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ISO 527-1 & ISO 527-2: Zugversuch Kunststoff

Die Normen ISO 527-1 (allgemeine Grunds├Ątze) und ISO 527-2 (Pr├╝fbedingungen f├╝r Form- und Extrusionsmassen) beschreiben den Zugversuch an Kunststoffen. Der Leitgedanke der ISO 527 ist die hohe Vergleichbarkeit von Pr├╝fergebnissen ├╝ber Labore, Firmen und L├Ąndergrenzen hinweg. 

Eine weitere Beschreibung des Zugversuchs an Kunststoffen finden Sie in der Norm ASTM D 638.

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  • Branchenbrosch├╝re: Kunststoff & Gummi PDF 9 MB

Ziel des Zugversuchs nach ISO 527

Im Zugversuch werden wesentliche mechanische Eigenschaften einer Formmasse ermittelt. Diese Kennwerte werden in der Regel f├╝r Vergleichszwecke eingesetzt.

Die charakteristischen Kennwerte sind:

  • Zugspannung: Kraft bezogen auf den Anfangsquerschnitt des Probek├Ârpers
  • Dehnung: ├änderung der Messl├Ąnge bezogen auf die Anfangsmessl├Ąnge
  • 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 Verh├Ąltnis von Querdehnung zur L├Ąngsdehnung

Sowohl die ISO 527-1/-2 als auch die ASTM D 638 legen Pr├╝fmethoden f├╝r den Zugversuch fest. Beide Normen sind technisch ├Ąquivalent, liefern aber nicht v├Âllig vergleichbare Ergebnisse, da die Probenformen, die Pr├╝fgeschwindigkeiten und die Art der Ergebnisbestimmung sich in einigen Punkten unterscheiden.

Im standardisierten Zugversuch werden Pr├╝fergebnisse in Bezug auf eine definierte Abzuggeschwindigkeit am Probek├Ârper dargestellt. Im praktischen Einsatz eines Bauteils oder einer Struktur k├Ânnen die auftretenden Beanspruchungen jedoch in einem sehr breiten Bereich der Verformungsgeschwindigkeit liegen. Aufgrund der viskoelastischen Eigenschaft der Polymere ergeben sich unter ver├Ąnderten Dehngeschwindigkeiten normalerweise andere mechanische Eigenschaften als an einem standardisierten Probek├Ârper gemessen wurden. Aus diesem Grund eignen sich die im Zugversuch ermittelten Kennwerte nur begrenzt zur Bauteilauslegung, stellen aber eine sehr zuverl├Ąssige Basis f├╝r einen Werkstoffvergleich dar.

Alterungspr├╝fungen

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

Anforderungen an Umgebung und Pr├╝fmittel beim Zugversuch ISO 527

Definition der zu verwendenden Probek├Ârper in Form und Abmessung nach ISO

Probenformen f├╝r die Formmassenpr├╝fung

Eine hohe Vergleichspr├Ązision ist die herausragende Zielsetzung bei der Pr├╝fung von Formmassen. Dies erfordert eine Begrenzung der Probek├Ârperarten.

  • ├ťblich ist die Herstellung der Probek├Ârper durch Spritzgie├čen. Hierzu wird der in der ISO 527-2 definierte Probek├Ârper vom Typ 1A verwendet, der in der ISO 3167 als Probek├Ârper Typ A zus├Ątzlich auf eine festgelegte Dicke von 4 mm eingegrenzt ist. Dieser Probek├Ârper wird zudem in der ISO 20753 als Probek├Ârper A1 gef├╝hrt.
  • Der spritzgegossene Probek├Ârper weist eine mit zunehmender Entfernung vom Anspritzpunkt abnehmende Orientierung auf, die zu einem nicht konstanten Verlauf der mechanischen Eigenschaften ├╝ber die L├Ąnge des Probek├Ârpers und damit h├Ąufig zu einem Probenbruch auf der angussfernen Seite f├╝hrt.
  • Die Messl├Ąnge des Probek├Ârpers betr├Ągt vorzugsweise 75 mm, alternativ 50 mm.
  • Alternativ ist die Verwendung des Probek├Ârpers vom Typ 1B erlaubt, der in der ISO 3167 mit Typ B und in der ISO 20753 mit Typ A2 bezeichnet ist.
  • Dieser Probek├Ârper wird in der Regel aus gepressten oder spritzgegossenen Platten herausgefr├Ąst. Die Orientierungen des Polymers unterscheiden sich damit normalerweise deutlich von denen im spritzgegossenen Probek├Ârper. Eine Vergleichbarkeit von Ergebnissen, die mit verschiedenen Probenformen ermittelt wurden, ist nicht sichergestellt.
  • Die Messl├Ąnge ist beim Probek├Ârper Typ 1B aufgrund des gr├Â├čeren Radius und des damit k├╝rzeren parallelen Bereichs auf 50 mm festgelegt.

Probek├Ârper Alterungspr├╝fungen, Medienlagerung, Bewitterungspr├╝fung

  • Bei allen Alterungsvorg├Ąngen, die von der Oberfl├Ąche des Probek├Ârpers her ablaufen, ist ein geringer Querschnitt vorteilhaft.
  • Oft wird zur Beurteilung dieses Verhaltens nur die H├Âchstzugspannung herangezogen. Entsprechend ist der Einsatz von L├Ąngen├Ąnderungsaufnehmer nicht erforderlich, und es k├Ânnen d├╝nne, taillierte Probek├Ârper verwendet werden.
  • Die ISO 527 bietet zu diesem Zweck die Typen CP und CW an, die aus der Schlagzugnorm ISO 8256 entlehnt sind.

Definierte Konditionierungs- und Umgebungsbedingungen

  • Das Einhalten definierter Konditionierungs- und Umgebungsbedingungen in Bezug auf Temperatur und Luftfeuchtigkeit ist von gro├čer Bedeutung f├╝r die Vergleichbarkeit der Pr├╝fergebnisse.
  • Die Festlegungen f├╝r die Konditionierdauer finden sich ├╝blicherweise in den Werkstoffnormen des zu pr├╝fenden Kunststoffs. Dar├╝ber hinaus m├╝ssen die Probek├Ârper im Rahmen der Formmassepr├╝fung  mindestens f├╝r 16 Stunden im Normklima gelagert werden. 
  • Werden Pr├╝fungen im Normklima durchgef├╝hrt, so ist damit ein bestimmtes Normalklima gemeint, das in ISO 291 bzw. in ASTM D 618 festgelegt ist. 
    Gem├Ą├čigtes 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 ├╝blicherweise ein etwas breiterer Temperaturbereich bezeichnet, der zwischen 18 ┬░C und 28 ┬░C liegen kann.
  • Daneben sind Pr├╝fungen bei hohen oder niedrigen Temperaturen m├Âglich, f├╝r die abweichende Anforderungen festgelegt sein k├Ânnen.

Exakte Bestimmung der Dimensionen des Probek├Ârpers

  • Die Bestimmung der Probek├Ârperabmessungen kann einen relativ hohen Fehlerbeitrag in Bezug auf die zu ermittelnden Spannungswerte liefern. Bei Zugbeanspruchungen geht der Messfehler linear in das Spannungsergebnis ein. Bei allen Biegebeanspruchungen wirkt sich der Messfehler der Probendicke sogar quadratisch aus. 
  • Neben der Ablesegenauigkeit des verwendeten Messmittels spielen Gr├Â├če und Form des verwendeten Kontaktelements sowie die beim Messen aufgebrachte Fl├Ąchenpressung eine wesentliche Rolle.
  • Dar├╝ber hinaus weicht der Querschnitt des Probek├Ârpers oft von einer idealen Rechteckform ab. Dies k├Ânnen Winkelfehler aus der mechanischen Bearbeitung sein oder Einfallstellen und leichte Entformungsschr├Ągen bei den spritzgegossenen Probek├Ârpern.
  • Viele Pr├╝fnormen verweisen auf ISO 16012 bzw. auf ASTM D 5947, um die Anforderungen und Methodik der Dimensionsmessung festzulegen. Teilweise enthalten die einzelnen Pr├╝fnormen noch zus├Ątzliche Festlegungen.
  • F├╝r Abmessungen gr├Â├čer 10 mm bei festen Kunststoffen, also zum Beispiel die Messung der Gesamtl├Ąnge, wird ├╝blicherweise ein Messschieber verwendet. Aufgrund der nicht kontrollierbaren Fl├Ąchenpressung w├Ąhrend des Messvorgangs ist die Messgenauigkeit selbst bei hoher Aufl├Âsung des Messschiebers eher gering.
  • Die Dicke und Breite der Probek├Ârper wird ├╝blicherweise mit einer Mikrometerschraube mit Ratsche bestimmt. Die Kontaktfl├Ąche ist dabei kreisf├Ârmig-flach mit einem Durchmesser von 6,35 mm. Die Ratsche begrenzt die Messkraft auf einen Bereich zwischen 5 N und 15 N.
  • Bei automatisierten Anlagen werden Dicke und Breite mit einem Querschnittsmessger├Ąt bestimmt. Diese Ger├Ąte halten den Probek├Ârper w├Ąhrend der Messung in Position und bestimmen die Abmessungen mit vier digitalen Messtastern, einer definierten Messkraft und geeigneten Tastf├╝├čen.
  • Bei weichen Kunststoffen sowie bei Folien ist eine genauere Einhaltung der Messkraft erforderlich. Zu diesem Zweck werden digitale Dickenmessger├Ąte mit Totgewichtauflage verwendet.

Anforderungen an die Pr├╝fmaschine

Die zwei wesentlichen Messgr├Â├čen einer Pr├╝fmaschine sind Kraft- und L├Ąngen├Ąnderung. Im Rahmen einer periodischen Kalibrierung gegen├╝ber einem auf ein nationales Normal r├╝ckf├╝hrbares Messmittel wird der Nachweis erbracht, dass diese Messgr├Â├čen ├╝ber festgelegte Bereiche eine in den Pr├╝fnormen festgelegte Genauigkeit erreichen. 

Kraftmessung (ISO 7500-1, ASTM E4)

Die meisten Pr├╝fnormen fordern eine Messgenauigkeit von 1% bezogen auf den jeweiligen Messwert. Diese Forderung wird im ISO-Umfeld mit ÔÇ×Klasse 1ÔÇť bezeichnet. Nahezu alle modernen Pr├╝fmaschinen erreichen heute diese Klasse 1 oder sogar Klasse 0,5 deren Toleranzen halbiert sind. Ausschlaggebend ist daher der Messbereich, ├╝ber den eine Pr├╝fmaschine die angegebene Klassengenauigkeit erzielt. Verschiedene ZwickRoell Pr├╝fmaschinen erreichen die Klasse 1 bereits ab 1/1000 ihres Messbereichs. So k├Ânnen Modulwerte und Zugspannungen vieler Werkstoffe mit dem gleichen Pr├╝faufbau ohne Umbau gemessen werden.

L├Ąngen├Ąnderungsmessung (ISO 9513, ASTM E83)

Die Klassenangaben zur L├Ąngen├Ąnderungsmessung enthalten neben einem definierten relativen (prozentualen) Fehler zus├Ątzlich eine Angabe f├╝r einen absoluten Fehler, der bei der Messung kleiner L├Ąngen├Ąnderungen zum Tragen kommt.
Hier unterscheiden sich ISO und ASTM deutlich.

  • W├Ąhrend sich in der ISO die Toleranzen auf die L├Ąngen├Ąnderung beziehen, wird in der ASTM direkt auf die Dehnung Bezug genommen.
  • Weiterhin werden in der ISO die Anforderungen im Bereich kleiner Dehnungen deutlich enger gefasst als in den entsprechenden Klassen der ASTM.
  • So ergeben sich je nach verwendeter Messl├Ąnge zum Teil sehr deutliche definitionsgem├Ą├če Unterschiede, insbesondere bei der Messung kleiner L├Ąngen├Ąnderungen.

Besonderheiten bei der Messung eines Zugmoduls

  • Wie aus der obenstehenden Tabelle ersichtlich ist, liegen die Genauigkeitsanforderungen f├╝r den Dehnungsbereich des Zugmoduls in der ISO-Klasse 1 bei ┬▒ 3 ┬Ám. Dies bedeutet, dass zwischen den Messungen bei Beginn und bei Ende des Modulbereichs eine Abweichung von bis zu 6 ┬Ám vorliegen kann. Dies w├╝rde zu einem entsprechend gro├čen Messfehler f├╝hren.
  • Um dieses Problem zu l├Âsen, wurde in der ISO 527-1 eine Zusatzanforderung f├╝r die Messung des Zugmoduls eingef├╝hrt. Diese Zusatzanforderung legt fest, dass die Messstrecke zwischen Beginn und Ende der Modulbestimmung mit einer Genauigkeit von 1% zu messen ist.

Zugversuch nach ISO 527-1 / ASTM D638 mit Temperierkammer -80┬░C bis +250┬░C

Kunststoffpr├╝fung bei -80 ┬░C bis +250 ┬░C in der Temperierkammer

Material- und Bauteilpr├╝fung unter Temperatur (insbes. ISO 527-1, ASTM D 638) an Kunststoffen, Gummi, Elastomeren und Faserverbundstoffen mit L├Ąngen├Ąnderungsaufnehmer makroXtens.

testXpert III - Zugversuch an Kunststoff nach ISO 527-1 (ASTM D638)

Die Pr├╝fsoftware testXpert III ist die perfekte L├Âsung f├╝r jede Pr├╝fanforderung. Die Software ist das Ergebnis einer engen Zusammenarbeit mit Softwareanwendern aus der Materialpr├╝fungsbranche und beinhaltet viele Funktionen, die Sie in Ihrem Tagesgesch├Ąft perfekt unterst├╝tzen. Sowohl die ISO 527-1/-2 als auch die ASTM D638 legen Pr├╝fmethoden f├╝r den Zugversuch fest. Beide Normen sind technisch ├Ąquivalent, liefern aber nicht v├Âllig vergleichbare Ergebnisse, da die Probenformen, die Pr├╝fgeschwindigkeiten und die Art der Ergebnisbestimmung sich in einigen Punkten unterscheiden. Mit testXpert III bietet ZwickRoell eine vorbereitete Standardpr├╝fvorschrift, das garantiert die Anforderungen von ISO 527-1 und ASTM D638 erf├╝llt. Alle Einstellungen zur Versuchsdurchf├╝hrung nach ISO 527 sind bereits voreingestellt. Viele weitere Details sind ebenfalls in testXpert vorhanden.

Zugversuch im Vergleich zu anderen Pr├╝fmethoden

Zugversuch im Vergleich zu anderen Pr├╝fmethoden

Biegeversuch (ISO 178, ASTM D 790)
Creep / Zeitstandversuch unter Zugbeanspruchung (ISO 899-1)
Schlagzugversuch (ISO 8256, ASTM D 1822)
Schnellzerrei├čversuch (ISO 18872)
Biegeversuch (ISO 178, ASTM D 790)

Biegeversuch (ISO 178, ASTM D 790)

  • Der Biegeversuch verl├Ąuft unter ├Ąhnlichen Beanspruchungsgeschwindigkeiten wie der Zugversuch und liefert deshalb ├Ąhnliche Werkstoffeigenschaften.
  • Ein gro├čer Vorteil des Biegeversuchs ist die relativ einfache Messung kleiner Probendehnungen. Aus diesem Grund wurde der Biegeversuch lange Zeit f├╝r die Modulmessung bevorzugt verwendet.
  • Mit der Verf├╝gbarkeit hoch genauer und einfach zu verwendender L├Ąngen├Ąnderungsaufnehmer tritt dieser Vorteil jedoch immer mehr in den Hintergrund.
  • Methodenbedingt charakterisiert der Biegeversuch st├Ąrker den Werkstoffzustand an der Oberfl├Ąche des Probek├Ârpers. Bei Vorliegen starker Orientierungen im Werkstoff ergeben sich dadurch Messwertunterschiede im Vergleich zum Zugversuch.
  • Die in den Normen angewandten Berechnungsverfahren unterliegen einem mit zunehmender Durchbiegung des Probek├Ârpers wachsenden Messfehler. Aus diesem Grund ist der Biegeversuch, anders als der Zugversuch, nur f├╝r kleine Probendehnungen einsetzbar.
Mehr zum Biegeversuch ISO 178
Creep / Zeitstandversuch unter Zugbeanspruchung (ISO 899-1)

Creep / Zeitstandversuch unter Zugbeanspruchung (ISO 899-1)

Der Zeitstandversuch stellt eine Zugbeanspruchung unter konstanter Last dar. Die Beanspruchungsgeschwindigkeit liegt damit quasi bei Null. Die Ver├Ąnderung der Dehnung wird als Kriechkurve dargestellt.

Mehr zum Zeitstandversuch ISO 899-1
Schlagzugversuch (ISO 8256, ASTM D 1822)

Schlagzugversuch (ISO 8256, ASTM D 1822)

  • Dieser Versuch bietet ein einfaches Verfahren zur Bestimmung einer Zugeigenschaft unter hoher Beanspruchungsgeschwindigkeit mit einem Pendelschlagwerk.
  • Im konventionellen Pendelschlagwerk k├Ânnen allerdings nur Energiewerte bestimmt werden, die Abzuggeschwindigkeiten sind in der Regel auf ca. 3,8 m/s begrenzt. Ein instrumentiertes Pendelschlagwerk erlaubt die Bestimmung weiterer Kennwerte, wie die H├Âchstzugkraft.
Weitere Information Schlagpr├╝fung
Schnellzerrei├čversuch (ISO 18872)

Schnellzerrei├čversuch (ISO 18872)

Der Schnellzerrei├čversuch kann mit Fallwerken oder mit hydraulischen Schnellzerrei├čmaschinen durchgef├╝hrt werden. Dabei werden Abzuggeschwindigkeiten von bis zu 20 m/s erreicht. Weiterhin ist der Einsatz von direkter L├Ąngen├Ąnderungsmessung am Probek├Ârper m├Âglich, was die Erzeugung von aussagekr├Ąftigen Spannungs-Dehnungs-Diagrammen erlaubt. Der Schnellzerrei├čversuch liefert wertvolle Parameter f├╝r die Crash-Simulation.

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