ISO 527-1 & ISO 527-2 Badanie na rozciąganie Tworzywa sztuczne
Próba rozciągania według ISO 527-1 i ISO 527-2 to jedna z najczęściej stosowanych metod wyznaczania podstawowych właściwości mechanicznych tworzyw sztucznych do wtryskiwania i wytłaczania o grubości powyżej 1 mm.
W praktyce jednak to detale, takie jak geometria próbki, pomiar przekroju poprzecznego, mocowanie, napięcie wstępne, prędkość badania oraz ekstensometr decydują o tym, czy wyniki są rzeczywiście porównywalne.
Firma ZwickRoell wspiera laboratoria w kontrolowany, zgodny z normami i powtarzalny sposób opanować te czynniki wpływu.
Najczęstsze źródła błędów Przeprowadzenie próby & Środki pomiarowe Obszary stosowania FAQs Downloads Proszę o poradę Testy porównawcze / Round Robin Tests do ISO 527-2
Najważniejsze punkty w skrócie
- ISO 527-1 opisuje ogólne zasady próby rozciągania służącej do wyznaczania właściwości mechanicznych przy rozciąganiu tworzyw sztucznych i kompozytów polimerowych podczas, gdy ISO 527-2 szczegółowo określa warunki badania dla tworzyw do wtryskiwania i wytłaczania .
- Określane są między innymi naprężenie rozciągające, odkształcenie, moduł rozciągania, granica plastyczności, punkt pęknięcia oraz opcjonalnie liczba Poissona. Wskaźniki te służą m.in. do porównywania materiałów, zapewnienia jakości oraz oceny wpływu starzenia lub przechowywania w mediach.
- Szczególnie krytycznymi elementami są pomiar wymiarów próbki, kształt próbki, jej osiowość, mocowanie w uchwytach, siła wstępna, prędkość badania oraz pomiar wydłużenia. Nawet niewielkie odchyłki mogą w mierzalny sposób wpłynąć na wartość modułu, naprężenia lub wydłużenia.
- W odniesieniu do wyznaczania modułu obowiązują szczególnie wysokie wymagania: Wydłużenie wyznacza się w zakresie od 0,05% do 0,25%, co oznacza, że przyrządy muszą niezawodnie rejestrować bardzo małe zmiany długości. Z tego powodu kluczowe znaczenie ma dobór odpowiedniego ekstensometru.
- Tworzywa sztuczne wykazują zachowanie lepko sprężyste. Dlatego też prędkość badania wpływa na mechaniczne wartości charakterystyczne i musi być rygorystycznie przestrzegana oraz dokumentowana w protokole badania .
- ZwickRoell łączy odpowiednie maszyny wytrzymałościowe, uchwyty próbek, ekstensometry, systemy pomiaru przekroju, oprogramowanie badawcze testXpert oraz automatyzację, , aby zredukować wpływ użytkownika i zapewnić powtarzalność przebiegu badań.
ISO 527-1/-2 w praktyce: Częste źródła błędów i ich wpływ na wyniki badań
Nawet jeśli próba rozciągania jest formalnie przeprowadzana zgodnie z normą ISO 527-1/-2, wyniki mogą się różnić pomiędzy poszczególnymi laboratoriami, lokalizacjami lub użytkownikami. Dlatego też kluczowa jest nie tylko sama zgodność z normą, ale kontrolowana realizacja każdego pojedynczego etapu badania.
- Kształt próbek i ich przygotowanie: Wybór typu próbki oraz różnice pomiędzy próbkami wtryskiwanymi a obrabianymi mechanicznie mogą wpływać na wyniki badań. Dodatkowo efekty orientacji struktur, naprężenia własne lub wpływ obróbki mechanicznej wpływają bezpośrednio na wytrzymałość, moduł i wydłużenie.
- Pomiar przekroju poprzecznego: Wszystkie wartości charakterystyczne odniesione do naprężeń są obliczane na podstawie początkowego przekroju poprzecznego. Nawet niewielkie odchyłki przy pomiarze grubości lub szerokości wpływają bezpośrednio na wytrzymałość na rozciąganie, moduł, naprężenie plastyczne oraz wykres naprężenie-wydłużenie. W kształtkach wytwarzanych metodą wtrysku wgłębienia skurczowe (zapady) oraz skosy rozformowania mogą stać się źródłem dodatkowych błędów pomiaru.
- Ustawienie osiowości i mocowanie próbki: Skośne zamocowanie próbki w uchwytach lub niesymetryczny rozkład obciążeń wywołują dodatkowe siły zginające, co ma negatywny wpływ zwłaszcza na wyznaczanie modułu sprężystości. Nawet niewielkie błędy ustawienia osiowości mogą prowadzić do wyraźnych różnic w wynikach uzyskiwanych przez poszczególne laboratoria.
- Naprężenie wstępne podczas mocowania: Podczas procesu mocowania w próbce mogą przypadkowo powstać niepożądane siły. Naprężenia wstępne przesuwają punkt początkowy badania i mogą – w szczególności w przypadku materiałów o wyższej sztywności – wpływać na wyznaczone wartości modułu.
- Prędkość badawcza i prędkość wydłużenia: Z powodu właściwości lepko-sprężystych polimery reagują bardzo czule na wszelkie zmiany prędkości wydłużania. Różnice w prędkości badania lub w rzeczywiście osiąganej prędkości wydłużenia mogą prowadzić do rozbieżności w wartościach modułu, naprężenia plastycznego oraz wydłużenia przy zerwaniu.
- Wybór uchwytów mocujących: Rzeczywista prędkość wydłużenia nie jest określana wyłącznie przez prędkość ruchu trawersy. Przemieszczenia wewnątrz klinowych uchwytów mocujących lub niewłaściwie dobrane systemy mocujące mogą modyfikować rozkład sił, co w konsekwencji pogarsza powtarzalność i porównywalność uzyskiwanych wyników.
- Wybór ekstensometru: Wyznaczanie modułu zgodnie z normą ISO 527-1/-2 odbywa się w bardzo małym zakresie wydłużeń pomiędzy 0,05% a 0,25%. Nieodpowiedni pomiar wydłużenia lub ekstensometr o niewystarczającej dokładności może z tego powodu prowadzić do znacznych błędów przy wyznaczaniu modułu rozciągania.
- Warunki kondycjonowania i środowiskowe: Temperatura i wilgotność powietrza wpływają bezpośrednio na wiele tworzyw sztucznych. Różnice w kondycjonowaniu, przechowywaniu lub w warunkach badania mogą prowadzić do zauważalnych zmian sztywności, wytrzymałości i wydłużenia.
- Wpływ użytkownika w przebiegu badania: Manualne etapy pomiaru wymiarów próbek, mocowania, pozycjonowania ekstensometru oraz wprowadzania danych zwiększają rozrzut wyników. Ustandaryzowane procedury oraz zautomatyzowane procesy zwiększają niezawodność wyników badań.
Dla powtarzalnych wyników próbki, przyrządy pomiarowe, maszyna wytrzymałościowa, uchwyty mocujące, ekstensometr, oprogramowanie i warunki badania muszą być do siebie dopasowane. Dokładnie tutaj ruszają rozwiązania badawcze firmy ZwickRoell.
Przeprowadzenie próby rozciągania zgodnie z ISO 527-1/-2 z ZwickRoell
Krytyczne kroki badania i rozwiązania ZwickRoell:
Pomiar próby Rama obciążeniowa & Głowica pomiaru siły Uchwyty mocujące Mocowanie & Start badania Prędkość badawcza Ekstensometr Warunki kondycjonowania & środowiskowe Opcje automatyzacji Oprogramowanie badawcze
Tak przebiega badanie zgodnie z normą ISO 527-1/-2
Podczas badania rozciągania według ISO 527-1/-2 normowana tworzywowa próbka jest obciążana jednoosiowo do momentu osiągnięcia granicy plastyczności, określonego wydłużenia lub do pęknięcia.
- Przed przystąpieniem do badania określa się typ próbki, jej szerokość oraz grubość, ponieważ wszystkie wartości charakterystyczne odniesione do naprężeń bazują na początkowym przekroju poprzecznym.
- Następnie próbka jest mocowana w odpowiednich uchwytach, centrowana osiowo i poddawana działaniu naprężenia wstępnego określonego w normie.
- Badanie rozpoczyna się od wyznaczenia modułu rozciągania przy określonej prędkości badania i wysokiej dokładności pomiaru wydłużenia.
- Po zakończeniu pomiaru modułu prędkość badania jest zwiększana w zależności od zachowania materiału, a próbka obciążana aż do osiągnięcia granicy plastyczności lub do pęknięcia.
- Podczas badania maszyna wytrzymałościowa oraz ekstensometr w sposób ciągły rejestrują siłę, wydłużenie oraz drogę przemieszczenia trawersy.
- Na podstawie danych pomiarowych wyznaczane są wartości charakterystyczne, takie jak naprężenie rozciągające, moduł rozciągania, naprężenie plastyczne, wydłużenie przy granicy plastyczności, wytrzymałość na rozciąganie, naprężenie niszczące, wydłużenie przy zerwaniu oraz opcjonalnie współczynnik Poissona .
- W zależności od materiału i celu badania można dodatkowo uwzględnić kondycjonowanie, badania w temperaturze lub badania starzeniowe.
- Za pomocą testXperta można w standaryzowany sposób sterować i dokumentować parametry badania, zmiany prędkości, dane pomiarowe oraz analizę wyników.
Pomiar próby: Błąd często zaczyna się jeszcze przed rozpoczęciem badania
Dokładny pomiar wymiarów stanowi fundament niezawodnych prób rozciągania zgodnie z ISO 527-1/-2. Wszystkie wartości charakterystyczne odniesione do naprężeń bazują na początkowym przekroju poprzecznym. Dlatego też nawet niewielkie odchyłki przy pomiarze szerokości lub grubości wpływają bezpośrednio na moduł rozciągania, naprężenie rozciągające oraz naprężenie plastyczne. Przykładowo, w przypadku próbki o grubości 4 mm błąd pomiaru wynoszący zaledwie 0,1 mm prowadzi do odchyłki rzędu około 2,5% we wszystkich wartościach charakterystycznych odniesionych do naprężeń. Szczególnie w przypadku próbek wtryskiwanych zapady lub skosy odlewnicze mogą powodować dodatkowe niepewności pomiarowe.
Zautomatyzowane systemy pomiarowe, takie jak urządzenie do pomiaru przekroju poprzecznego CMU 30 firmy ZwickRoell, dzięki bezpośredniej transmisji danych do oprogramowania testXpert eliminują błędy transferu wynikające z wpływu operatora, przyspieszają procedury, poprawiają identyfikowalność i zapewniają spójność wartości wejściowych w całym cyklu badawczym.
Wybór ramy obciążeniowej i głowicy pomiaru siły
Dobór maszyny wytrzymałościowej nie powinien opierać się wyłącznie na maksymalnej sile badania. Optymalny system zależy od typu materiału, oczekiwanego zakresu siły, geometrii próbki, pożądanego stopnia automatyzacji i konfiguracji ekstensometru.
W przypadku badań zgodnych z normą ISO 527-1/-2 maszyna wytrzymałościowa oraz czujnik siły muszą rejestrować odpowiedni zakres obciążeń z wystarczającą dokładnością. Norma wymaga w tym celu zazwyczaj dokładności pomiaru siły na poziomie ±1% wartości mierzonej (klasa 1 według ISO 7500-1). Modułowe uniwersalne maszyny badawcze firmy ZwickRoell mogą osiągać tę dokładność już od 1/1000 zakresu pomiarowego . Dzięki temu wartości modułu i naprężenia rozciągające wielu materiałów można precyzyjnie mierzyć za pomocą tego samego układu badawczego – bez częstej przebudowy głowicy pomiaru siły.
Wybór uchwytów mocujących
Błędy podczas mocowania wpływają bezpośrednio na wyniki badań. Precyzyjne ustawienie osiowości próbki oraz powtarzalne wprowadzanie siły są kluczowe dla uzyskania wiarygodnych wyników zgodnie z normą ISO 527-1/-2. Nawet niewielkie odchylenia od osiowości próbki lub osi obciążenia mogą powodować dodatkowe naprężenia zginające i wpływać na wyznaczanie modułu. Ustawienie osiowości próbki zgodne z normą oraz odpowiedni system mocowania zapewniają powtarzalne wprowadzanie siły i zmniejszają rozrzut wyników.
Różne wymagania badawcze wymagają zastosowania różnych zasad mocowania:
- Pneumatyczne uchwyty mocujące zamykają się po naciśnięciu przycisku i umożliwiają uzyskanie zdefiniowanej siły mocowania oraz równomierne przenoszenie prędkości badania na próbkę . Idealne do zastosowań, w których wymagana jest wysoka powtarzalność a także przy dużej liczbie badań dziennie lub automatycznym podawaniu próbek.
- Śrubowe uchwyty mocujące zamykane manualnie poprzez dokręcanie, dzięki czemu stanowią solidne rozwiązanie do wielu zastosowań związanych z tworzywami sztucznymi, gdzie stawiane są wysokie wymagania, dotyczące powtarzalnego mocowania.
- Klinowe uchwyty mocujące są zamykane manualnie za pomocą dźwigni i doskonale nadają się do częstych badań. Ponieważ siła mocowania zwiększa się dopiero podczas badania, szybkość wydłużenia może ulegać zmianom. Z tego względu są one szczególnie odpowiednie do wewnętrznych procedur KJ, w których nie wymagana jest wysoka powtarzalność wyników .
- Uchwyty mocujące typu korpus-nad-klinem są dostępne w wersji ręcznej lub pneumatycznej i nadają się szczególnie do sztywnych i bardzo wytrzymałych tworzyw sztucznych. Gwarantują stabilne mocowanie próbki i równomierne przenoszenie siły. Manualne wykonanie jest niedrogim, solidnym i prostym rozwiązaniem do badań rutynowych. Wersja pneumatyczna minimalizuje czynnik ludzki i jest optymalna przy większej intensywności badań.
Naprężenie wstępne i rozpoczęcie badania: Punkt startowy musi być powtarzalny
Siły mogą zostać wprowadzone do próbki już na etapie jej mocowania, przed startem właściwego badania. Te niezamierzone naprężenia wstępne wpływają na punkt startowy pomiaru wydłużenia i mogą prowadzić do odchyleń w szczególności przy wyznaczaniu modułu sprężystości przy rozciąganiu.
Zdefiniowane naprężenie wstępne zapewnia powtarzalny start badania i porównywalne warunki początkowe. Funkcja oprogramowania Force Constant Hold w testXpert automatycznie kompensuje siły powstające podczas procesu mocowania i utrzymuje ustawione naprężenie wstępne na stałym poziomie. Dzięki temu naprężenia wstępne w próbce zostają zredukowane, co poprawia porównywalność wyników badań.
Dlaczego prędkość badania przy próbie rozciągania według ISO 527-1/-2 jest ważna
Właściwości mechaniczne tworzyw sztucznych zależą silnie od szybkości wydłużenia. Już niewielkie odchyłki od przewidzianej szybkości wydłużenia mogą prowadzić do różnych wartości modułu i parametrów naprężenia. Dlatego norma ISO 527-2 do wyznaczania modułu definiuje prędkość badania wynoszącą 1 mm/min dla próbek typu A1 i A2. Po wyznaczeniu modułu prędkość można zwiększyć zgodnie z ISO 527-2 do 5 mm/min lub 50 mm/min, aby dostosować czas trwania badania do zachowania materiału.
Decydująca jest przy tym nie tylko ustawiona prędkość maszyny wytrzymałościowej, ale faktyczna szybkość wydłużenia osiągana w próbce. Wpływa na nią między innymi ustawienie próbki oraz zastosowany system mocowania. W celu zapewnienia powtarzalnego wyznaczania modułu zadana szybkość wydłużenia powinna być utrzymywana na możliwie stałym poziomie.
Za pomocą testXpert prędkości badania oraz zmiany prędkości są zapisywane w procedurze badawczej, a także automatycznie sterowane i dokumentowane. To redukuje błędy użytkownika i zapewnia, że badania są przeprowadzane zgodnie z normą przy użyciu tych samych parametrów.
Wybór ekstensometru
Rejestracja modułu według ISO 527-1/-2 odbywa się w bardzo małym zakresie wydłużeń. Przy bazie pomiarowej 50 mm zakres między 0,05% a 0,25% odpowiada zmianie długości o 100 µm. Odchylenie rzędu zaledwie kilku mikrometrów może w widoczny sposób wpłynąć na wartość modułu. Ekstensometr jest tym samym często najważniejszym komponentem w układzie pomiarowym według ISO 527.
- Ręcznie nakładane czujniki / Ekstensometry Clip-on stanowią ekonomiczne rozwiązanie dla zdefiniowanych baz pomiarowych wynoszących na przykład 50 lub 75 mm, i nadają się do wielu sztywnych tworzyw sztucznych. Należy jednak wziąć pod uwagę ręczny sposób zakładania oraz możliwy wpływ na miękkie materiały.
- Ekstensometry czujnikowe jak makroXtens zakładają się automatycznie i pokrywają większy zakres wydłużenia . Pomiar wydłużenia odbywa się obustronnie na próbce, a uzyskane wartości są uśredniane. System może być stosowany również w połączeniu z komorą temperaturową . multiXtens nadaje się do szczególnie dużych wydłużeń. Oba ramiona pomiarowe mogą poruszać się niezależnie od siebie, co umożliwia znacznie większą drogę pomiarową.
- Ekstensometr optyczny jak videoXtens mierzy w sposób optyczny i bezkontaktowy oraz spełnia rygorystyczne wymagania normy ISO 527-1, dotyczące pomiaru modułu. W przypadku właściwych, nietransparentnych próbek naturalna tekstura powierzchni może posłużyć do pomiaru wydłużenia, co eliminuje konieczność nanoszenia dodatkowych znaczników pomiarowych . Wysoka dokładność, możliwość pomiaru dużych wydłużeń, automatyzacja przebiegów badawczych i współpraca z komorami temperaturowymi oraz opcjonalny modułu 2D-DIC czynią system videoXtens optymalnym rozwiązaniem dla wielu aplikacji wg normy ISO 527.
ISO 527 Próba rozciągania w niskich lub podwyższonych temperaturach
Właściwości mechaniczne tworzyw sztucznych są zależne od temperatury. Z tego względu próby rozciągania zgodnie z ISO 527-1/-2 można wykonywać nie tylko w warunkach znormalizowanych, ale także w temperaturach obniżonych lub podwyższonych . W celu zapewnienia porównywalności wyników decydujące znaczenie ma reprodukowalne utrzymywanie warunków środowiskowych zdefiniowanych dla danej próby.
Dzięki ZwickRoell komorom temperaturowym dostępny jest zakres temperatur od -80°C do +360°C. W pełni zintegrowany system zapewnia wydajną, niezawodną i łatwą obsługę. Dzięki rozwiązaniu od drzwi do drzwi zużycie azotu i oblodzenie podczas badania w niskich temperaturach jest znacznie zmniejszone, dzięki czemu badania mogą być przeprowadzane bardziej opłacalnie.
Automatyzacja badań według ISO-527-1/-2
Im większa liczba próbek, tym silniej powtarzalne czynności manualne wpływają na wydajność i bezpieczeństwo procesu. W odniesieniu do normy ISO 527-1/-2 dotyczy to m.in. identyfikacji kształtek, pomiaru ich wymiarów gabarytowych, wprowadzania do przestrzeni badawczej, mocowania, startu próby, usuwania zniszczonej próbki oraz rejestracji danych. Zautomatyzowane systemy badawcze mogą ograniczyć te wpływy i jednoznacznie standaryzować przebieg badania.
W przypadku prób rozciągania według ISO 527-1/-2 zautomatyzowane rozwiązanie może okazać się opłacalne już od 10 próbek dziennie . Nasz system badawczy ALEX przejmuje proste zadania typu pick-and-place i oferuje efektywne kosztowo wsparcie w laboratorium badawczym.
Laboratorium z wysokim zapotrzebowaniem badawczym polecamy nasz zautomatyzowany system badawczy roboTest L. Nasz koń pociągowy do badania tworzyw sztucznych w dużych ilościach oferuje miejsce dla 450 prób . Wykonuje ono samodzielnie pomiar przekroju poprzecznego próbki oraz próby rozciągania zgodnie z ISO 527-1/-2. Po badaniu osobne chwytaki utylizacyjne usuwają pozostałości próbki z uchwytów mocujących.
Także inne kształty próbek lub inne metody badawcze nie są problemem dla naszych zautomatyzowanych systemów badawczych. Zautomatyzowane systemy badawcze roboTest N i roboTest R są bardziej złożone i umożliwiają podłączenie drugiej lub trzeciej maszyny wytrzymałościowej a także dodatkowych urządzeń, takich jak stacja centrująca lub komora temperaturowa w zakresie od -80 °C do +360 °C. Zwiększa to nie tylko przepustowość próbek, ale oferuje Państwu również możliwość przeprowadzania różnych badań równolegle – w celu uzyskania szybkich i niezawodnych wyników badań.
do systemu badawczego Alex do roboTest L do roboTest N do roboTest R Dlaczego automatyzacja?
Regularnie badają Państwo duże serie próbek zgodnie z ISO 527-1/-2 i chcą Państwo wprowadzić automatyzację?
Twój lokalny ekspert ZwickRoell pomoże Ci wybrać odpowiedni stopień automatyzacji dla Twojego zastosowania.
Skonsultuj się z nami bez zobowiązań
Bezpieczne i wydajne badania według ISO 527-1/-2 z oprogramowaniem badawczym testXpert
Oprogramowanie badawcze testXpert wspiera laboratoria w przeprowadzaniu badań zgodnie z ISO 527-1/-2 w sposób standaryzowany, mierzalny i przy ograniczonym wpływie użytkownika:
- Zapisany standardowy program badań: Wartości charakterystyczne i parametry ISO 527-1/-2 są zapisane w programie badania Standard . Ułatwia to przeprowadzanie badań zgodnie z normą i zmniejsza nakład pracy związany z ręczną parametryzacją.
- Instrukcja krok po kroku: Użytkownicy są prowadzeni przez cały proces badania. Ułatwia to szybkie wdrożenie i zmniejsza ryzyko pominięcia poszczególnych kroków badania.
- Zarządzanie użytkownikiem: Dzięki zarządzaniu użytkownikiem widzisz tylko te zadania i funkcje, które są dla Ciebie istotne. Pozwala to na standaryzację koncepcji obsługi i precyzyjne zarządzanie uprawnieniami dostępu.
- Podłączenie urządzeń peryferyjnych: Wymiary próbek mogą być przesyłane bezpośrednio z urządzeń pomiarowych do oprogramowania testXpert. Oszczędza to czas i zapobiega błędnym wpisom.
- Dokumentacja parametrów badania: Prędkości badawcze, dane pomiarowe, wyniki i warunki badawcze są dokumentowane w sposób umożliwiający ich śledzenie.
- Porównywalność między różnymi procedurami badawczymi: Dane z badań rozciągania, zginania, udarności lub płynięcia mogą być zarządzane i analizowane centralnie, o ile odpowiednie aplikacje są stosowane w laboratorium.
- Analizy trendów i monitorowanie jakości: Analizy i badania trendów wspierają wczesne wykrywanie odchyleń w kontroli jakości i badaniach seryjnych.
więcej o oprogramowaniu badawczym testXpert
Typowe zakresy stosowania próby rozciągania zgodnie z ISO 527-1/-2
Próba rozciągania według ISO 527-1/-2 jest stosowana w celu określenia kluczowych właściwości mechanicznych tworzyw sztucznych do wtryskiwania i wytłaczania w ściśle określonych warunkach.
- Porównanie i dobór materiałów: Moduł sprężystości przy rozciąganiu, naprężenie rozciągające, granica plastyczności oraz wydłużenie przy zerwaniu umożliwiają porównanie różnych tworzyw sztucznych do formowania, kompozytów lub receptur.
- Zapewnienie jakości i porównanie partii: Powtarzalne próby rozciągania przeprowadzane w identycznych warunkach badawczych umożliwiają porównywanie ze sobą parametrów mechanicznych różnych próbek lub partii. Kluczowe znaczenie mają przy tym powtarzalne warunki w odniesieniu do geometrii próbek, kondycjonowania, prędkości badania oraz pomiaru wydłużenia.
- Kontroli wejścia towaru: Badania granulatów, półproduktów lub pobranych próbek pozwalają upewnić się, że dostarczone materiały spełniają wymagane właściwości mechaniczne.
- Badania przy ograniczonej ilości materiału próbki: Oprócz preferowanych kształtek A1 i A2 aktualna norma przewiduje mniejsze geometrie próbek. Mogą być one stosowane w sytuacjach, gdy nie ma do dyspozycji wystarczającej ilości materiału do wykonania kształtki o rozmiarze preferowanym.
- Badanie próbek pobranych z gotowych elementów: Mniejsze geometrie próbek mogą być stosowane, gdy z gotowego elementu nie da się pozyskać kształtek o preferowanych geometriach A1 lub A2.
- Badania starzeniowe, odporności chemicznej oraz odporności na czynniki atmosferyczne: Norma ISO 527-1/-2 nadaje się do badania zmian właściwości mechanicznych polimeru po określonych procesach starzenia. W tym celu porównuje się na przykład parametry w stanie wyjściowym z wynikami uzyskanymi po starzeniu termicznym, przechowywaniu w mediach lub po wystawieniu na działanie czynników atmosferycznych.
- Międzylaboratoryjne badania porównawcze: Ponieważ norma ISO 527-1/-2 z założenia ma zapewniać porównywalność wyników między różnymi laboratoriami, firmami i krajami, nadaje się ona szczególnie do globalnie zdefiniowanych procesów badawczych.
Najczęściej zadawane pytania, dotyczące ISO 527
ISO 527-1/-2 opisuje próbę rozciągania tworzyw sztucznych do wtryskiwania i wytłaczania o grubości powyżej 1 mm. Należą do nich w szczególności termoplastyczne i utwardzalne tworzywa sztuczne do formowania. Badanie może być przeprowadzane zarówno na kształtkach wtryskiwanych jak i prasowanych lub obrabianych mechanicznie .
W przypadku innych form tworzyw sztucznych lub grup materiałowych obowiązują pozostałe części serii norm ISO-527:
- Folie i płyty z tworzyw sztucznych o grubości poniżej 1 mm: ISO 527-3
- Kompozyty z tworzyw sztucznych wzmacniane włóknami: ISO 527-4 i ISO 527-5
ISO 527-1 określa ogólne zasady przeprowadzania próby rozciągania tworzyw sztucznych. To, jaka geometria próbki zostanie zastosowana, zależy od konkretnej części serii norm ISO-527 oraz od badanego materiału.
W przypadku tworzyw sztucznych do wtryskiwania i wytłaczania według normy ISO 527-2, preferowane próbki w aktualnym wydaniu normy zostały zharmonizowane z próbkami określonymi w ISO 20753.
ISO 527-2 definiuje różne typy próbek do próby rozciągania tworzyw sztucznych do wtryskiwania i wytłaczania. Za preferowane próbki uznaje się typy A1 i A2 (wcześniejsze oznaczenie: Typ 1A i 1B). W przypadku specjalnych zastosowań dostępne są ponadto pomniejszone lub alternatywne próbki.
- Próbka A1 (wcześniej Typ 1A): Preferowana próbka dla tworzyw sztucznych formowanych wtryskowo. Odpowiada ona uniwersalnej próbce wielozadaniowej według ISO 20753 i jest stosowana wtedy, gdy wyniki mają być jak najbardziej porównywalne między różnymi laboratoriami, lokalizacjami lub przedsiębiorstwami. Preferowana baza pomiarowa wynosi 75 mm, alternatywnie w zastosowaniach związanych z zapewnieniem jakości (QS) można użyć bazy 50 mm.
- Próbka A2 (wcześniej Typ 1B): Jest ona zazwyczaj wytwarzana z płyt prasowanych, odlewanych lub obrabianych mechanicznie. Baza pomiarowa wynosi 50 mm. Ponieważ procesy produkcyjne oraz orientacja materiału mogą różnić się od tych w kształtkach wtryskiwanych, wyniki uzyskane dla próbek A1 i A2 nie są bezpośrednio porównywalne.
- Próbki A22 i A25: Pomniejszone warianty standardowych próbek. Są one stosowane w przypadkach, gdy dostępna ilość materiału jest ograniczona lub gdy do dyspozycji są jedynie małe komponenty.
- Próbki 5A i 5B: Małe próbki wiosłowe do zastosowań z bardzo ograniczoną ilością materiału badawczego. Geometrie te odpowiadają typom 2 i 4 normy ISO 37 dla elastomerów. Wyniki uzyskane dla tych próbek nie są bezpośrednio porównywalne z wynikami dla próbek standardowych.
- Próbki 1BA i 1BB: Proporcjonalnie pomniejszone warianty próbki typu A2. Są one stosowane w przypadkach, gdy nie ma możliwości wytworzenia lub pobrania standardowych próbek. Na potrzeby badania prędkości badania muszą zostać odpowiednio dostosowane.
- Próbki CP i CW: Próbki te są często stosowane w badaniach starzeniowych, badaniach odporności na czynniki atmosferyczne lub przechowywania w mediach. W szczególności typ CW można wykonać ze środkowej części próbki A1 lub A2, dlatego idealnie nadaje się on do badań porównawczych po ekspozycji na wpływ środowiska.
Zasady ogólne normy ISO 527-2 zalecają stosowanie standardowych próbek A1 lub odpowiednio A2, ponieważ zapewniają one najwyższą porównywalność wyników badań. Pomniejszone próbki powinny być stosowane tylko wtedy, gdy standardowe geometrie są niedostępne lub ich użycie jest technicznie niewykonalne.
Kondycjonowanie próbek ma kluczowe znaczenie dla uzyskania porównywalnych i powtarzalnych wyników badań zgodnie z normą ISO 527-1/-2. Tworzywa sztuczne reagują na wpływ temperatury i wilgoci, przez co parametry takie jak moduł sprężystości przy rozciąganiu, naprężenie przy granicy plastyczności, wytrzymałość na rozciąganiu oraz wydłużenie mogą ulec zmianie.
Z tego względu norma wymaga, aby próbki z danej serii badawczej były przygotowywane, kondycjonowane i badane w identycznych warunkach werden. Tylko w ten sposób można zapewnić, że różnice w wynikach wynikają rzeczywiście z właściwości materiału, a nie z odmiennych warunków otoczenia.
Dlatego też, w celu uzyskania miarodajnych porównań materiałów warunki kondycjonowania i badania powinny być zawsze jednolicie przestrzegane oraz dokumentowane.
W przypadku wielu zadań badawczych zgodnych z normą ISO 527-1/-2 ekstensometr nakładany stanowi ekonomiczne i zgodne z normą rozwiązanie. Ekstensometry Clip-on firmy ZwickRoell są dostępne dla baz pomiarowych 50 mm oraz 75 mm i nadają się w szczególności do badań rutynowych, a także do wyznaczania modułu sprężystości przy rozciąganiu i parametrów naprężeniowych.
Ekstensometry nakładane nadają się szczególnie do:
- Zastosowań w kontroli jakości
- Sztywne i średnio sztywne tworzywa termoplastyczne
- Materiały o umiarkowanym wydłużeniu
- Standardowe pomiary modułu sprężystości przy rozciąganiu, naprężenia przy granicy plastyczności oraz wytrzymałości na rozciąganie
W przypadku dużych wydłużeń, zmiennych klas materiałowych lub zautomatyzowanych procesów badawczych dodatkowe korzyści zapewniają ekstensometry z ramionami czujnikowymi oraz systemy optyczne. Systemy te umożliwiają automatyczny pomiar wydłużenia w większych zakresach pomiarowych i spełniają wysokie wymagania normy ISO 527-1/-2, dotyczące wyznaczania modułu sprężystości.
Wymagany zakres siły maszyny wytrzymałościowej zależy od badanego materiału oraz od oczekiwanych obciążeń badawczych. W przypadku prób rozciągania według normy ISO 527-1/-2 kluczowa jest jednak nie tylko maksymalna siła badania. Równie ważne są dokładność pomiaru oraz zakres siły, w którym ta dokładność jest osiągana. W celu pomiaru siły norma ISO 527 wymaga zachowania wymagań zgodnych z normą ISO 7500-1, zazwyczaj z dokładnością wynoszącą ±1% wartości mierzonej (klasa 1).
W przypadku większości zastosowań zgodnych z normą ISO 527-1/-2 obowiązuje zasada:
- Systemy od 1 kN do 5 kN nadają się do materiałów o niższej wytrzymałości i małych próbek.
- Systemy10-kN są często stosowane do rutynowych badań tworzyw sztucznych.
- Wyższe wydajności mogą być wymagane w przypadku materiałów wysoko wzmocnionych lub nietypowo dużych przekrojów .
Najważniejszym aspektem jest nie tylko maksymalna siła, lecz wybór maszyny wytrzymałościowej i głowicy pomiaru siły, które w oczekiwanym zakresie sił oferują wystarczającą rozdzielczość pomiarową i dokładność. Odpowiednio zwymiarowana głowica pomiaru siły poprawia jakość pomiaru, w szczególności przy wyznaczaniu modułu oraz przy badaniu materiałów o niższej wytrzymałości.
ASTM D638 i ISO 527 to najczęściej stosowane normy, dotyczące prób rozciągania tworzyw sztucznych. Obie normy służą do określania parametrów mechanicznych, takich jak moduł sprężystości przy rozciąganiu, naprężenie przy granicy plastyczności, wytrzymałość na rozciąganie oraz wydłużenie. Wyniki badań nie są jednak bezpośrednio porównywalne, ponieważ procedury badawcze i metody oceny różnią się od siebie w kilku kwestiach.
Najważniejszymi różnicami są:
- Geometrie próbek i długości pomiarowe: ASTM D638 wykorzystuje pięć standaryzowanych typów próbek, przy czym Typ I jest preferowaną próbką dla sztywnych tworzyw sztucznych. W celu uzyskania porównywalnych wyników norma ISO 527 zaleca przede wszystkim stosowanie próbek typu A1 (formowanych wtryskowo) oraz A2 (obrabianych mechanicznie). Dla A1 preferowana jest długość pomiarowa wynosząca 75 mm, podczas gdy dla A2 stosuje się długość pomiarową 50 mm. Dodatkowo ISO definiuje inne pomniejszone lub specyficzne dla danego zastosowania próbki.
- Wymagania, dotyczące pomiaru wydłużenia
- Definicja prędkości badawczej
- Określanie wyników: Normy te różnią się w sposobie wyznaczania poszczególnych parametrów oraz przy ocenie wydłużeń po przekroczeniu granicy plastyczności. W rezultacie te same materiały mogą dawać odmienne wyniki w zależności od tego, czy są badane według normy ASTM D638, czy ISO 527.
Norma ASTM D638 jest stosowana głównie w Ameryce Północnej, podczas gdy ISO 527 jest częściej specyfikowana na arenie międzynarodowej. Z tego względu przedsiębiorstwa działające na rynkach globalnych często utrzymują zaplecze badawcze pozwalające na realizację badań według obu tych norm. Wyniki uzyskane według norm ASTM D638 i ISO 527 należy porównywać ze sobą wyłącznie wtedy, gdy uwzględnione zostaną różnice metodyczne.
W przypadku folii i płyt z tworzyw sztucznych o grubości poniżej 1 mm stosuje się ISO 527-3 . Ta część rodziny norm ISO 527 uwzględnia szczególne wymagania stawiane cienkim foliom oraz materiałom płytowym, definiując dla nich odpowiednie próbki, a także dostosowane warunki badania.
Alternatywnie, szczególnie w Ameryce Północnej, do prób rozciągania folii często stosuje się normę ASTM D882 . Wyniki uzyskane według norm ASTM D882 i ISO 527-3 nie są jednak bezpośrednio porównywalne ze względu na odmienne warunki badania oraz metody oceny.
W przypadku materiałów kompozytowych o osnowie polimerowej rodzina norm ISO 527 zawiera osobne części. Podczas gdy norma ISO 527-2 opisuje warunki badania tworzyw sztucznych do wtryskiwania i wytłaczania, część ISO 527-4 reguluje badanie izotropowych i ortotropowych tworzyw sztucznych wzmacnianych włóknami a część ISO 527-5 badanie tworzyw sztucznych wzmacnianych włóknami jednokierunkowo.
Materiały wzmacniane włóknami długimi, takie jak CFRP lub GFRP, wykazują zróżnicowane właściwości mechaniczne w zależności od orientacji włókien, struktury laminatu oraz procesu produkcyjnego. Z tego względu dla tych materiałów stosuje się specjalne geometrie próbek oraz specyficzne warunki badania, które zostały zdefiniowane w odpowiednich częściach rodziny norm ISO 527.
W Ameryce Północnej do prób rozciągania materiałów kompozytowych często stosuje się również normę ASTM D3039 . Wyniki uzyskane według norm ASTM D3039 i ISO 527-4/-5 nie są jednak bezpośrednio porównywalne ze względu na odmienne warunki badania.
Wyznaczanie modułu sprężystości przy rozciąganiu należy do najbardziej wymagających etapów próby rozciągania według ISO 527-1/-2.. Moduł sprężystości przy rozciąganiu jest wyznaczany w liniowym zakresie krzywej naprężenie-wydłużenie między 0,05% a 0,25% wydłużenia. Norma preferuje przy tym obliczenia na podstawie prostej regresji, ponieważ zapewnia to bardziej wiarygodne statystycznie wyniki niż ocena oparta na dwóch pojedynczych punktach pomiarowych.
W przypadku wyznaczania modułu sprężystości norma ISO 527-2 nakazuje dla preferowanych typów próbek A1 i A2 stosowanie prędkości badania wynoszącej 1 mm/min, co odpowiada szybkości wydłużenia na poziomie około 1% na minutę.
Szczególnie ważna jest dokładność pomiaru wydłużenia. Ponieważ przy bazie pomiarowej wynoszącej 75 mm pomiar obejmuje zmianę długości o zaledwie około 150 µm, a przy bazie 50 mm o około 100 µm, norma ISO 527-1/-2 stawia dodatkowe wymagania wobec ekstensometru. W celu wyznaczenia modułu sprężystości zmiana długości musi być rejestrowana z dokładnością wynoszącą ±1% lub odpowiednio od ±1 µm do ±1,5 µm.
Wytrzymałość na rozciąganie to najwyższe naprężenie rozciągające, jakie próbka osiąga podczas próby rozciągania według normy ISO 527. Jest ona obliczana na podstawie maksymalnej zmierzonej siły w odniesieniu do początkowego przekroju poprzecznego próbki.
W przypadku wielu tworzyw termoplastycznych maksymalne naprężenie występuje na granicy plastyczności. W takim przypadku wytrzymałość na rozciąganie odpowiada naprężeniu przy granicy plastyczności. W przypadku innych materiałów najwyższe naprężenie jest osiąganie dopiero na krótko przed zerwaniem. Wytrzymałość na rozciąganie jest wówczas wyznaczana jako maksymalne naprężenie przed zniszczeniem próbki.
Liczbę Poissona wyznacza się zazwyczaj w ramach próby rozciągania według normy ISO 527. W tym przypadku wydłużenie wzdłużne oraz odkształcenie poprzeczne próbki są mierzone jednocześnie i odnoszone do siebie. Liczba Poissona może być przy tym wyznaczana dodatkowo obok takich parametrów jak moduł sprężystości przy rozciąganiu, wytrzymałość na rozciąganie oraz naprężenie przy granicy plastyczności.
Szerokość i grubość kształtki (próbki) muszą zostać precyzyjnie określone przed badaniem, ponieważ wszystkie parametry powiązane z naprężeniem, takie jak moduł sprężystości, naprężenie rozciągające oraz naprężenie przy granicy plastyczności, bazują na początkowym przekroju poprzecznym próbki.
Szczególną uwagę należy zwrócić na pomiar grubości próbek formowanych wtryskowo, ponieważ ślady zapadnięcia (Sink Marks) mogą prowadzić do błędów pomiarowych. Już odchyłka rzędu 0,1 mm przy grubości próbki wynoszącej 4 mm może spowodować błąd na poziomie około 2,5%. Z tego względu norma ISO 527-1/-2 zaleca pomiar grubości za pomocą mikrometru.
Również szerokość próbki powinna być mierzona w pozycjach określonych w normie, aby zminimalizować wpływ zbiegów formowania (pochyleń odlewniczych) i uzyskać reprezentatywne wartości przekroju poprzecznego.
Pomiar wydłużenia zalicza się do najbardziej krytycznych czynników wpływających na wyniki badania według ISO 527-1/-2. W szczególności do wyznaczania modułu sprężystości przy rozciąganiu wydłużenie w zakresie od 0,05% do 0,25% musi być rejestrowane z bardzo wysoką dokładnością.
Ponieważ mierzone zmiany długości w tym zakresie wynoszą zaledwie około 100 do 150 µm, norma ISO 527-1/-2 uzupełnia ogólne wymagania stawiane ekstensometrom o dodatkowe wytyczne, dotyczące wyznaczania modułu sprężystości. Niewystarczająca dokładność pomiaru wydłużenia może znacząco wpłynąć na wynik modułu sprężystości.
Dlatego do badań według normy ISO 527-1/-2 kwalifikują się wyłącznie systemy pomiaru wydłużenia spełniające wymaganą dokładność pomiarową, takie jak na przykład ekstensometry nakładane, ekstensometry z czujnikami ramieniowymi lub optyczne systemy pomiarowe.
Webinar: Próba rozciągania tworzyw sztucznych zgodnie z ISO 527: Porady i triki na efektywne badania
Podczas tego webinaru zapoznają się Państwo z kluczowymi wymaganiami normy ISO 527, dotyczącymi próby rozciągania tworzyw sztucznych, a na podstawie praktycznych przykładów otrzymają Państwo konkretne rekomendacje, jak unikać typowych źródeł błędów oraz jak przeprowadzać badania w sposób wydajny i zgodny z normą.
Downloads dla ISO 527-1/-2
- Informacja branżowa: Tworzywa sztuczne & guma PDF 9 MB
- Informacja o produkcie: CMU 30 i CMU 80 PDF 718 KB
- Informacje o produkcie: zwickiLine do Fmax 5 kN PDF 820 KB
- Informacja o produkcie: ProLine, Fmax 5-100 kN PDF 1 MB
- Informacja o produkcie: AllroundLine, Fmax 5-100 kN PDF 1 MB
- Informacja o produkcie: Pneumatyczny uchwyt mocujący, Fmax 10 kN / 20 kN PDF 2 MB
- Informacja o produkcie: Śrubowy uchwyt mocujący, Fmax 5 kN / 10 kN PDF 485 KB
- Informacja o produkcie: Klinowy uchwyt mocujący, Fmax 10 kN / 20 kN PDF 713 KB
- Informacja o produkcie: Klinowy uchwyt mocujący "Korpus przez klin", Fmax 10 kN PDF 690 KB
- Informacja o produkcie: digiClip PDF 590 KB
- Informacja o produkcie: Ekstensometr Clip-on PDF 525 KB
- Informacja o produkcie Ekstensometr makroXtens PDF 637 KB
- Informacja o produkcie: videoXtens 2-150 HP PDF 1 MB
