ASTM D638 Właściwości przy rozciąganiu tworzyw sztucznych
Próba rozciągania zgodnie z ASTM D638 to jedna z najczęściej stosowanych metod oceny właściwości mechanicznych termoplastów oraz duroplastów (tworzyw termoutwardzalnych).
W praktyce obserwuje się jednak często wyraźne różnice przy wytrzymałości na rozciąganie, module, naprężeniu plastycznym i wydłużeniu pomiędzy laboratoriami, użytkownikami i systemami badawczymi. Przyczyna rzadko leży wyłącznie w maszynie wytrzymałościowej. Odchylenia przy przygotowaniu próbek, pomiarze próbek, wyborze ekstensometru, kondycjonowaniu w warunkach otoczenia, wyborze uchwytów mocujących i prędkości badawczej mogą wpływać na wyniki badania.
ZwickRoell wspiera laboratoria w tym, aby minimalizować rozrzut wyników badań poprzez dopasowane systemy badawcze, inteligentne oprogramowanie, zautomatyzowane przepływy pracy i wiodące w branży technologie do pomiaru wydłużenia.
Częste źródła błędów Przeprowadzenie badania & Środki pomiarowe Obszary stosowania FAQ'sDownloads Proszę o poradę
ASTM D638: Najważniejsze punkty w skrócie
- ASTM D638 opisuje jednoosiową próbę rozciągania na wzmocnionych i niewzmocnionych tworzywach sztucznych w celu określenia naprężenia rozciągającego, wydłużenia, modułu rozciągania, wytrzymałości na rozciąganie, granicy plastyczności i punktu zerwania oraz opcjonalnie liczby Poissona.
- Norma dotyczy próbek o grubości między 1 mm a 14 mm. W przypadku folii o grubości poniżej 1 mm, elastomerów, kompozytów z włóknami długimi lub pianek inne normy ASTM są bardziej relewantne.
- Prędkość badania wpływa bezpośrednio na mierzone właściwości materiałowe, ponieważ tworzywa sztuczne wykazują zachowanie wiskoelastyczne.
- Precyzyjny pomiar wydłużenia poprzez dobór odpowiedniego ekstensometru jest kluczowy dla niezawodnego wyznaczenia modułu.
- Kondycjonowanie w warunkach otoczenia może znacząco wpłynąć na wyniki w przypadku polimerów wrażliwych na wilgoć.
- Automatyczny pomiar przekroju próbki i przebiegi badań poprawiają powtarzalność wyników badań i ograniczają wpływ użytkownika.
- ZwickRoell oferuje kompletne rozwiązania badawcze dla ASTM D638 w tym maszyny wytrzymałościowe, uchwyty mocujące, ekstensometry, oprogramowanie i automatyzację.
ASTM D638 w praktyce: Typowe źródła błędów i ich wpływ na wyniki badań
Nawet jeśli badanie jest formalnie przeprowadzane zgodnie z ASTM D638, wyniki mogą się znacznie różnić między laboratoriami, użytkownikami lub systemami badawczymi. Dlatego kluczowa jest nie tylko zgodność przebiegu badania z normą, ale kontrolowane wdrażanie każdego pojedynczego kroku badania:
- Przygotowanie próbki i jakość próbki:Jakość badania zaczyna się od przygotowania próbki. Możliwymi przyczynami odchyleń są niespójne warunki formowania, wpływ pozycji wtryskiwania, wewnętrzne naprężenia własne, uszkodzenia spowodowane obróbką mechaniczną, karby lub wady powierzchniowe, a także odchylenia grubości.
- Wybór właściwego typu próbki:ASTM D638 definiuje różne typy próbek. Jeśli zostanie użyty nieodpowiedni typ, pęknięcie może nie wystąpić w wąskim obszarze równoległym lub pomiar wydłużenia stanie się niewiarygodny. Szczególnie w przypadku małych elementów, miękkich polimerów lub grubszych płyt, wybór próbki jest decydujący.
- Pomiar przekroju poprzecznego: Wszystkie wartości odnoszące się do naprężenia są obliczane na podstawie pierwotnej powierzchni przekroju poprzecznego próbki. Małe błędy przy pomiarze grubości lub szerokości mają bezpośredni wpływ na wszystkie wyniki odnoszące się do naprężenia, w tym na wytrzymałość na rozciąganie, moduł, granicę plastyczności i krzywe naprężenie-wydłużenie. Już błąd pomiaru grubości wynoszący 0,1 mm może spowodować błąd rzędu 2,5%. Zautomatyzowane lub bezpośrednio podłączone przyrządy pomiarowe redukują błędy wprowadzania danych i poprawiają identyfikowalność danych pomiarowych.
- Prędkość badania: W przeciwieństwie do większości metali, tworzywa sztuczne – ze względu na swoje zachowanie lepko sprężyste – reagują bardzo wrażliwie na prędkość wydłużenia. Różne prędkości badania mogą wpływać na moduł rozciągania, naprężenie plastyczne, wytrzymałość na rozciąganie i wydłużenie przy zerwaniu. Dlatego ASTM D638, w zależności od właściwości materiałowych i właściwości odkształcenia, określa różne prędkości trawersy, które muszą być spójnie ustawiane, dokumentowane i wdrażane zgodnie z normą.
- Wybór ekstensometru: Pomiar wydłużenia jest jednym z najbardziej krytycznych aspektów podczas badań według ASTM D638. Nieodpowiedni dobór ekstensometru może znacząco wpłynąć na dokładność modułu, wydłużenie plastyczne i pomiar wydłużenia. Szczególne wyzwania pojawiają się przy badaniu miękkich polimerów, materiałów modyfikowanych udarnościowo, materiałów sztywnych i cienkich próbek. Wybór odpowiedniej technologii pomiaru wydłużenia jest często najważniejszą pojedynczą decyzją przy konfiguracji badania według ASTM D638.
- Wybór uchwytów mocujących i wyrównanie próbek:Nieprawidłowe mocowanie może prowadzić do poślizgu, przedwczesnych pęknięć w obszarze mocowania, naprężeń zginających, błędów osiowości i błędnych prędkości badania spowodowanych ruchami uchwytów próbek (kliny itp.). Wybór właściwego systemu mocowania zapewnia, że siły są równomiernie wprowadzane do próbki i pęknięcie następuje w obrębie długości pomiarowej.
- Kondycjonowanie w określonych warunkach otoczenia: Wiele polimerów jest silnie pod wpływem temperatury i wilgotności powietrza. Przykładami są poliamidy, PET, PBT, TPU i polimery pochodzenia biologicznego. Nieodpowiednie kondycjonowanie może prowadzić do znacznych odchyleń w sztywności, wytrzymałości i wydłużeniu.
- Wpływ użytkownika w przebiegu badania: Procesy manualne zwiększają rozrzut przy pomiarze próbki, zakładaniu ekstensometru, konfiguracji badania, analizie danych, a nawet przy przesyłaniu danych. Standaryzowane procesy, a w szczególności automatyzacja, poprawiają 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 ASTM D638 z ZwickRoell
Krytyczne kroki badania i rekomendowane rozwiązania ZwickRoell:
Pomiar próbki Rama obciążeniowa & Głowica pomiaru siły Uchwyty mocujące Prędkość badawcza Ekstensometr Warunki kondycjonowania i otoczenia Opcje automatyzacji
Tak przebiega badanie według ASTM D638:
Podczas badania rozciągania według ASTM D638 normowana tworzywowa próbka jest obciążana jednoosiowo do punktu płynięcia, do zdefiniowanego wydłużenia lub do pęknięcia.
- Przed badaniem określane są typ próbki, szerokość i grubość, ponieważ wszystkie wartości charakterystyczne odnoszące się do naprężenia opierają się na przekroju początkowym.
- Następnie próbka jest mocowana w odpowiednich uchwytach mocujących i centrycznie wyrównywana.
- Podczas badania maszyna wytrzymałościowa i ekstensometr rejestrują siłę, drogę trawersy i wydłużenie próbki. Z krzywej naprężenie-wydłużenie obliczane są wartości charakterystyczne, takie jak naprężenie rozciągające, moduł rozciągania, naprężenie plastyczne, wydłużenie plastyczne, wytrzymałość na rozciąganie, wydłużenie przy zerwaniu i opcjonalnie liczba Poissona .
- W zależności od materiału i celu badania istotne są różne prędkości badawcze, warunki kondycjonowania i metody pomiaru wydłużenia.
- Za pomocą testXpert można w standaryzowany sposób sterować i dokumentować parametry badania, zmiany prędkości, dane pomiarowe oraz analizę wyników.
Pomiar próby: Małe błędy pomiarowe wpływają bezpośrednio na wartości charakterystyczne
Dokładne określenie wymiarów jest podstawą wiarygodnych prób rozciągania. Błąd pomiaru grubości wynoszący 0,1 mm powoduje błąd wynoszący 2,5%!
Zautomatyzowane systemy pomiarowe, takie jak przyrząd do pomiaru przekroju poprzecznego CMU 30 firmy ZwickRoell, redukują poprzez bezpośrednią transmisję danych do testXpert błędy transmisji spowodowane przez operatora, przyspieszają procesy, poprawiają identyfikowalność i zapewniają, że wszystkie badania są przeprowadzane z konsystentnymi wartościami wejściowymi.
Wybór ramy obciążeniowej i głowicy pomiaru siły
Przy wyborze maszyny wytrzymałościowej chodzi o coś więcej niż wybór maksymalnej siły badawczej. Optymalny system zależy od typu materiału, oczekiwanego zakresu siły, geometrii próbki, pożądanego stopnia automatyzacji i konfiguracji ekstensometru.
Modularne uniwersalne maszyny badawcze firmy ZwickRoell umożliwiają szerokie spektrum zastosowań tworzyw sztucznych na wspólnej platformie.
Decydująca jest jednak nie tylko maksymalna siła badawcza, lecz także dokładność w dolnym zakresie siły. ASTM D638 wymaga dokładności pomiarowej wynoszącej ±1 % w odniesieniu do danej wartości mierzonej. Maszyny wytrzymałościowe ZwickRoell mogą osiągnąć 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
Różne materiały i nakłady badawcze wymagają różnych metod mocowania. Przykładami są pneumatyczne uchwyty mocujące, śrubowe uchwyty mocujące i klinowe uchwyty mocujące. Celem jest zawsze niezawodne mocowanie bez uszkodzenia próbki:
- Pneumatyczny uchwyt mocujący: Pneumatyczne uchwyty próbek zamykają się po naciśnięciu przycisku i umożliwiają dokładnie ustawioną siłę mocowania. Pokrywają one bardzo szeroki zakres zastosowań i nadają się do miękkich i twardych polimerów, wspierają bezpośrednie przenoszenie prędkości trawerzy na próbkę i są szczególnie sensowne, gdy wymagana jest wysoka powtarzalność, wiele badań dziennie lub automatyczne podawanie próbek .
- Śrubowy uchwyt mocujący: Śrubowe uchwyty mocujące zamykane manualnie dzięki ruchowi śruby. Nadają się one do półsztywnych do sztywnych tworzyw sztucznych i badań o wysokich wymaganiach wobec powtarzalności, jeśli manualny udział obsługi jest akceptowalny.
- Klinowy uchwyt mocujący: Klinowe uchwyty mocujące zamykane manualnie za pomocą ruchu dźwigni i są odpowiednie do częstych badań . Ponieważ siła mocowania podczas próby rozciągania jest budowana poprzez efekt klinowy, szybkość wydłużenia na próbce może się zmieniać. To powinno być uwzględnione przy porównywaniu wyników i wymaganiach dotyczących powtarzalności. Nadają się one dlatego szczególnie do wewnętrznych zadań zapewnienia jakości o niskich wymaganiach wobec powtarzalności z wartościami pomiarowymi innych laboratoriów.
- Korpus nad klinem uchwytu mocującego: Uchwyty mocujące typu korpus nad klinem są dostępne jako wariant manualny lub pneumatyczny i nadają się szczególnie do prób rozciągania do sztywnych do wysokowytrzymałych tworzywach sztucznych, przy których ważne bezpieczne osadzenie próbki i stabilne wprowadzanie siły . Manualne wykonanie jest niedrogim, solidnym i prostym rozwiązaniem do badań rutynowych. Wariant pneumatyczny oferuje zalety przy częstych badaniach lub wyższej przepustowości próbek, ponieważ redukuje on wpływ użytkownika i umożliwia bardziej równomierną siłę mocowania.
Dlaczego prędkość badania ma istotne znaczenie w normie ASTM D638
Reakcja mechaniczna tworzyw sztucznych zależy w dużym stopniu od prędkości wydłużenia. Wraz ze wzrostem prędkości badania często rośnie sztywność (moduł) oraz wytrzymałość, natomiast wydłużenie może maleć. Norma ASTM D638 określa różne prędkości badania w zależności od zachowania materiału i oczekiwanego wydłużenia. Aby uzyskać miarodajne porównania prędkość badania oraz zmiana prędkości muszą być konsekwentnie realizowane i dokumentowane .
Dzięki testXpert prędkości badania oraz zmiany prędkości są zapisywane w procedurze badawczej, automatycznie sterowane i dokumentowane. To redukuje błędy użytkownika i zapewnia, że badania są przeprowadzane zgodnie z normą przy użyciu tych samych parametrów.
Wybór ekstensometru
Nieodpowiedni ekstensometr może zafałszować wartości modułu, wydłużenie przy granicy plastyczności oraz wydłużenie przy zerwaniu. Ryzyko wzrasta w przypadku miękkich polimerów, bardzo cienkich próbek, dużych wydłużeń lub próbek wrażliwych na siły kontaktowe. Ekstensometr jest tym samym często najważniejszym komponentem w układzie pomiarowym zgodnym z ASTM D638.
- Manualnie nakładany ekstensometr / Ekstensometr Clip-on Do zalet należą efektywność kosztowa, wysoka dokładność oraz przydatność do wielu sztywnych tworzyw sztucznych. Do ograniczeń należą ręczne zakładanie oraz możliwy wpływ na miękkie materiały.
- Czujnik dotykowy: Ekstensometry z ramionami czujnikowymi, takie jak makroXtens oferują zalety takie jak w pełni automatyczna praca oraz możliwość, pozostania założonym na próbce aż do jej zerwania . Istnieje możliwość integracji pomiaru wydłużenia poprzecznego oraz zastosowania komór temperaturowych. Jeśli badane są bardzo zróżnicowane materiały, np. kruche tworzywa sztuczne i elastomery o bardzo dużych wydłużeniach próbki alternatywnie można zastosować multiXtens .
- Ekstensometr optyczny videoXtens jest dla wielu zastosowań zgodnych z ASTM D638 preferowanym rozwiązaniem. Do zalet należą bezdotykowy pomiar i tym samym brak wpływu na próbkę, brak wymaganej lokalizacji znacznika próbki, wysoka dokładność przy wyznaczaniu modułu i przydatność do dużych wydłużeń, idealne warunki do automatyzacji oraz opcja dla 2D DIC.
ASTM D638 Próba rozciągania w niskiej lub w podwyższonej temperaturze
Standardem jest pomiar próbek w stanie kondycjonowanym według metody A według ASTM D618. Jednakże norma ASTM D638 dopuszcza różne warunki kondycjonowania i pomiaru, dzięki czemu można przeprowadzać również badania w niskich lub podwyższonych temperaturach zgodnie ze specyfikacjami tej normy.
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.
Opcje automatyzacji dla ASTM D638
W przypadku prób rozciągania zgodnie z ASTM D638 zautomatyzowane rozwiązanie może okazać się opłacalne już od 10 prób 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 ASTM D638. 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 roboTest Alex do roboTest N do roboTest L do roboTest R Dlaczego automatyzacja?
Chcesz zautomatyzować badania według normy ASTM D638?
Twój lokalny ekspert ZwickRoell pomoże Ci wybrać odpowiedni stopień automatyzacji dla Twojego zastosowania.
Skorzystaj z bezpłatnej i niezobowiązującej konsultacji już teraz
Pewne i wydajne badania według normy ASTM D638 z oprogramowaniem badawczym testXpert
Oprogramowanie badawcze testXpert wspiera laboratoria w przeprowadzaniu badań zgodnie z normą ASTM D638 w sposób standaryzowany, identyfikowalny i przy ograniczonym wpływie użytkownika:
- Złożony standardowy program badawczy: Wartości charakterystyczne i parametry ASTM D638 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 obszary zastosowania normy ASTM D638
Norma ASTM D638 jest stosowana wszędzie tam, gdzie zachodzi potrzeba niezawodnego określania, porównywania lub dokumentowania właściwości wytrzymałościowych tworzyw sztucznych przy rozciąganiu:
- Rozwój materiałów i porównywanie Compoundów: Różne polimery, napełniacze, dodatki lub receptury można porównywać na podstawie modułu sprężystości przy rozciąganiu, granicy plastyczności, wytrzymałości na rozciąganie oraz wydłużenia przy zerwaniu.
- Zapewnienie jakości w produkcji seryjnej: Badania według normy ASTM D638 pomagają monitorować stabilność właściwości mechanicznych i wcześnie wykrywać odchylenia między szarżami, surowcami lub warunkami przetwarzania.
- Kontroli wejścia towaru: Dostarczone granulaty, półprodukty lub tłoczywa mogą być kontrolowane pod kątem ich mechanicznych wartości charakterystycznych.
- Badanie próbek pobranych z komponentu, odzwierciedlające warunki jego pracy: Próbki mogą być pobierane z komponentów lub wyprasek w celu oceny rzeczywistych właściwości materiału w kontekście całego elementu.
- Badanie małych ilości materiału: Jeśli dostępna jest tylko mała ilość materiału, na przykład w przypadku prototypów, części wytwarzanych przyrostowo lub analiz uszkodzeń, znaczenie mogą mieć mniejsze próbki, takie jak typ V.
- Badania starzenia i odporności na warunki atmosferyczne: Norma ASTM D638 nadaje się do oceny zmian mechanicznych wartości charakterystycznych po starzeniu, składowaniu w podwyższonej temperaturze lub w mediach, a także po ekspozycji na warunki atmosferyczne.
- Dopuszczenie materiałowe i badanie specyfikacji: Wyznaczone wartości charakterystyczne służą jako podstawa do dopuszczeń materiałowych, umów dostawy oraz specyfikacji technicznych.
- Globalne badania porównawcze: Przedsiębiorstwa z międzynarodowymi łańcuchami dostaw często potrzebują możliwości prowadzenia badań zarówno według normy ASTM D638, jak i ISO 527, aby spełnić zróżnicowane specyfikacje klientów.
Często zadawane pytania dotyczące ASTM D638
ASTM D638 jest stosowana do określania właściwości wytrzymałościowych tworzyw sztucznych wzmocnionych i niewzmocnionych przy rozciąganiu. Norma ta jest często stosowana do próbek wtryskiwanych, prasowanych, ekstrudowanych (wytłaczanych) oraz obrabianych skrawaniem, wykonanych z termoplastów i tworzyw termoutwardzalnych.
Typowymi materiałami są:
- Polipropylen (PP)
- Polietylen (PE)
- Poliwęglan (PC)
- ABS
- Poliamid (PA / Nylon)
- PBT
- PET
- PVC
- PEEK
- PPS
- Tworzywa sztuczne wzmocnione krótkimi włóknami
- Utwardzalne masy formierskie
ASTM D638 ma zastosowanie głównie do materiałów o grubości próbki wynoszącej od około 1 mm do 14 mm . Cienkie folie i arkusze o grubości mniejszej niż 1 mm są zazwyczaj badane zgodnie z normą ASTM D882 , natomiast materiały kompozytowe wzmacniane włóknami ciągłymi są zazwyczaj badane zgodnie z normą ASTM D3039 .
Próbki użyte do badania ASTM D638 są klasyfikowane według typu:
- ASTM D638 Typ I - Jako próbka badawcza najlepiej nadaje się wiosełko typu I, przy grubości 3,2 mm (1/8 cala) i długości pomiarowej 50 mm (2 cale) jest ono nadal stosunkowo zbliżone do grubości materiałów zwykle stosowanych w elementach i jednocześnie umożliwia dobrą dokładność pomiaru wydłużenia.
- ASTM D638 Typ II - O ile próbka typu I nie jest przeznaczona do spowodowania pęknięcia w wąskiej równoległej części próbki, ASTM D638 zaleca próbkę typu II, w której szerokość wąskiej równoległej części jest znacznie zmniejszona.
- ASTM D638 Typ III - Jeżeli w wyniku obróbki mechanicznej uzyskuje się próbki z materiału o grubości większej niż 7 mm, stosuje się próbki typu III. W tym przypadku zwiększa się szerokość wąskiego odcinka równoległego, a także szerokość ramion i długość całkowitą, tak że grubość próbki pozostaje mniejsza niż szerokość. W przypadku arkuszy o grubości powyżej 14 mm grubość reguluje się poprzez obróbkę mechaniczną.
- ASTM D638 Typ IV - Próbka typu IV jest szczególnie odpowiednia do badania bardzo miękkich polimerów (np. gumy) i jest używana, gdy zamierza się porównać miękkie i sztywniejsze polimery.
- ASTM D638 Typ V - Jeżeli dostępna jest tylko niewielka ilość materiału lub jeśli wyjęcie z elementu składowego nie pozwala na pobranie większej próbki do badań, wówczas stosuje się próbkę typu V, która jest mniejsza we wszystkich wymiarach w porównaniu z próbką typu I.
Próbki typu V zgodnie z ASTM D638 przeznaczone są do zastosowań, w których dostępna jest ograniczona ilość materiału lub w których nie jest możliwe pobranie większych próbek z ocenianego elementu.
- Typowymi zastosowaniami są:
- Projekty rozwoju materiałów
- Komponenty prototypowe
- Próbki badawcze z produkcji addytywnej
- Małe części formowane
- Analizy uszkodzeń
- Obrobione maszynowo próbki badawcze wykonane z gotowych komponentów
Ponieważ próbki typu V mają znacznie mniejszy przekrój poprzeczny i krótszą długość pomiarową niż standardowe próbki typu I, należy zwrócić szczególną uwagę na wyrównanie próbki, jej zamocowanie i pomiar naprężeń, aby zagwarantować dokładne i powtarzalne wyniki.
L0 Długość pomiarowa
L Długość mocowania
l1Długość wąskiej części równoległej/średnica wewnętrzna
l2 Odległość pomiędzy szerokimi, równoległymi częściami
l3 Długość całkowita / średnica zewnętrzna
b2 Szerokość próby w obszarze wiosełka
b1 Szerokość próby w obszarze wiosełka
h Grubość próby
| Norma | Próbka - typ | Uwaga | l3 mm | l1 mm | b2 mm | b1 mm | h mm | L0 mm | L mm |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| ASTM D638 | Typ I | Preferowany kształt próby dla sztywnych tworzyw sztucznych | ≥165 | 57±0,5 | 19+6,4 | 13±0,5 | 3,2±0,4 | 50±0,25 | 115±5 |
| ASTM D638 | Typ II | preferowany, jeśli Typ1 nie pęka w wąskim przekroju | ≥183 | 57±0,5 | 19+6,4 | 6±0,5 | 3,2±0,4 | 50±0,25 | 135±5 |
| ASTM D638 | Typ III | dla grubości próby większej niż 7 mm (sztywne i miękkie tworzywa sztuczne) | ≥246 | 57±0,5 | 29+6,4 | 19±0,5 | 7...14 | 50±0,25 | 115±5 |
| ASTM D638 | Typ IV | do porównań sztywnych i miękkich tworzyw sztucznych | ≥115 | 33±0,5 | 19+6,4 | 6±0,05 | 3,2±0,4 | 25±0,13 | 65±5 |
| ASTM D638 | Typ V | mniejsze próby niż komponenty | ≥63,5 | 9,53 | 9,53+3,1 | 3,18±0,5 | 3,2±0,4 | 7,62 | 25,4±5 |
Prawidłowe kondycjonowanie próbek jest kluczowe dla uzyskania spójnych i porównywalnych wyników badań według normy ASTM D638. Wiele polimerów reaguje wrażliwie na zawartość wilgoci i temperaturę. Różnice w kondycjonowaniu mogą znacząco wpłynąć na następujące wartości charakterystyczne:
- Moduł rozciągania
- Naprężenie przy granicy plastyczności
- Wytrzymałość na rozciąganie
- Wydłużenie niszczące
Jest to szczególnie ważne w przypadku materiałów higroskopijnych, takich jak poliamid (PA), PET, PBT oraz wiele polimerów pochodzenia biologicznego.
Norma ASTM D638 odwołuje się do standardowych warunków laboratoryjnych w zakresie kondycjonowania i zaleca kondycjonowanie próbek przed badaniem, jeśli jest to wymagane przez specyfikację materiałową. W celu uzyskania miarodajnych porównań między laboratoriami należy zawsze stosować identyczne procedury kondycjonowania .
W przypadku wielu rutynowych zastosowań zgodnych z ASTM D638 ekstensometr nakładany zapewnia wystarczającą dokładność i pozostaje powszechnie stosowanym rozwiązaniem.
Ekstensometry nakładane nadają się szczególnie do:
- Zastosowań w kontroli jakości
- Sztywnych termoplastów
- Materiałów o umiarkowanym wydłużeniu
- Standardowych pomiarów wytrzymałości na rozciąganie i modułu sprężystości
Ekstensometry przypinane wymagają jednak ręcznego zakładania i mogą czasami wpływać na zachowanie bardzo miękkich, cienkich lub wysoce rozciągliwych próbek. Dla laboratoriów, które wymagają maksymalnej powtarzalności, wysokiej przepustowości lub badania wymagających materiałów, pomiar wydłużenia za pomocą ekstensometrów z mackami pomiarowymi lub ekstensometrów optycznych oferuje często wyraźne korzyści.
Wymagana wydajność maszyny wytrzymałościowej zależy przede wszystkim od przekroju poprzecznego próbki oraz oczekiwanej wytrzymałości materiału na rozciąganie.
Dla większości zastosowań według ASTM D638 dotyczy:
- 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. Chociaż norma ASTM D638 stanowi pragmatyczną charakterystykę właściwości rozciągających, zasadą przewodnią normy ISO 527 jest wysoka porównywalność wyników badań pomiędzy laboratoriami, firmami i granicami państw. Chociaż oba określają podobne właściwości mechaniczne, procedury badawcze nie są bezpośrednio wymienne.
Najważniejszymi różnicami są:
- Geometrie próbek & Długości pomiarowe: ASTM D638 Typ I jest preferowaną próbką do sztywnych tworzyw sztucznych w postaci wiosełka o całkowitej długości 165 mm, grubości 3,2 mm (1/8 cala) i długości pomiarowej 50 mm (2 cale), jak nadal jest stosunkowo zbliżona do zwykłych grubości materiałów w komponentach, a jednocześnie zapewnia dobrą dokładność pomiaru wydłużenia. Preferowaną próbką wiosełkową zgodnie z ISO 527-2 jest typ 1A (formowany wtryskowo) o całkowitej długości 170 mm, grubości 4 mm i długości pomiarowej 75 lub 50 mm. Podczas gdy ASTM opisuje pięć typów próbek, ISO ogranicza próbki do badań do 2 typów, aby osiągnąć wysoki poziom precyzji porównawczej.
- Wymagania, dotyczące pomiaru wydłużenia
- Definicje prędkości badawczej
- Procedury określania niektórych wyników
ASTM D638 jest stosowana głównie w Ameryce Północnej, podczas gdy ISO 527 jest częściej specyfikowana na arenie międzynarodowej.
Ponieważ te różnice mogą wpływać na zmierzone wartości, takie jak moduł, granica plastyczności, wytrzymałość na rozciąganie i wydłużenie, wyniki określone według ASTM D638 nie powinny być bezpośrednio porównywane z wynikami według ISO 527, chyba że różnice metodyczne są w pełni zrozumiane i udokumentowane.
Dla przedsiębiorstw, które dostarczają produkty na całym świecie, powszechną praktyką jest utrzymywanie możliwości badawczych zarówno dla ASTM D638, jak i dla ISO 527.
Tworzywa sztuczne wzmocnione włóknem długim, takie jak CFK, są mierzone w próbie rozciągania według ASTM D3039 . Materiały te, w zależności od kierunku i struktury laminatu lub tkaniny, mogą wykazywać bardzo zróżnicowane właściwości. Wymagają one dlatego często specjalnych próbek i procedur badawczych.
W przypadku kruchych tworzyw sztucznych i tworzyw sztucznych, które nie mają granicy plastyczności, wydłużenie przy zerwaniu określa się bezpośrednio za pomocą ekstensometru mechanicznego lub bezkontaktowego. W przypadku tworzyw termoplastycznych mających granicę plastyczności nominalne wydłużenie przy zerwaniu mierzy się na podstawie drogi przemieszczenia zacisku ciągnącego maszyny wytrzymałościowej.
Wytrzymałość na rozciąganie to najwyższe naprężenie rozciągające, jakie może osiągnąć próbka podczas próby rozciągania . Ta wytrzymałość na rozciąganie może wystąpić w granicy plastyczności, wówczas nazywa się ją „wytrzymałością na rozciąganie w granicy plastyczności”. Jeżeli wytrzymałość na rozciąganie występuje na krótko przed zniszczeniem próbki, nazywa się ją „wytrzymałością na rozciąganie przy zerwaniu”.
ASTM E132 oferuje odpowiednią metodę badawczą do pomiaru liczby Poissona w temperaturze pokojowej. Jednakże w przypadku niewzmocnionych tworzyw sztucznych do celów obliczeniowych można zwykle zastosować stałą wartość liczby Poissona, ponieważ jest on w dużej mierze stały.
Oprócz kształtów próbek norma ASTM D638 opisuje również dokładność, z jaką należy zmierzyć wymiary próbek.
- Szerokość próbek tworzyw sztucznych można określić za pomocą suwmiarki, mikrometru lub przyrządu do pomiaru przekroju poprzecznego
- Grubość próbek tworzyw sztucznych mierzy się za pomocą mikrometru lub przyrządu do pomiaru przekroju poprzecznego
- Siła pomiarowa wynosi od 5 do 15 N, powierzchnie pomiarowe są okrągłe i płaskie, zwykle o średnicy 1/4 cala (6,5 mm). Możliwe są inne elementy kontaktowe
- Pomiar przeprowadza się w środku próbki i w obrębie długości pomiarowej. Próbki formowane wtryskowo mierzy się w odległości 5 mm od środka długości pomiarowej
- Błąd pomiaru grubości wynoszący 0,1 mm powoduje błąd wynoszący 2,5%!
Zmienne mierzone zgodnie z ASTM D638 to droga trawersy ewentualnie zmiana odległości mocowania i bezpośrednio mierzone wydłużenie próbki. Podczas pomiaru drogi trawersy wymagana jest dokładność ± 10% w oparciu o odpowiednią zmierzoną wartość w ASTM D638 . Droga trawersy służy w szczególności do określenia nominalnego wydłużenia przy zerwaniu , dlatego mierzone drogi są zwykle stosunkowo duże.
Moduł sprężystości przy rozciąganiu określa się za pomocą ekstensometrów bezpośrednio mierzących. Dopuszczalny błąd określenia wydłużenia wynosi 0,0002 [mm/mm]. Odpowiada to błędowi wydłużenia wynoszącemu 0,02% lub – przy długości pomiarowej 50 mm – dopuszczalnemu błędowi drogi wynoszącemu 0,01 mm.
Do pomiaru granicy plastyczności i małych wydłużeń do około 20%, ASTM D638 wymaga zgodności z klasą C zgodnie z normą do wzorcowania ASTM E83. Dla wydłużeń do 10% oznacza to stałą, maksymalną dopuszczalną wartość błędu w wyznaczaniu wydłużenia wynoszącą 0,001 [mm/mm], co odpowiada wydłużeniu 0,1%. Przy pomiarze większych wydłużeń błąd względny nie może przekraczać ± 1% odpowiedniej zmierzonej wartości.
W przypadku pomiaru wydłużeń większych niż 20% norma ASTM D638 dopuszcza względny błąd pomiaru wynoszący ± 20%, który można łatwo osiągnąć nawet za pomocą stosunkowo prostych ekstensometrów .
Downloads do ASTM D638
- 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
