ISO 527-1 & ISO 527-2 Zugversuch Kunststoff
Der Zugversuch nach ISO 527-1 und ISO 527-2 ist eine der am häufigsten eingesetzten Methode zur Bestimmung wesentlicher mechanischer Eigenschaften von Form- und Extrusionsmassen mit einer Dicke über 1 mm.
In der Praxis entscheiden jedoch Details wie Probengeometrie, Querschnittsmessung, Einspannung, Vorspannung, Prüfgeschwindigkeit und Extensometer darüber, ob Ergebnisse wirklich vergleichbar sind.
ZwickRoell unterstützt Labore dabei, diese Einflussgrößen kontrolliert, normkonform und nachvollziehbar zu beherrschen.
Häufige Fehlerquellen Versuchsdurchführung & Prüfmittel Einsatzbereiche FAQs Downloads Beratung anforden Ringversuche / Round Robin Tests zu ISO 527-2
Das Wichtigste in Kürze
- ISO 527-1 beschreibt die allgemeinen Grundsätze des Zugversuchs zur Bestimmung der Zugeigenschaften von Kunststoffen und Kunststoffverbunden während ISO 527-2 auf die Prüfbedingungen für Form- und Extrusionsmassen eingeht.
- Ermittelt werden unter anderem Zugspannung, Dehnung, Zugmodul, Streckpunkt, Bruchpunkt und optional die Poissonsche Zahl. Diese Kennwerte dienen u.a. dem Werkstoffvergleich, der Qualitätssicherung und der Bewertung von Alterungs- oder Medienlagerungseinflüssen.
- Kritisch sind besonders Probenvermessung, Probenform, Ausrichtung, Einspannung, Vorkraft, Prüfgeschwindigkeit und Dehnungsmessung. Bereits kleine Abweichungen können Modul, Spannung oder Dehnung messbar beeinflussen.
- Für die Modulerfassung gelten besonders hohe Anforderungen: Die Dehnung wird im Bereich von 0,05 % bis 0,25 % bestimmt, wodurch sehr kleine Längenänderungen sicher erfasst werden müssen. Aus diesem Grund ist die Auswahl des passenden Extensometers entscheidend.
- Kunststoffe zeigen viskoelastisches Verhalten. Deshalb beeinflusst die Prüfgeschwindigkeit die mechanischen Kennwerte und muss im Prüfablauf konsequent eingehalten und dokumentiert werden.
- ZwickRoell kombiniert passende Prüfmaschinen, Probenhalter, Extensometer, Querschnittsmessung, testXpert Prüfsoftware und Automatisierung, um Bedienereinfluss zu reduzieren und Prüfabläufe reproduzierbar zu gestalten.
ISO 527-1/-2 in der Praxis: Häufige Fehlerquellen und ihr Einfluss auf die Prüfergebnisse
Auch wenn der Zugversuch formal nach ISO 527-1/-2 durchgeführt wird, können Ergebnisse zwischen Laboren, Standorten oder Bedienern voneinander abweichen. Entscheidend ist deshalb nicht nur die Normkonformität, sondern die kontrollierte Umsetzung jedes einzelnen Prüfschritts.
- Probenform und Probenherstellung: Die Auswahl des Probekörpertyps sowie Unterschiede zwischen spritzgegossenen und mechanisch bearbeiteten Proben können die Prüfergebnisse beeinflussen. Zusätzlich wirken sich Orientierungseffekte, Eigenspannungen oder Bearbeitungseinflüsse direkt auf Festigkeit, Modul und Dehnung aus.
- Querschnittsmessung: Alle spannungsbezogenen Kennwerte werden auf Basis des Anfangsquerschnitts berechnet. Bereits geringe Abweichungen bei der Messung von Dicke oder Breite wirken sich direkt auf Zugfestigkeit, Modul, Streckspannung und das Spannungs-Dehnungs-Diagramm aus. Bei spritzgegossenen Probekörpern können Einfallstellen und Entformungsschrägen zusätzliche Messfehler verursachen.
- Ausrichtung und Einspannung des Probekörpers: Schieflagen beim Einspannen oder eine ungleichmäßige Krafteinleitung erzeugen zusätzliche Biegebeanspruchungen und beeinflussen insbesondere die Modulmessung. Bereits geringe Fehlstellungen können zu deutlich unterschiedlichen Ergebnissen zwischen Laboren führen.
- Vorspannung beim Einspannen: Während des Spannvorgangs können unbeabsichtigt Kräfte in den Probekörper eingebracht werden. Diese Vorspannungen verschieben den Ausgangspunkt der Prüfung und können insbesondere bei steiferen Werkstoffen die ermittelten Modulwerte beeinflussen.
- Prüfgeschwindigkeit und Dehnrate: Kunststoffe reagieren aufgrund ihres viskoelastischen Verhaltens empfindlich auf Änderungen der Dehngeschwindigkeit. Unterschiede bei Prüfgeschwindigkeit oder real erreichter Dehnrate können zu abweichenden Modulwerten, Streckspannungen und Bruchdehnungen führen.
- Auswahl des Probenhalters: Die tatsächliche Dehnrate wird nicht allein von der Traversengeschwindigkeit bestimmt. Bewegungen von Keilspannzeugen oder ungeeignete Spannsysteme können die Lastübertragung verändern und dadurch die Vergleichbarkeit der Ergebnisse beeinträchtigen.
- Auswahl des Extensometers: Die Modulbestimmung nach ISO 527-1/-2 erfolgt in einem sehr kleinen Dehnungsbereich zwischen 0,05 % und 0,25 %. Eine ungeeignete Dehnungsmessung oder ein Extensometer mit unzureichender Genauigkeit kann deshalb zu erheblichen Fehlern beim Zugmodul führen.
- Konditionierung und Umgebungsbedingungen: Temperatur und Luftfeuchtigkeit beeinflussen viele Kunststoffe direkt. Unterschiede bei Konditionierung, Lagerung oder Prüfbedingungen können zu merklichen Veränderungen von Steifigkeit, Festigkeit und Dehnung führen.
- Bedienereinfluss im Prüfablauf: Manuelle Schritte bei Probenvermessung, Einspannung, Extensometerpositionierung und Dateneingabe erhöhen die Streuung der Ergebnisse. Standardisierte Abläufe und automatisierte Prozesse verbessern die Zuverlässigkeit der Prüfergebnisse.
Für reproduzierbare Ergebnisse müssen Probekörper, Messmittel, Prüfmaschine, Probenhalter, Extensometer, Software und Prüfbedingungen aufeinander abgestimmt sein. Genau hier setzen die Prüflösungen von ZwickRoell an.
Sie möchten Zugversuche nach ISO 527-1/-2 besser vergleichbar, reproduzierbarer oder effizienter durchführen?
Ihr lokaler ZwickRoell-Experte unterstützt Sie bei der Auswahl der Prüfmittel – abgestimmt auf Werkstoff, Normanforderung und Prüfaufkommen.
Durchführung des Zugversuchs nach ISO 527-1/-2 mit ZwickRoell
Kritische Prüfschritte und ZwickRoell Lösungen:
Probenvermessung Lastrahmen & Kraftaufnehmer Probenhalter Vorspannung & Prüfstart Prüfgeschwindigkeit Extensometer Konditionierungs- & Umgebungsbedingungen Automatisierungsoptionen Prüfsoftware
So läuft die Prüfung nach ISO 527-1/-2 ab
Beim Zugversuch nach ISO 527-1/-2 wird ein genormter Kunststoff-Probekörper einachsig bis zum Streckpunkt, bis zu einer definierten Dehnung oder bis zum Bruch belastet.
- Vor der Prüfung werden Probekörpertyp, Breite und Dicke bestimmt, da alle spannungsbezogenen Kennwerte auf dem ursprünglichen Probenquerschnitt basieren.
- Anschließend wird die Probe in geeignete Probenhalter eingespannt, zentrisch ausgerichtet und mit der normativ definierten Vorspannung beaufschlagt.
- Die Prüfung beginnt mit der Bestimmung des Zugmoduls bei festgelegter Prüfgeschwindigkeit und hochgenauer Dehnungsmessung.
- Nach Abschluss der Modulmessung wird die Prüfgeschwindigkeit abhängig vom Materialverhalten erhöht und die Probe bis zum Streckpunkt oder bis zum Bruch belastet.
- Während des Versuchs erfassen Prüfmaschine und Extensometer kontinuierlich Kraft, Dehnung und den Verfahrweg der Traverse.
- Aus den Messdaten werden Kennwerte wie Zugspannung, Zugmodul, Streckspannung, Streckdehnung, Zugfestigkeit, Bruchspannung, Bruchdehnung und optional die Poissonsche Zahl ermittelt.
- Je nach Werkstoff und Prüfziel können zusätzlich Konditionierung, Temperaturprüfungen oder Alterungsuntersuchungen berücksichtigt werden.
- Mit testXpert lassen sich Prüfparameter, Geschwindigkeitswechsel, Messdaten und Auswertung standardisiert steuern und dokumentieren.
Probenvermessung: Der Fehler beginnt oft vor dem Start der Prüfung
Eine genaue Maßbestimmung ist die Grundlage zuverlässiger Zugversuche nach ISO 527-1/-2. Alle spannungsbezogenen Kennwerte basieren auf dem ursprünglichen Probenquerschnitt. Bereits geringe Abweichungen bei der Messung von Breite oder Dicke wirken sich daher direkt auf Zugmodul, Zugspannung und Streckspannung aus. Bei einem Probekörper mit 4 mm Dicke führt beispielsweise bereits ein Messfehler von 0,1 mm zu einer Abweichung von rund 2,5 % bei allen spannungsbezogenen Kennwerten. Besonders bei spritzgegossenen Probekörpern können Einfallstellen oder Entformungsschrägen zusätzliche Messunsicherheiten verursachen.
Automatisierte Messsysteme, wie das CMU 30 Querschnittsmessgerät von ZwickRoell reduzieren durch direkte Datenübertragung an testXpert Übertragungsfehler durch Bedienereinfluss, beschleunigen die Abläufe, verbessern die Rückverfolgbarkeit und sorgen für konsistente Eingabewerte im gesamten Prüfablauf.
Auswahl von Lastrahmen und Kraftaufnehmer
Die Auswahl der Prüfmaschine sollte sich nicht allein an der maximalen Prüfkraft orientieren. Das optimale System hängt von Werkstofftyp, erwartetem Kraftbereich, Probekörpergeometrie, gewünschtem Automatisierungsgrad und Extensometer-Konfiguration ab.
Für Prüfungen nach ISO 527-1/-2 müssen Prüfmaschine und Kraftaufnehmer den relevanten Kraftbereich mit ausreichender Genauigkeit erfassen. Die Norm fordert hierfür in der Regel eine Kraftmessgenauigkeit von ±1 % des Messwerts (Klasse 1 nach ISO 7500-1). Die modularen Universalprüfmaschinen von ZwickRoell können diese Genauigkeit bereits ab 1/1000 des Messbereichs erreichen. Dadurch lassen sich Modulwerte und Zugspannungen vieler Werkstoffe mit demselben Prüfaufbau präzise messen – ohne häufigen Umbau des Kraftaufnehmers.
Auswahl der Probenhalter
Fehler bei der Einspannung wirken sich direkt auf die Prüfergebnisse aus. Eine präzise Ausrichtung des Probekörpers und eine reproduzierbare Krafteinleitung sind entscheidend für zuverlässige Ergebnisse nach ISO 527-1/-2. Bereits geringe Schiefstellungen des Probekörpers oder der Belastungsachse können zusätzliche Biegebeanspruchungen verursachen und die Modulbestimmung beeinflussen. Eine normgerechte Ausrichtung der Probe und ein geeignetes Spannsystem sorgen für eine reproduzierbare Krafteinleitung und reduzieren die Streuung der Ergebnisse.
Unterschiedliche Prüfanforderungen erfordern unterschiedliche Spannprinzipien:
- Pneumatische Probenhalter schließen auf Knopfdruck und ermöglichen eine definierte Spannkraft und eine gleichmäßige Übertragung der Prüfgeschwindigkeit auf den Probekörper. Ideal für Anwendungen, bei denen hohe Anforderungen an die Reproduzierbarkeit gefordert wird, sowie bei vielen Prüfungen pro Tag oder automatischer Probenzuführung.
- Schraub-Probenhalter schließen manuell über eine Schraubbewegung und sind daher eine robuste Lösung für viele Kunststoffanwendungen mit hohen Anforderungen an eine reproduzierbare Einspannung.
- Keil-Probenhalter werden manuell per Hebel geschlossen und eignen sich für häufige Prüfungen. Da die Spannkraft erst während der Prüfung aufgebaut wird, kann die Dehnrate variieren. Sie sind daher besonders für interne QS-Anwendungen mit geringen Anforderungen an die Reproduzierbarkeit geeignet.
- Körper-über-Keil-Probenhalter sind manuell oder pneumatisch erhältlich und eignen sich besonders für steife bis hochfeste Kunststoffe. Sie gewährleisten einen sicheren Probensitz und eine stabile Krafteinleitung. Die manuelle Ausführung ist eine preiswerte, robuste und einfache Lösung für Routineprüfungen. Die pneumatische Variante reduziert den Bedienereinfluss und ist ideal für höhere Prüffrequenzen.
Vorspannung und Prüfstart: Der Startpunkt muss reproduzierbar sein
Bereits vor Beginn der eigentlichen Prüfung können beim Einspannen Kräfte in den Probekörper eingebracht werden. Diese unbeabsichtigten Vorspannungen beeinflussen den Startpunkt der Dehnungsmessung und können insbesondere bei der Bestimmung des Zugmoduls zu Abweichungen führen.
Eine definierte Vorspannung sorgt für einen reproduzierbaren Prüfstart und vergleichbare Ausgangsbedingungen. Die Softwarefunktion Force Constant Hold in testXpert gleichen während des Spannvorgangs entstehende Kräfte automatisch aus und halten die eingestellte Vorspannung konstant. Dadurch werden Vorspannungen im Probekörper reduziert und die Vergleichbarkeit der Prüfergebnisse verbessert.
Warum die Prüfgeschwindigkeit beim Zugversuch nach ISO 527-1/-2 wichtig ist
Die mechanischen Eigenschaften von Kunststoffen hängen stark von der Dehnrate ab. Bereits geringe Abweichungen von der vorgesehenen Dehnrate können zu unterschiedlichen Modulwerten und Spannungskennwerten führen. Daher definiert die ISO 527-2 für die Modulbestimmung eine Prüfgeschwindigkeit von 1 mm/min für die Probekörpertypen A1 und A2. Nach der Modulbestimmung kann die Geschwindigkeit entsprechend der ISO 527-2 auf 5 mm/min oder 50 mm/min erhöht werden, um die Prüfdauer an das Materialverhalten anzupassen.
Entscheidend ist dabei nicht nur die eingestellte Geschwindigkeit der Prüfmaschine, sondern die tatsächlich im Probekörper erreichte Dehnrate. Diese wird unter anderem durch die Ausrichtung des Probekörpers und das verwendete Spannsystem beeinflusst. Für eine reproduzierbare Modulbestimmung sollte die vorgegebene Dehnrate möglichst konstant eingehalten werden.
Mit testXpert werden Prüfgeschwindigkeiten und Geschwindigkeitswechsel in der Prüfvorschrift hinterlegt, automatisch gesteuert und dokumentiert. Das reduziert Bedienfehler und stellt sicher, dass Prüfungen nach denselben Parametern normkonform durchgeführt werden.
Auswahl des Extensometers
Die Modulerfassung nach ISO 527-1/-2 findet in einem sehr kleinen Dehnungsbereich statt. Bei 50 mm Messlänge entspricht der Bereich zwischen 0,05 % und 0,25 % einer Längenänderung von 100 µm. Eine Abweichung weniger Mikrometer kann den Modulwert sichtbar beeinflussen. Das Extensometer ist damit häufig die wichtigste Komponente in einem Prüfaufbau nach ISO 527.
- Manueller Ansetz-Aufnehmer / Clip-on-Extensometer bieten eine wirtschaftliche Lösung für definierte Messlängen von beispielsweise 50 oder 75 mm und eignen sich für viele steife Kunststoffe. Das manuelle Ansetzen und ein möglicher Einfluss auf weiche Werkstoffe sind jedoch zur berücksichtigen.
- Fühleraufnehmer wie makroXtens setzt automatisch an und deckt einen größeren Dehnungsbereich ab. Die Dehnung wird auf beiden Probenseiten erfasst und gemittelt. Das System kann auch in Verbindung mit einer Temperierkammer eingesetzt werden. multiXtens eignet sich für besonders große Dehnungen. Die beiden Messarme können sich unabhängig voneinander bewegen und ermöglichen dadurch einen wesentlich größeren Messweg.
- Ein optischer Extensometer wie videoXtens misst optisch und berührungslos und erfüllt die anspruchsvollen Anforderungen der ISO 527-1 an die Modulmessung. Bei geeigneten, nicht transparenten Proben kann die natürliche Oberflächenstruktur zur Dehnungsmessung verwendet werden, sodass keine zusätzlichen Messmarken erforderlich sind. Die hohe Genauigkeit, die Eignung für große Dehnungen, automatisierte Prüfabläufe und Verwendung in einer Temperierkammer sowie die optionale 2D-DIC machen videoXtens für viele Anwendungen nach ISO 527 zur bevorzugten Lösung.
ISO 527 Zugversuch bei niedrigen oder erhöhten Temperaturen
Mechanische Eigenschaften von Kunststoffen sind temperaturabhängig. Deshalb können Zugversuche nach ISO 527-1/-2 neben dem Normklima auch bei niedrigen oder erhöhten Temperaturen durchgeführt werden. Für die Vergleichbarkeit der Ergebnisse ist entscheidend, dass die für die jeweilige Prüfung festgelegten Umgebungsbedingungen reproduzierbar eingehalten werden.
Mit der ZwickRoell Temperierkammer steht ein Temperaturbereich von -80°C bis +360°C zur Verfügung. Das voll integrierte System sorgt für eine effiziente, zuverlässige und einfache Bedienung. 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.
Automatisierung von Prüfungen nach ISO-527-1/-2
Je höher die Probenzahl, desto stärker wirken sich wiederkehrende manuelle Schritte auf Effizienz und Prozesssicherheit aus. Bei ISO 527-1/-2 betrifft dies beispielsweise die Probenidentifikation, Dimensionsmessung, Einlegen, Einspannen, Starten, Entfernen und Datenübertragung. Automatisierte Prüfsysteme können diese Einflüsse reduzieren und den Prüfablauf standardisieren.
Für Zugversuche nach ISO 527-1/-2 kann sich eine automatisierte Lösung bereits ab 10 Proben pro Tag als lohnenswert erweisen. Unser Prüfsystem ALEX übernimmt einfache Pick-and-Place-Aufgaben und bietet kosteneffiziente Unterstützung im Prüflabor.
Für Labore mit hohen Prüfanforderungen empfehlen wir unser Roboter-Prüfsystem roboTest L. Unser Arbeitspferd für die Kunststoffprüfung in großen Mengen kann 450 Proben aufnehmen. Es führt die Probenquerschnittsmessung und Zugversuche nach ISO 527-1/-2 selbstständig durch. Nach der Prüfung entfernen separate Entsorgungs-Greifer die Probenreste aus den Probenhaltern.
Aber auch andere Probenformen oder andere Prüfverfahren sind für unsere automatisierten Prüfsysteme kein Problem. Die automatisierten Prüfsysteme roboTest N und roboTest R sind komplexer und ermöglichen den Anschluss einer zweiten oder dritten Prüfmaschine sowie zusätzlicher Geräte wie einer Zentrierstation oder einer Temperierkammer im Bereich von -80 °C bis +360 °C. Dies erhöht nicht nur den Probendurchsatz, sondern bietet Ihnen auch die Möglichkeit, verschiedene Prüfungen parallel durchzuführen – für schnelle und zuverlässige Prüfergebnisse.
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ISO 527-1/-2 mit Prüfsoftware testXpert sicher und effizient prüfen
Die Prüfsoftware testXpert unterstützt Labore dabei, Prüfungen nach ISO 527-1/-2 standardisiert, nachvollziehbar und mit reduziertem Bedienereinfluss durchzuführen:
- Hinterlegte Standard-Prüfvorschrift: Kennwerte und Parameter der ISO 527-1/-2 sind in der Standard-Prüfvorschrift hinterlegt. Das erleichtert die normorientierte Durchführung und reduziert den Aufwand für manuelle Parametrierung.
- Schritt-für-Schritt-Führung: Anwender werden durch den Prüfablauf geführt. Das unterstützt ein schnelles Onboarding und reduziert das Risiko, einzelne Prüfschritte zu vergessen.
- Benutzerverwaltung: Über die Benutzerverwaltung sehen Anwender nur die für sie relevanten Aufgaben und Funktionen. So lassen sich Bedienkonzepte standardisieren und Zugriffsrechte klar steuern.
- Anbindung von Peripheriegeräten: Probendimensionen können von Messgeräten direkt an testXpert übertragen werden. Das spart Zeit und verhindert Eingabefehler.
- Dokumentation von Prüfparametern: Prüfgeschwindigkeiten, Messdaten, Ergebnisse und Prüfbedingungen werden nachvollziehbar dokumentiert.
- Vergleichbarkeit über Prüfverfahren hinweg: Prüfdaten aus Zug-, Biege-, Schlag- oder Fließprüfungen können zentral verwaltet und ausgewertet werden, sofern die entsprechenden Anwendungen im Labor eingesetzt werden.
- Trendanalysen und Qualitätsüberwachung: Auswertungen und Trendanalysen unterstützen die frühzeitige Erkennung von Abweichungen in Qualitätssicherung und Serienprüfung.
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Typische Einsatzbereiche des Zugversuchs nach ISO 527-1/-2
Der Zugversuch nach ISO 527-1/-2 wird eingesetzt, um wesentliche mechanische Eigenschaften von Form- und Extrusionsmassen unter definierten Bedingungen zu bestimmen.
- Werkstoffvergleich und Materialauswahl: Zugmodul, Zugspannung, Streckpunkt und Bruchdehnung ermöglichen den Vergleich unterschiedlicher Formmassen, Compounds oder Rezepturen.
- Qualitätssicherung und Chargenvergleich: Wiederkehrende Zugversuche unter identischen Prüfbedingungen ermöglichen es, mechanische Kennwerte verschiedener Proben oder Chargen miteinander zu vergleichen. Entscheidend sind dabei reproduzierbare Bedingungen bei Probengeometrie, Konditionierung, Prüfgeschwindigkeit und Dehnungsmessung.
- Wareneingangskontrolle: Prüfungen an Granulaten, Halbzeugen oder entnommenen Proben stellen sicher, dass gelieferte Materialien die geforderten mechanischen Eigenschaften erfüllen.
- Prüfung bei begrenztem Probenmaterial: Neben den bevorzugten Probekörpern A1 und A2 sieht die aktuelle Norm kleinere Probengeometrien vor. Sie können eingesetzt werden, wenn nicht genügend Material für einen Probekörper in Vorzugsgröße zur Verfügung steht.
- Prüfung entnommener Bauteilproben: Kleinere Probengeometrien können eingesetzt werden, wenn aus einem Bauteil keine Probekörper in den bevorzugten Geometrien A1 oder A2 gewonnen werden können.
- Alterungs-, Medienlagerungs- und Bewitterungsprüfungen: ISO 527-1/-2 eignet sich, um Veränderungen der mechanischen Eigenschaften eines Polymers nach definierten Alterungsprozessen zu untersuchen. Dazu werden beispielsweise Kennwerte im Ausgangszustand mit den Ergebnissen nach Wärme- oder Medienlagerung beziehungsweise Bewitterung verglichen.
- Standortübergreifende Vergleichsprüfungen: Da ISO 527-1/-2 auf Vergleichbarkeit über Labore, Firmen und Ländergrenzen hinweg ausgerichtet ist, eignet sich die Norm besonders für global festgelegte Prüfprozesse.
Unser Experte
Häufig gestellte Fragen zur ISO 527
ISO 527-1/-2 beschreibt den Zugversuch an Form- und Extrusionsmassen aus Kunststoff mit einer Dicke von mehr als 1 mm. Dazu gehören insbesondere thermoplastische und härtbare Formmassen. Die Prüfung kann sowohl an spritzgegossenen als auch an gepressten oder mechanisch bearbeiteten Probekörpern durchgeführt werden.
Für andere Kunststoffformen beziehungsweise Werkstoffgruppen gelten weitere Teile der ISO-527-Normenreihe:
- Kunststofffolien und -tafeln unter 1 mm Dicke: ISO 527-3
- Faserverstärkte Kunststoff-Composites: ISO 527-4 und ISO 527-5
ISO 527-1 legt die allgemeinen Grundsätze für den Zugversuch an Kunststoffen fest. Welche Probekörpergeometrie verwendet wird, richtet sich nach dem jeweiligen Teil der ISO-527-Normenreihe und dem zu prüfenden Material.
Für Form- und Extrusionsmassen nach ISO 527-2 sind die bevorzugten Probekörper in der aktuellen Normfassung mit den Probekörpern der ISO 20753 harmonisiert.
Die ISO 527-2 definiert verschiedene Probekörpertypen für den Zugversuch an Form- und Extrusionsmassen. Als bevorzugte Probekörper gelten die Typen A1 und A2 (frühere Bezeichnung: Typ 1A und 1B). Für spezielle Anwendungsfälle stehen zudem verkleinerte oder alternative Probekörper zur Verfügung.
- A1-Probekörper (früher Typ 1A): Der bevorzugte Probekörper für spritzgegossene Kunststoffe. Er entspricht dem Mehrzweckprobekörper nach ISO 20753 und wird eingesetzt, wenn Ergebnisse zwischen Laboren, Standorten oder Unternehmen möglichst gut vergleichbar sein sollen. Die bevorzugte Messlänge beträgt 75 mm, alternativ können 50 mm für QS-Anwendungen verwendet werden.
- A2-Probekörper (früher Typ 1B): Wird typischerweise aus gepressten, gegossenen oder mechanisch bearbeiteten Platten hergestellt. Die Messlänge beträgt 50 mm. Da sich Herstellungsverfahren und Materialorientierung von spritzgegossenen Probekörpern unterscheiden können, sind Ergebnisse von A1- und A2-Probekörpern nicht direkt vergleichbar.
- A22- und A25-Probekörper: Verkleinerte Varianten der Standardprobekörper. Sie kommen zum Einsatz, wenn die verfügbare Materialmenge begrenzt ist oder nur kleine Bauteile zur Verfügung stehen.
- 5A- und 5B-Probekörper: Kleine Schulterstäbe für Anwendungen mit sehr begrenztem Probenmaterial. Diese Geometrien entsprechen den Typen 2 und 4 der ISO 37 für Elastomere. Ergebnisse dieser Probekörper sind nicht direkt mit Standardprobekörpern vergleichbar.
- 1BA- und 1BB-Probekörper: Proportional verkleinerte Varianten des Typs A2. Sie werden eingesetzt, wenn Standardprobekörper nicht hergestellt oder entnommen werden können. Für die Prüfung müssen die Prüfgeschwindigkeiten entsprechend angepasst werden.
- CP- und CW-Probekörper: Diese Probekörper werden häufig für Alterungs-, Bewitterungs- oder Medienlagerungsuntersuchungen eingesetzt. Insbesondere der Typ CW lässt sich aus dem Mittelteil eines A1- oder A2-Probekörpers herstellen und eignet sich daher für Vergleichsuntersuchungen nach Umwelteinflüssen.
Grundsätzlich empfiehlt die ISO 527-2 die Verwendung der Standardprobekörper A1 beziehungsweise A2, da diese die höchste Vergleichbarkeit der Prüfergebnisse gewährleisten. Verkleinerte Probekörper sollten nur eingesetzt werden, wenn die Standardgeometrien nicht verfügbar oder technisch nicht umsetzbar sind.
Die Probenkonditionierung ist entscheidend für vergleichbare und reproduzierbare Prüfergebnisse nach ISO 527-1/-2. Kunststoffe reagieren auf Temperatur- und Feuchtigkeitseinflüsse, wodurch sich Kennwerte wie Zugmodul, Streckspannung, Zugfestigkeit und Dehnung verändern können.
Die Norm fordert deshalb, dass Probekörper einer Prüfreihe unter identischen Bedingungen vorbereitet, konditioniert und geprüft werden. Nur so ist sichergestellt, dass Unterschiede in den Ergebnissen tatsächlich auf den Werkstoff und nicht auf unterschiedliche Umgebungsbedingungen zurückzuführen sind.
Für aussagekräftige Materialvergleiche sollten daher Konditionierungs- und Prüfbedingungen immer einheitlich eingehalten und dokumentiert werden.
Für viele Prüfaufgaben nach ISO 527-1/-2 ist ein Ansetzaufnehmer eine wirtschaftliche und normgerechte Lösung. Die ZwickRoell Clip-on-Extensometer sind für Messlängen von 50 mm und 75 mm verfügbar und eignen sich insbesondere für Routineprüfungen sowie für die Bestimmung von Zugmodul und Spannungskennwerten.
Ansetzaufnehmer eignen sich besonders für:
- Anwendungen in der Qualitätskontrolle
- Steife und mittelsteife Thermoplaste
- Werkstoffe mit moderaten Dehnungen
- Standardmessungen von Zugmodul, Streckspannung und Zugfestigkeit
Bei hohen Dehnungen, wechselnden Materialklassen oder automatisierten Prüfabläufen bieten Fühlerarm-Extensometer sowie optische Systeme zusätzliche Vorteile. Diese Systeme ermöglichen eine automatische Dehnungsmessung über größere Messbereiche und erfüllen die hohen Anforderungen der ISO 527-1/-2 an die Modulbestimmung.
Die erforderliche Prüfmaschinenkapazität hängt vom zu prüfenden Werkstoff sowie von den zu erwartenden Prüflasten ab. Für Zugversuche nach ISO 527-1/-2 ist jedoch nicht allein die maximale Prüfkraft entscheidend. Ebenso wichtig sind die Messgenauigkeit und der Kraftbereich, über den diese Genauigkeit erreicht wird. Die ISO 527 fordert für die Kraftmessung die Einhaltung der Anforderungen nach ISO 7500-1, üblicherweise mit einer Genauigkeit von ±1 % des Messwerts (Klasse 1).
Für die meisten Anwendungen nach ISO 527-1/-2 gilt:
- Systeme von 1 kN bis 5 kN eignen sich für Werkstoffe mit geringerer Festigkeit und kleine Probekörper.
- 10-kN-Systeme werden häufig für die Routineprüfung von Kunststoffen eingesetzt.
- Höhere Kapazitäten können für hochverstärkte Werkstoffe oder ungewöhnlich große Querschnitte erforderlich sein.
Der wichtigste Aspekt ist nicht allein die maximale Kraft, sondern die Auswahl einer Prüfmaschine und eines Kraftaufnehmers, die über den erwarteten Kraftbereich hinweg eine ausreichende Messauflösung und Genauigkeit bieten. Ein passend dimensionierter Kraftaufnehmer verbessert die Messqualität, insbesondere bei der Modulbestimmung und bei der Prüfung von Werkstoffen mit geringerer Festigkeit.
ASTM D638 und ISO 527 gehören zu den weltweit am häufigsten eingesetzten Normen für Zugversuche an Kunststoffen. Beide Normen dienen der Bestimmung mechanischer Kennwerte wie Zugmodul, Streckspannung, Zugfestigkeit und Dehnung. Die Prüfergebnisse sind jedoch nicht direkt vergleichbar, da sich Prüfverfahren und Auswertung in mehreren Punkten unterscheiden.
Die wichtigsten Unterschiede sind:
- Probekörpergeometrien und Messlängen: ASTM D638 verwendet fünf standardisierte Probekörpertypen, wobei Typ I der bevorzugte Probekörper für steife Kunststoffe ist. Die ISO 527 empfiehlt für vergleichbare Ergebnisse primär die Probekörpertypen A1 (spritzgegossen) und A2 (mechanisch bearbeitet). Für A1 ist eine Messlänge von 75 mm bevorzugt, während für A2 eine Messlänge von 50 mm verwendet wird. Zusätzlich definiert die ISO weitere verkleinerte oder anwendungsspezifische Probekörper.
- Anforderungen an die Dehnungsmessung
- Definition der Prüfgeschwindigkeit
- Ergebnisbestimmung: Die Normen unterscheiden sich bei der Ermittlung einzelner Kennwerte sowie bei der Auswertung von Dehnungen nach dem Streckpunkt. Dadurch können gleiche Werkstoffe nach ASTM D638 und ISO 527 unterschiedliche Ergebnisse liefern.
ASTM D638 wird überwiegend in Nordamerika eingesetzt, während ISO 527 international häufiger spezifiziert wird. Unternehmen mit globalen Märkten halten daher häufig Prüfkapazitäten für beide Normen vor. Ergebnisse nach ASTM D638 und ISO 527 sollten nur dann miteinander verglichen werden, wenn die methodischen Unterschiede berücksichtigt werden.
Für Kunststofffolien und Tafeln mit einer Dicke unter 1 mm wird die ISO 527-3 verwendet. Dieser Teil der ISO-527-Normenfamilie berücksichtigt die besonderen Anforderungen an dünne Folien und Tafelmaterialien und definiert dafür geeignete Probekörper sowie angepasste Prüfbedingungen.
Alternativ wird insbesondere im nordamerikanischen Umfeld häufig die ASTM D882 für Zugversuche an Folien eingesetzt. Die Ergebnisse nach ASTM D882 und ISO 527-3 sind aufgrund unterschiedlicher Prüfbedingungen und Auswerteverfahren jedoch nicht direkt vergleichbar.
Für Polymermatrix-Verbundwerkstoffe enthält die ISO-527-Normenfamilie eigene Normteile. Während ISO 527-2 die Prüfbedingungen für Form- und Extrusionsmassen beschreibt, regeln ISO 527-4 die Prüfung isotroper und orthotroper faserverstärkter Kunststoffe sowie ISO 527-5 die Prüfung unidirektional faserverstärkter Kunststoffe.
Langfaserverstärkte Werkstoffe wie CFK oder GFK weisen je nach Faserorientierung, Laminataufbau und Herstellungsverfahren unterschiedliche mechanische Eigenschaften auf. Deshalb werden für diese Materialien spezielle Probekörpergeometrien und Prüfbedingungen verwendet, die in den entsprechenden Teilen der ISO-527-Familie definiert sind.
Im nordamerikanischen Raum wird für Zugversuche an Verbundwerkstoffen häufig auch ASTM D3039 eingesetzt. Ergebnisse nach ASTM D3039 und ISO 527-4/-5 sind aufgrund unterschiedlicher Prüfbedingungen jedoch nicht direkt vergleichbar.
Die Bestimmung des Zugmoduls gehört zu den anspruchsvollsten Teilen des Zugversuchs nach ISO 527-1/-2. Der Zugmodul wird im linearen Bereich der Spannungs-Dehnungs-Kurve zwischen 0,05 % und 0,25 % Dehnung ermittelt. Die Norm bevorzugt dabei die Berechnung über eine Regressionsgerade, da diese statistisch belastbarere Ergebnisse liefert als die Auswertung über zwei einzelne Messpunkte.
Für die Modulmessung schreibt die ISO 527-2 bei den bevorzugten Probekörpertypen A1 und A2 eine Prüfgeschwindigkeit von 1 mm/min vor, was einer Dehnrate von etwa 1 % pro Minute entspricht.
Besonders wichtig ist die Genauigkeit der Dehnungsmessung. Da sich die Messung bei einer Messlänge von 75 mm nur über eine Längenänderung von etwa 150 µm beziehungsweise bei 50 mm Messlänge über etwa 100 µm erstreckt, stellt die ISO 527-1/-2 zusätzliche Anforderungen an das Extensometer. Für die Modulbestimmung muss die Längenänderung mit einer Genauigkeit von ±1 % beziehungsweise ±1 µm bis ±1,5 µm erfasst werden.
Die Zugfestigkeit ist die höchste Zugspannung, die ein Probekörper während des Zugversuchs nach ISO 527 erreicht. Sie wird aus der maximal gemessenen Kraft bezogen auf den ursprünglichen Probenquerschnitt berechnet.
Bei vielen Thermoplasten tritt die maximale Spannung am Streckpunkt auf. In diesem Fall entspricht die Zugfestigkeit der Spannung bei Streckung. Bei anderen Werkstoffen wird die höchste Spannung erst kurz vor dem Bruch erreicht. Die Zugfestigkeit wird dann als maximale Spannung vor dem Versagen des Probekörpers bestimmt.
Die Poissonsche Zahl wird üblicherweise im Rahmen eines Zugversuchs nach ISO 527 bestimmt. Hierbei werden die Längsdehnung und die Querdehnung des Probekörpers gleichzeitig gemessen und zueinander ins Verhältnis gesetzt. Die Poissonsche Zahl kann dabei zusätzlich zu Kennwerten wie Zugmodul, Zugfestigkeit und Streckspannung ermittelt werden.
Die Breite und Dicke des Probekörpers müssen vor der Prüfung präzise bestimmt werden, da alle spannungsbezogenen Kennwerte wie Zugmodul, Zugspannung und Streckspannung auf dem ursprünglichen Probenquerschnitt basieren.
Besondere Aufmerksamkeit gilt der Dickenmessung bei spritzgegossenen Probekörpern, da Einfallstellen (Sink Marks) zu Messfehlern führen können. Bereits eine Abweichung von 0,1 mm bei einer Probendicke von 4 mm kann einen Fehler von rund 2,5 % verursachen. Daher empfiehlt die ISO 527-1/-2 die Dickenmessung mit einem Mikrometer.
Auch die Probenbreite sollte an den in der Norm festgelegten Positionen gemessen werden, um den Einfluss von Entformungsschrägen zu minimieren und repräsentative Querschnittswerte zu erhalten.
Die Dehnungsmessung zählt zu den kritischsten Einflussgrößen bei der Prüfung nach ISO 527-1/-2. Insbesondere für die Bestimmung des Zugmoduls muss die Dehnung im Bereich von 0,05 % bis 0,25 % mit sehr hoher Genauigkeit erfasst werden.
Da die gemessenen Längenänderungen in diesem Bereich nur etwa 100 bis 150 µm betragen, ergänzt die ISO 527-1/-2 die allgemeinen Anforderungen an Extensometer durch zusätzliche Vorgaben für die Modulbestimmung. Eine unzureichende Genauigkeit der Dehnungsmessung kann das Modulergebnis deutlich beeinflussen.
Für die Prüfung nach ISO 527-1/-2 kommen daher nur Dehnungsmesssysteme infrage, die die geforderte Messgenauigkeit erfüllen, beispielsweise Ansetzaufnehmer, Fühlerarm-Extensometer oder optische Messsysteme.
Webinar: Zugversuch an Kunststoffen nach ISO 527: Tipps und Tricks für effiziente Prüfungen
In diesem Webinar lernen Sie die wesentlichen Anforderungen der ISO 527 für die Zugprüfung von Kunststoffen kennen und erhalten anhand praxisnaher Beispiele konkrete Empfehlungen zur Vermeidung typischer Fehlerquellen sowie zur effizienten und normgerechten Durchführung von Prüfungen.
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Downloads zur ISO 527-1/-2
- Branchenbroschüre: Kunststoff & Gummi PDF 9 MB
- Produktinformation: CMU 30 und CMU 80 PDF 718 KB
- Produktinformation: zwickiLine bis Fmax 5 kN PDF 820 KB
- Produktinformation: ProLine, Fmax 5-100 kN PDF 1 MB
- Produktinformation: AllroundLine, Fmax 5-100 kN PDF 1 MB
- Produktinformation: Pneumatik-Probenhalter, Fmax 10 kN / 20 kN PDF 2 MB
- Produktinformation: Schraub-Probenhalter, Fmax 5 kN / 10 kN PDF 485 KB
- Produktinformation: Keil-Probenhalter, Fmax 10 kN / 20 kN PDF 713 KB
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