ISO 527-4 | ISO 527-5 Pengujian Tarik Komposit yang Diperkuat Serat
Uji tarik menurut ISO 527-4 dan ISO 527-5 digunakan untuk menentukan modulus tarik dan nilai karakteristik elastisitas rasio Poisson, serta kekuatan tarik dalam arah material utama plastik yang diperkuat serat. ISO 527-4 menjelaskan kondisi pengujian untuk plastik yang diperkuat serat isotropik dan anisotropik. Ini termasuk material komposit dengan penguat non-transparan, seperti tikar, anyaman atau serat potong, serta laminasi multi-arah yang terbuat dari lapisan-lapisan individual yang searah. ISO 527-5 menjelaskan kondisi pengujian untuk plastik yang diperkuat serat searah (UD). Kedua standar tersebut mengacu pada ISO 527-1 untuk prinsip-prinsip umum penentuan sifat tarik.
Standar lain yang sering digunakan untuk pengujian tarik pada material komposit serat panjang atau kontinu adalah ASTM D3039, yang mencakup kondisi pengujian untuk bahan komposit serat isotropik dan anisotropik, serta untuk bahan komposit serat unidireksional.
Tujuan dan nilai karakteristik Video Menjalankan pengujian dan alat uji Kondisi pengujian Spesimen & dimensi Otomatisasi Informasi tambahan Unduhan
Tujuan pengujian dan nilai karakteristik untuk ISO 527-4 dan ISO 527-5
Uji tarik untuk plastik yang diperkuat serat dilakukan untuk menentukan sifat tarik dalam proses pengembangan dan kualifikasi material, untuk menentukan nilai karakteristik yang akan digunakan untuk tata letak dan desain struktur komposit, serta dalam jaminan kualitas. Terlepas dari jenis tulangan serat, hasil karakteristik dan nilai karakteristik berikut ini ditentukan dalam ISO 527-4 dan ISO 527-5:
- Tegangan tarik: gaya yang berhubungan dengan penampang awal spesimen
- Regangan aksial: perubahan panjang pengukur dengan mengacu pada panjang pengukur awal dalam arah beban
- Regangan transversal: perubahan panjang pengukuran (gage length) relatif terhadap panjang pengukuran awal pada arah transversal (hanya diperlukan untuk penentuan rasio Poisson).
- Modulus tarik: kemiringan kurva tegangan-strain dalam interval regangan tertentu dalam rentang elastis. Disebut juga modulus elastisitas atau modulus Young
- Kekuatan tarik: nilai maksimum tegangan tarik yang ditentukan dalam uji tarik
- strain saat putus: regangan aksial saat kekuatan tarik tercapai
- Rasio Poisson: rasio negatif regangan transversal terhadap regangan aksial
ISO 527-4, ISO 527-5, serta ASTM D3039 menetapkan kondisi pengujian untuk pengujian tarik plastik yang diperkuat serat. Terlepas dari kesamaan dalam metode pengujian, nilai karakteristik yang ditentukan tidak sepenuhnya dapat dibandingkan, karena bentuk spesimen dan dimensi spesimen serta penentuan nilai karakteristik berbeda dalam beberapa aspek (misalnya, interval strain untuk modulus tarik).
Pengujian yang andal untuk ISO 527-4 dan 527-5 dengan software pengujian testXpert
testXpert mendukung pengujian yang efisien dan hasil pengujian yang andal untuk ISO 527-4 dan ISO 527-5:
- Eliminasi kebutuhan untuk mempelajari standar: kepatuhan standar dijamin melalui program uji standar - semua nilai karakteristik dan parameter yang ditentukan oleh ISO 527-4 dan ISO 527-5 telah dikonfigurasi sebelumnya.
- Efisiensi pengujian maksimum dicapai melalui koneksi perangkat periferal: ketika dimensi spesimen dari mikrometer dikirim langsung ke software pengujian, Anda menghemat waktu dan menghindari kesalahan input.
- Selain itu, verifikasi dan mengontrol suhu di dalam ruang melalui software. Atur suhu landai dan lihat nilai yang telah dipertahankan secara retrospektif, dengan penelusuran.
Genggaman spesimen dan perlengkapan penyelarasan untuk hasil pengujian yang andal terhadap ISO 527-4 dan ISO 527-5
Untuk melakukan uji tarik sesuai dengan ISO 527-4 dan ISO 527-5, spesimen tarik yang sesuai dipasang pada grip spesimen pada mesin uji statis. Direkomendasikan untuk secara teratur memeriksa keselarasan spesimen grips menurut ISO 23788 atau ASTM E1012. Bagi laboratorium pengujian yang terakreditasi Nadcap di industri dirgantara, verifikasi kesesuaian adalah wajib. Body-over-wedge mekanis atau grips bodi-over-wedge hidrolik cocok untuk kebutuhan ini. Jika bukti penyelarasan tidak diperlukan, dapat diselaraskan secara bersyarat grips sekrup wedge juga bisa digunakan.
Mesin uji tarik untuk ISO 527-4 dan ISO 527-5
Untuk uji tarik sesuai dengan ISO 527-4 dan ISO 527-5 dengan spesimen standar dan untuk plastik fiber-reinforced, penggunaan mesin uji 100 kN sering kali sudah cukup. Dengan konfigurassi mesin 100 kN yang ditunjukkan di sebelah kanan, penggunaan grip body-over-wedge mekanis memudahkan untuk beralih di antara pengaturan pengujian dan perlengkapan pengujian yang berbeda. Karena grip spesimen mudah dilepas, seluruh area kerja mesin uji juga dapat digunakan untuk pengujian non-standar. Kaki penyangga memungkinkan penyesuaian ketinggian area kerja secara individual dan ergonomis.
Jika pengujian dilakukan secara eksklusif pada plastik yang diperkuat serat gelas (GFRP), mesin statis dengan gaya maksimum 50 kN biasanya sudah cukup.
Sistem pengujian modular untuk komposit
Laboratorium pengujian yang lebih besar dengan volume pengujian yang tinggi menggunakan mesin pengujian yang berbeda untuk metode pengujian komposit yang sangat beragam, dan dengan demikian dapat meminimalkan upaya konversi. Mesin pengujian individual dapat disesuaikan dengan rentang gaya yang diperlukan untuk berbagai jenis pengujian. Jika tingkat throughput tidak tinggi atau cukup konsisten sehingga investasi pada beberapa mesin pengujian masuk akal, opsi alternatifnya adalah melengkapi satu mesin pengujian sehingga Anda dapat melakukan metode pengujian sebanyak mungkin dengan upaya konversi mesin yang paling sedikit.
ZwickRoell mengembangkan desain modular, yang tersedia sebagai mesin pengujian 100 kN atau 250 kN yang mencakup 21 metode pengujian dan sekitar 120 standar pengujian (ISO, EN, ASTM, serta Airbus AITM dan Boeing BSS), dan yang memungkinkan karakterisasi komprehensif bahan komposit yang diperkuat serat pada suhu kamar atau untuk pengujian pada uhu rendah atau tinggi mulai dari -80 °C hingga +360 °C.
Ekstensometer untuk pengukuran regangan hingga ISO 527-4 dan ISO 527-5
Untuk penentuan yang benar dari nilai karakteristik elastis dan strain saat putus, perlu mengukur strain secara langsung pada spesimen. Untuk menentukan modulus Young dan regangan putus, pengukuran strain aksial sudah cukup. Untuk menentukan rasio Poisson sebagai tambahan, diperlukan sistem pengukuran strain biaksial, yang juga memungkinkan Anda mengukur strain melintang. Untuk pengukuran regangan, Anda dapat menggunakan pengukur strain, sistem pengukuran lengan sensor seperti ekstensometer clip-on (batasan: tidak sampai spesimen patah) atau ekstensometer lengan sensor otomatis (makroXtens, multiXtens) serta sistem optik non-kontak (videoXtens).
Kondisi pengujian sebuah pengujian terhadap ISO 527-4 dan ISO 527-5
Kecepatan pengujian
Kecepatan uji konstan yang akan ditetapkan tergantung pada jenis spesimen dan tujuan pengujian. Kecepatan yang lebih tinggi dapat diatur untuk uji tarik untuk tujuan kontrol kualitas daripada uji tarik yang digunakan untuk karakterisasi material.
- Kegagalan spesimen yang valid
Spesimen yang patah di dalam rahang atau di area transisi dari rahang ke area yang tidak gripped pada spesimen tidak valid dan harus diganti dengan spesimen baru untuk mendapatkan setidaknya lima hasil pengujian yang valid.
Kisaran suhu
Karena sifat mekanik plastik yang diperkuat serat sebagian besar bergantung pada suhu, selain uji tarik pada suhu sekitar, pengujian juga dilakukan pada suhu rendah dan tinggi. Di sini, mesin uji dapat dilengkapi dengan temperatur chamber untuk kisaran suhu -80 °C hingga 360 °C.
Spesimen dan dimensi untuk ISO 527-4/527-5
- l = Panjang total spesimen
- L = Rentang antara grip jaws spesimen
- b = Lebar spesimen
- h = Ketebalan laminasi FRP
- L0 = Panjang pengukur yang disarankan untuk ekstensometer (lengan sensor atau non-kontak): ISO 527-4 tipe spesimen 4 L0 = 25 mm, untuk semua jenis spesimen lain yang tercantum di atas L0 = 50 mm
| Standar | Tipe spesimen | Diagram skematik (disederhanakan, not to scale) | Aplikasi |
|---|---|---|---|
| ISO 527-4 | Tipe 1B Dumbbell |  |
|
| Tipe 2 Persegi panjang tanpa tab |  |
| |
| Tipe 3 * Persegi panjang dengan tab |  |
| |
| Tipe 4** Bentuk kerucut tanpa tab |  |
| |
| ISO 527-5 | Tipe A, tipe B *** |  |
|
- * Untuk spesimen tipe 3 dalam ISO 527-4 dan spesimen tipe A dan B dalam ISO 527-5, tab dipasang di kedua sisi spesimen. Tujuan dari elemen aplikasi gaya ini, yang biasanya diikat pada laminasi yang akan diuji, adalah untuk mengurangi konsentrasi tegangan pada grip sehingga jaw break (kerusakan pada atau di bagian rahang cengkeraman spesimen) dapat dihindari. Untuk tujuan ini, tab yang terbuat dari llaminasi GFRP dengan sudut ±45° telah terbukti efektif. Tab lurus selalu digunakan, sedangkan ASTM D3039 juga mengizinkan penggunaan tab yang direkatkan dengan sudut scarf. Elemen aplikasi gaya lainnya, termasuk yang tidak terikat, dapat digunakan (misalnya kain abrasif atau amplas) asalkan dapat ditunjukkan bahwa kekuatan yang sama dapat dicapai dan tidak ada sebaran yang besar dalam nilai karakteristik.
- ** Untuk spesimen tipe 4, yang baru termasuk sejak ISO 527-4:2023, dan ditujukan untuk pengujian tarik tanpa tab pada termoplastik berpenguat serat kontinu multidirectional, hasil harus dihitung ulang jika patahan terjadi di luar panjang pengukuran lurus L0 = 25 mm di tengah spesimen. Perhitungan terkait fraktur dari kekuatan tarik untuk spesimen tipe 4 yang tercantum dalam ISO 527-4 Lampiran E sudah termasuk dalam program uji testXpert yang telah dikonfigurasikan sebelumnya untuk ISO 527-4:2023.
- *** Spesimen tipe A and B dalam ISO 527-5 memiliki ketebalan laminasi dan lebar spesimen yang berbeda. Spesimen tipe A, yang ditujukan untuk uji tarik pada arah 0° dari laminate UD, memiliki wlebar 15 mm dan ketebalan laminate 1 mm. Sedangkan tipe B, yang ditujukan untuk uji tarik pada arah 90° dari laminate UD, memiliki lebar 25 mm dan ketebalan laminate 2 mm. Hal ini memastikan bahwa gaya yang diukur pada uji tarik 0° tidak terlalu tinggi, sementara gaya yang diukur pada uji tarik 90° cukup besar, sehingga kedua tipe spesimen dapat diuji menggunakan pengaturan uji yang sama. Penyesuaian geometris ini diperlukan karena laminasi UD menunjukkan perbedaan kekuatan yang ekstrem dalam arah serat dan melintasi serat.
Uji tarik otomatis sesuai dengan ISO 527-4 dan ISO 527-5
Uji tarik otomatis sesuai dengan ISO 527-4 dan ISO 527-5 dapat dilakukan menggunakan sistem uji robotik roboTest R. Sistem uji ini dapat menguji sejumlah besar spesimen komposit secara otomatis, yang mengurangi beban kerja operator dan memungkinkan mereka untuk fokus pada tugas-tugas yang lebih kompleks.
Pengguna hanya perlu mengisi spesimen yang akan diuji ke dalam rak magazin terlebih dahulu. Setelah dimulai, langkah pertama adalah mengukur ketebalan dan lebar spesimen. Kode ID memastikan keterlacakan/traceability hasil yang jelas.
Uji tarik sesuai dengan ISO 527-4 dan ISO 527-5 kemudian dilakukan. Jika suhu spesimen tertentu diperlukan untuk pengujian, spesimen dipanaskan terlebih dahulu di dalam temperatur chamber. Setelah spesimen pecah, sisa-sisa yang masih tertinggal di grip spesimen dibersihkan menggunakan slider. Selain itu, grip spesimen bagian bawah dibersihkan dengan sapu.
Informasi lebih lanjut tentang ISO 527-4 & ISO 527-5
- Untuk menentukan sifat tarik pada tingkat lapisan tunggal, komposit multilayer diproduksi di mana setiap lapisan diorientasikan dengan cara yang sama. Ini termasuk laminasi UD 0° atau 90° yang ditetapkan dalam ISO 527-5. Dalam kasus komposit anyaman multilayer yang berorientasi pada ISO 527-4, nilai karakteristik mekanis juga dirujuk dalam hal arah lungsin dan pakan.
- Selain melakukan uji tarik untuk pengembangan material, kualifikasi material dan tujuan jaminan kualitas, nilai karakteristik yang ditentukan pada tingkat lapisan tunggal juga digunakan dalam desain struktur komposit untuk metode perhitungan analitis. Dengan menggunakan teori laminasi klasik, misalnya, sifat elastisitas komposit multilayer multidirectional dapat dihitung dari nilai karakteristik masing-masing lapisan. Nilai kekuatan pada tingkat lapisan tunggal digunakan, antara lain, untuk perhitungan kriteria kegagalan seperti tegangan maksimum, Hashin, Puck atau LaRC.
- Karena sifat mekanik komposit multilayer bergantung pada orientasi masing-masing lapisan, setiap komposit multilayer dengan orientasi lapisan individu yang berbeda menghadirkan sifat tarik mekanik yang berbeda. Since the mechanical properties of a multilayer composite depend on the orientation of the respective individual layers, every multilayer composite with different individual-layer orientations presents different mechanical tensile properties. Proses pembuatannya sendiri memiliki pengaruh yang signifikan pada nilai karakteristik yang dihasilkan. Oleh karena itu, pengaruh proses manufaktur terhadap sifat mekanik laminasi plastik yang diperkuat serat (FRP) sering divalidasi dengan pengujian mekanis.