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ASTM D638 Zugeigenschaften Kunststoff

Der Zugversuch Kunststsoff nach ASTM D638 liefert wesentliche mechanische Eigenschaften, wie Zugspannung, Dehnung, Zugmodul, Zugfestigkeit, Streckpunkt und den Bruchpunkt. Die ASTM D638 ist nicht identisch mit ihrem Pendant, der ISO 527-1 und ISO 527-2. Die Normen unterscheiden sich in vielen Aspekten, wie Form und Abmessungen der Probekörper, der Definition der Ergebnisse, sowie auch im Prüfablauf selbst. Während die ASTM D638 eine pragmatische Charakterisierung der Zugeigenschaften darstellt, ist der Leitgedanke der ISO 527 die hohe Vergleichbarkeit von Prüfergebnissen über Labore, Firmen und Ländergrenzen hinweg. 

Ziel & Kennwerte Versuchsdurchführung Probekörper & ProbenAbmessungen Umgebungsbedingungen Genauigkeitsanforderungen Prüfsysteme FAQ's Downloads

Ziel & Kennwerte des Zugversuchs nach ASTM D638

Im Zugversuch nach ASTM D638 werden verschiedene typischen Kennwerte ermittelt, welche die wesentlichen mechanische Eigenschaften einer Formmasse oder eines an einer definierten Stelle aus einem Bauteil entnommenen Probekörpers beschreiben: 

  • 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 nach ASTM D638 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.

Prüfablauf nach ASTM D638: Sofort losprüfen mit testXpert

Versuchsdurchführung nach ASTM D638 mit Prüfsoftware testXpert: 

Der Zugversuch ist eine der häufigsten Versuchsarten im Bereich der mechanischen Prüfungen an Kunststoffen und Polymeren. Die normkonforme Durchführung ist in der ASTM D638 ausführlich beschrieben. Wie einfach Sie den Versuch mit testXpert durchführen, zu 100% normkonform, und ohne viele Seiten lesen zu müssen erfahren Sie in einer Schritt für Schritt Anleitung.

Einfach und effizient Prüfen nach ASTM D638, das garantiert auch ein schnelles Onboarding neuer Mitarbeiter:

  • Alle Kennwerte und Parameter der ASTM D638 sind bereits in der Standard-Prüfvorschrift für ASTM D638 hinterlegt. Die garantierte Normerfüllung ist sicher und Sie sparen sich das zeitaufwändige Studieren der Norm.
  • Die Anwender werden Schritt für Schritt durch die Prüfung geleitet. Auf dem Bildschirm sehen sie nur ihre eigenen Aufgaben, dank der Benutzerverwaltung. Das sichert ein schnelles Onboarding. Alle Anwender führen die Prüfung nach ASTM D638 sicher durch, es wird nichts vergessen.
  • Maximale Prüfeffizienz schaffen Sie sich durch Anbindung von Peripheriegeräten: Wenn die Probendimension von der Bügelmessschraube direkt an die Prüfsoftware geschickt wird spart dies Zeit und Eingabefehler werden ausgeschlossen. 

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ASTM D638 Probenabmessungen / Proben-Typen

Die für die Prüfungen nach ASTM D638 verwendeten Proben werden nach Typen klassifiziert:

  • ASTM D638 Typ I - 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. 
  • ASTM D638 Typ II - 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. 
  • ASTM D638 Typ III - 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.
  • ASTM D638 Typ IV - 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.
  • ASTM D638 Typ V - 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. 

L0 Messlänge
L Einspannlänge
l1 Länge des engen parallelen Teils/Innendurchmesser
l2 Abstand zwischen den breiten, parallelen Teilen
l3 Gesamtlänge / Außendurchmesser
b2 Probenbreite im Schulterbereich
b1 Probenbreite im Messlängenbereich
h Probendicke

ASTM D638 Probenabmessungen und Probekörper-Typen
Norm Probekörper-Typ Bemerkung l3
mm
l1
mm
b2
mm
b1
mm
h
mm
L0
mm
L
mm
ASTM D638 Typ I Vorzugsprobekörper für
steife Kunststoffe
≥165 57±0,5 19+6,4 13±0,5 3,2±0,4 50±0,25 115±5
ASTM D638 Typ II bevorzugt, wenn Typ1 nicht
im engen Querschnitt bricht
≥183 57±0,5 19+6,4 6±0,5 3,2±0,4 50±0,25 135±5
ASTM D638 Typ III für Prüfkörperdicke größer 7mm
(steife und weiche Kunststoffe)
≥246 57±0,5 29+6,4 19±0,5 7...14 50±0,25 115±5
ASTM D638 Typ IV für Vergleiche von steifen und
weichen Kunststoffen
≥115 33±0,5 19+6,4 6±0,05 3,2±0,4 25±0,13 65±5
ASTM D638 Typ V kleine Probekörper aus Bauteilen ≥63,5 9,53 9,53+3,1 3,18±0,5 3,2±0,4 7,62 25,4±5

 

Definierte Konditionierungs- und Umgebungsbedingungen in ASTM D638

  • 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.

ASTM D638 Zugversuch bei niedrigen oder erhöhten Temperaturen

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

Der Standard ist die Messung der Probekörper in einem Konditionierungszustand entsprechend Verfahren A nach ASTM D618. Die ASTM D638 erlaubt aber abweichende Konditionierungs- und Messbedingungen, so dass auch Prüfungen bei niedrigen oder erhöhten Temperaturen nach den Vorgaben dieser Norm durchgeführt werden dürfen.

Für Zugversuche an Kunststoffen nach ASTM D638 bei niedriegen oder erhöhten Temperaturen steht die ZwickRoell Temperierkammer zur Verfügung. Der Temperaturbereich ist  von -80°C bis +360°C einstellbar. Das voll integrierte System sorgt für eine effiziente, zuverlässige und einfache Bedienung bei den Zugversuchen. Mit der Tür-in-Tür Lösung wird der Stickstoffverbrauch und die Vereisung bei Prüfungen in Kälte deutlich reduziert, so dass die Prüfungen kostengünstiger durchgeführt werden können. 

Genauigkeitsanforderungen an die Prüfmaschine nach ASTM D638

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.

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Häufig gestellte Fragen zur ASTM D638

Die gebräuchlichste ASTM-Norm für Zugversuche an Kunststoffen ist ASTM D638. Diese Norm wird zur Bestimmung der Zugeigenschaften von Kunststoffen für die Kontrolle, Spezifikation, qualitative Charakterisierung sowie für Forschungs- und Entwicklungszwecke verwendet. Sie definiert die Prüfgeräte, die Probenform und -abmessungen sowie das zu befolgende Prüfverfahren. Zu den Materialeigenschaften, die mit ASTM D638 bestimmt werden, gehören die Zugfestigkeit, die Probendehnung, die Dehnungswerte, der Elastizitätsmodul und die Möglichkeit, die Poissonzahl bei Raumtemperatur zu bestimmen.

Ausführlichere Informationen finden Sie in der vollständigen Norm: ASTM D638
 

Die Bestimmung der Zugfestigkeit von Kunststoffen erfolgt im Wesentlichen durch die Messung der Spannung, die erforderlich ist, um eine Kunststoffprobe zu brechen oder zum Nachgeben zu bringen. Daher wird in der Norm zwischen der Streckgrenze und der Bruchfestigkeit unterschieden. Dieses entscheidende Merkmal von Kunststoffen wird häufig in der Forschung und Entwicklung sowie zur Qualitätskontrolle verwendet. Die Zugfestigkeit von Kunststoffen wird mit einer Zugprüfmaschine bestimmt, die die Probe bis zum Bruch auseinanderzieht, während die kritischen Werte gemessen und berechnet werden. Meistens werden diese Prüfungen nach der Norm ASTM D638 durchgeführt, die die Form und die Abmessungen der zu prüfenden Probe festlegt, die Maschinenspezifikationen angibt und das Prüfverfahren beschreibt.

Die ASTM D638 beschreibt den Zugversuch an Kunststoffen. Gemessen werden Zugeigenschaften wie der Zugmodul, Streckspannung, Streckdehnung, die Zugfestigkeit und die Bruchdehnung. Diese Eigenschaften sind wichtig für die Beurteilung und den Vergleich von Kunststoffen und deren Compounds, sowie zur Qualitätssicherung. 

Bei spröden Kunststoffen und bei Kunststoffen, die keinen Steckpunkt zeigen, wird die Bruchdehnung direkt messend mit einem mechanischen oder berührungslos messenden Extensometer bestimmt. Bei thermoplastischen Kunststoffen die einen Streckpunkt zeigen, wird die nominelle Bruchdehnung aus dem Verfahrweg der ziehendem Klemme der Prüfmaschine gemessen.

Die Zugfestigkeit ist die höchste Zugspannung, die der Probekörper während eines Zugversuchs erreichen kann. Diese Zugfestigkeit kann an einem Streckpunkt auftreten, dann wird sie „Zugfestigkeit am Streckpunkt“ genannt. Sofern die Zugfestigkeit kurz vor dem Versagen das Probekörpers auftritt, wird sie mit „Zugfestigkeit bei Bruch“ bezeichnet.

Für Zugversuche an Kunststofffolien und Tafelmaterial bis 1 mm Stärke wird die ASTM D882 verwendet. Hier gibt es spezielle Probekörper und ein Prüfverfahren, das auf die speziellen Anforderungen der Folienprüfung eingeht.

Langfaserverstärkte Kunststoffe wie GRC oder CRC werden im Zugversuch nach ASTM D 3039 gemessen. Diese Werkstoffe können richtungsabhängig und je nach Aufbau des Laminats oder Gewebes sehr unterschiedliche Eigenschaften aufweisen. Daher erfordern sie oft spezielle Probekörper und Prüfmethodiken. 

Für die Messung der Poissonschen Zahl bei Raumtemperatur bietet die ASTM E132 eine geeignete Prüfmethode an. Bei unverstärkten Kunststoffen kann aber für Berechnungszwecke meist ein fester Wert für die Poissonsche Zahl verwendet werden, da diese weitgehend konstant ist. 

Der Standard ist die Messung der Probekörper in einem Konditionierungszustand entsprechend Verfahren A nach ASTM D618. Die ASTM D638 erlaubt aber abweichende Konditionierungs- und Messbedingungen, so dass auch Prüfungen bei niedrigen oder erhöhten Temperaturen nach den Vorgaben dieser Norm durchgeführt werden dürfen.

Die Norm ASTM D638 regelt die Bestimmung der Zugeigenschaften einschließlich der Zugfestigkeit von unverstärkten und verstärkten Kunststoffen. Weitere gebräuchliche Normen für die Zugfestigkeitsprüfung sind ASTM E8/ASTM E8M für Metalle, ASTM D412 für Gummi und Elastomere sowie ASTM D3039 für Faserverbundwerkstoffe

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  • Produktinformation: Schraub-Probenhalter, Fmax 5 kN / 10 kN PDF 485 KB
  • Produktinformation: Pneumatik-Probenhalter, Fmax 10 kN / 20 kN PDF 2 MB
  • Branchenbroschüre: Kunststoff & Gummi PDF 9 MB
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