleinert ist. 
  • Wenn nur wenig Material zur Verfügung steht, oder wenn die Entnahme aus einem Bauteil keinen größeren Probekörper ermöglicht, dann kommt der Probekörper Typ V zum Einsatz, der in allen Dimensionen gegenüber Typ I verkleinert ist. 
  • Wenn Probekörper aus Materialstärken von mehr als 7 mm durch mechanische Bearbeitung gewonnen werden, dann kommt der Probekörper Typ III zur Anwendung. Hier ist sowohl die Breite des engen parallelen Abschnitts, als auch die Schulterbreite und die Gesamtlänge vergrößert, so dass die Probendicke geringer als die Breite bleibt. Bei Tafelstärken über 14 mm wird die Dicke durch mechanische Bearbeitung angepasst. 
  • Der Probekörper Typ IV eignet sich besonders zur Prüfung von sehr weichen Polymeren (z.B. Gummi) und wird eingesetzt, wenn ein Vergleich zwischen weichen und steiferen Polymeren beabsichtigt ist. 
     

Definierte Konditionierungs- und Umgebungsbedingungen

  • Das Einhalten definierter Konditionierungs- und Umgebungsbedingungen in Bezug auf Temperatur und Luftfeuchtigkeit ist von großer Bedeutung für die Vergleichbarkeit der Prüfergebnisse.
  • Die Festlegungen für die Konditionierdauer finden sich üblicherweise in den Werkstoffnormen des zu prüfenden Kunststoffs. Darüber hinaus müssen die Probekörper im Rahmen der Formmasseprüfung  mindestens für 16 Stunden im Normklima gelagert werden. 
  • Werden Prüfungen im Normklima durchgeführt, so ist damit ein bestimmtes Normalklima gemeint, das in ASTM D618 festgelegt ist. 
    Gemäßigtes Klima: 23 ± 2 °C, 50 ± 10 %r.F.
    Subtropisches Klima: 27 ± 2 °C, 65 ± 10 %r.F.
  • Die Toleranzangaben entsprechen der Klasse 2. In Klasse 1 sind diese Toleranzen halbiert.
  • Mit Raumtemperatur wird üblicherweise ein etwas breiterer Temperaturbereich bezeichnet, der zwischen 18 °C und 28 °C liegen kann.
  • Daneben sind Prüfungen bei hohen oder niedrigen Temperaturen möglich, für die abweichende Anforderungen festgelegt sein können.

Anforderungen an die Prüfmaschine

Kraft- und Längenänderung sind die zwei wesentlichen Messgrößen einer Prüfmaschine. Im Rahmen einer periodischen Kalibrierung gegenüber einem auf ein nationales Normal rückführbares Messmittel wird der Nachweis erbracht, dass diese Messgrößen über festgelegte Bereiche eine in den Prüfnormen festgelegte Genauigkeit erreichen. 

Kraftmessung (ASTM E4)
Die ASTM D638 fordert eine Messgenauigkeit von ±1% bezogen auf den jeweiligen Messwert. Diese Forderung wird mit einer Kalibrierung nach ASTM E4 für den gesamten Messbereich des Kraftsensors nachgewiesen. Die Güte eines Kraftmesssystems wird dadurch insbesondere durch die Breite des Messbereichs definiert, über den die geforderte Genauigkeit erzielt werden kann. ZwickRoell Prüfmaschinen können die in ASTM E4 geforderte Messgenauigkeit bereits ab 1/1000 ihres Messbereichs erreichen. So können Modulwerte und Zugspannungen vieler Werkstoffe mit dem gleichen Prüfaufbau ohne Umbau gemessen werden.

Dehnungsmessung (ASTM E83)
Zu messende Größen sind der Traversenweg, bzw. die Veränderung des Klemmenabstands und die direkt gemessene Probendehnung. 

Für die Messung des Traversenwegs wird eine Genauigkeit von ± 10% bezogen auf den jeweiligen Messwert in ASTM D638 gefordert. Der Traversenweg wird insbesondere zur Bestimmung der nominellen Bruchdehnung verwendet, so dass die zu messenden Wege üblicherweise relativ groß sind. 

Der Zugmodul wird mit direkt messenden Extensometern bestimmt. Der erlaubte Fehler der Dehnungsbestimmung beträgt 0,0002 [mm/mm] festgelegt. Dies entspricht einen Dehnungsfehler von 0,02%, oder - bei einer Messlänge von 50 mm - einem erlaubten Wegfehler von 0,01 mm. 

Für die Messung von Streckpunkten und geringen Dehnungen bis etwa 20% fordert die ASTM D638 die Einhaltung der Klasse C nach der Kalibriernorm ASTM E83. Dies bedeutet für Dehnungen bis 10% einen festen, maximal erlaubten Fehlerwert in der Dehnungsbestimmung von 0,001 [mm/mm], entsprechend 0,1% Dehnung. Für die Messung größerer Dehnungen darf der relative Fehler ± 1% des jeweiligen Messwertes nicht überschreiten.  

Für die Messung von Dehnungen größer 20% erlaubt die ASTM D638 einen relativen Messfehler von ± 20%, der auch von relativ einfachen Extensometern leicht erreicht werden kann. 
 

Zugversuch nach ASTM D638 mit Temperierkammer -80 °C bis +250 °C

Kunststoffprüfung bei -80 °C bis +250 °C in der Temperierkammer

Material- und Bauteilprüfung unter Temperatur (insbes. ASTM D638) an Kunststoffen, Gummi, Elastomeren und Faserverbundstoffen mit Längenänderungsaufnehmer makroXtens.

testXpert III - Zugeigenschaften von Kunststoff nach ASTM D638

Die Prüfsoftware testXpert III ist die perfekte Lösung für jede Prüfanforderung. Die Software ist das Ergebnis einer engen Zusammenarbeit mit Softwareanwendern aus der Materialprüfungsbranche und beinhaltet viele Funktionen, die Sie in Ihrem Tagesgeschäft perfekt unterstützen. Sowohl die ISO 527-1/ISO 527-2 als auch die ASTM D638 legen Prüfmethoden für den Zugversuch fest. Beide Normen sind technisch äquivalent, liefern aber nicht völlig vergleichbare Ergebnisse, da die Probenformen, die Prüfgeschwindigkeiten und die Art der Ergebnisbestimmung sich in einigen Punkten unterscheiden. Mit testXpert III bietet ZwickRoell eine vorbereitete Standardprüfvorschrift, das garantiert die Anforderungen von ISO 527-1 und ASTM D638 erfüllt. Alle Einstellungen zur Versuchsdurchführung nach ISO 527 sind bereits voreingestellt. Viele weitere Details sind ebenfalls in testXpert vorhanden.

Wir suchen und finden für jede Ihrer Anforderung die optimale Prüflösung.

Nehmen Sie direkt Kontakt mit unseren Branchenexperten auf.

Wir beraten Sie gerne!

 

Jetzt Kontakt aufnehmen

Passende Produkte & Zugprüfmaschinen ASTM D638

Weitere Versuche für die Formmassencharakterisierung

Zugversuch nach ISO 527

ISO 527-1, ISO 527-2
Der Zugversuch an Kunststoffen nach ISO 527-1 und ISO 527-2 liefert wesentliche mechanische Eigenschaften, wie Zugspannung, Dehnung, Zugmodul, Streckpunkt, Bruchpunkt und die Poissonsche Zahl.
zu Zugversuch nach ISO 527

Zugversuche bei hohen Dehnraten

Für Kunststoffe liefert die Messung von Spannungs-Dehnungskurven unter hohen Dehnraten Daten für die Crash Simulation, zum Beispiel im Fahrzeugbau.
zu Zugversuche bei hohen Dehnraten

Charpy Schlag- und Kerbschlagzähigkeit ISO 179-1 & ISO 179-2

Die Normen ISO 179-1 (Nicht instrumentierte Schlagzähigkeitsprüfung) und ISO 179-2 (Instrumentierte Schlagzähigkeitsprüfung) beschreiben den Schlagversuch nach Charpy zur Ermittlung der Schlag- und Kerbschlagzähigkeit an Kunststoffen.
zu Charpy Schlag- und Kerbschlagzähigkeit ISO 179-1 & ISO 179-2

Izod Kerbschlagzähigkeit ASTM D256

Im Rahmen der ASTM werden Kerbschlagzähigkeiten von Kunststoffen üblicherweise im Izod-Verfahren nach ASTM D256 gemessen. Die schlagartige Biegebeanspruchung erfolgt an einem einseitig eingespannten, gekerbten Probekörper. Das Ergebnis wird als dickenbezogene Energieaufnahme des Probekörpers dargestellt.
zu Izod Kerbschlagzähigkeit ASTM D256

Izod Schlag- und Kerbschlagzähigkeit ISO 180

Die Norm ISO 180 beschreibt den Schlagversuche an Kunststoffen im Izod-Verfahren zur Ermittlung der Schlag- und Kerbschlagzähigkeit.
zu Izod Schlag- und Kerbschlagzähigkeit ISO 180

Schlagzugversuche ISO 8256, ASTM D1822

Schlagzugversuche an Kunststoffen 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.
zu Schlagzugversuche ISO 8256, ASTM D1822

Durchstoßversuch an Prüfplatten

Im Durchstoßversuch wird die Schlagzähigkeit eines Polymers unter erhöhter Dehnrate und in einem mehrachsigen Spannungszustand bestimmt.
zu Durchstoßversuch an Prüfplatten

3-Punkt Biegeversuch ISO 178

Die 3 Punkt Biegeversuche nach ISO 178 stellen klassische Charakterisierungsmethoden für steife und halbsteife Kunststoffe dar. Typische Prüfergebnisse sind der Biegemodul, die Spannung bei 3,5 % Dehnung, Spannungen und Dehnungen am Streckpunkt und bei Probenbruch.
zu 3-Punkt Biegeversuch ISO 178

Automatisierung

Automatisierung der Kunststoff-Formmassenprüfung verringert die statistische Streubreite der Prüfergebnisse. ZwickRoell hat die passenden automatisierten Prüfsysteme.
zu Automatisierung
Top