ASTM D6641 Combined Loading Compression
ASTM D6641, basınç yükü altında fiber kompozit laminatların elastikiyet modülünü, mukavemetini ve kopma uzamasını belirlemek için kullanılan standart bir test yöntemidir. Test, 0°, 90° veya çok yönlü UD laminatlar, dokuma ve örgü kompozitler veya kesikli ve rastgele dağıtılmış takviye liflerine sahip fiber kompozitler (ör. kesik fiber kompozitler, SMC) için uygundur.
Combined Loading Compression testinde, normal kuvvet bileşeni uç yüzeyler üzerinden ve kesme kuvveti bileşeni numunenin sıkıştırılmış kısmı üzerinden kombine bir kuvvet uygulanır. Bu birleşik kuvvet uygulaması, özellikle yüksek mukavemetli fiber kompozit laminatlar üzerindeki basma testleri için avantajlıdır. Optimum sonuçlara ulaşmak için, numune uç yüzeylerinin paralelliği ve uç yüzeylerinin yükleme yönüne dikliği için standartta belirtilen toleranslara uyulması esastır.
ASTM D6641'e göre, hem kaplamasız numuneler (Prosedür A) hem de kaplama uygulanmış numuneler (Prosedür B) kullanılabilir. Daha fazla bilgi için aşağıdaki “Numuneler ve Boyutlar” bölümüne bakın.
Uzun veya sürekli elyaf takviyeli plastiklerde basma testleri için sıklıkla kullanılan test standartları, saf End Loading prensibine göre ASTM D695 veya DIN EN 2850 Yöntem B ve saf Shear Loading prensibine göre ASTM D3410 veya ISO 14126 Yöntem 1'dir. Bir başka standartlaştırılmış Combined Loading Compression testi, ISO 14126 Yöntem 2'de açıklanmaktadır.
Amaç ve karakteristik değerler Test uygulaması CLC Test ekipmanı Test cihazları Uzama ölçümü Test koşulları Test numunesi
ASTM D6641'e göre testin amacı ve belirlenen karakteristik değerler
ASTM D6641'e göre kompozitler için basınç testleri, malzeme geliştirme ve kalifikasyon sırasında mekanik basınç özelliklerinin belirlenmesi, kompozit yapıların tasarımı ve kalite güvencesi için karakteristik değerlerin belirlenmesi amacıyla gerçekleştirilir.
ASTM D6641'e göre Combined Loading Compression testi ile aşağıdaki karakteristik sonuçlar ve değerler belirlenebilir:
- Basınç gerilimi: Numunenin başlangıç kesitine göre basınç kuvveti
- Sıkıştırma: Yük yönünde başlangıç ölçüm uzunluğuna göre ölçüm uzunluğunda değişiklik
- Basınç modülü: Elastik alanda belirli bir uzama aralığında basma testinde gerilim ve sıkıştırma eğrisinin eğimi. Elastik modül veya E-modülü olarak da bilinir
- Basınç mukavemeti: Basma testinde belirlenen maksimum basınç gerilimi
- Kopma uzaması: Basınç dayanımına ulaşıldığında sıkıştırma
Boyuna ve enine yönlerdeki uzamayı ölçebilen çift eksenli uzama ölçer kullanıldığında, Poisson oranı ASTM D6641'e göre basma testinde de belirlenebilir ve standartta buna göre ele alınmıştır.
Ancak, basma testindeki serbest numune uzunluğunun nispeten küçük olması nedeniyle bu pratik değildir ve bu nedenle nadiren kullanılır. Poisson oranını belirlemek için ASTM D3039 ve ISO 527-4-5’e göre çekme testi çok daha uygundur.
ASTM D6641'e göre basma testi nasıl yapılır?
Aşağıda kompozitler üzerinde Combined Loading Compression testinin nasıl yapılacağı ve bu amaçla gerekli olan test cihazları, test ekipmanları ve uzama ölçerler hakkında önemli bilgiler bulacaksınız. ASTM D6641 hakkında detaylı bilgi için standardın satın alınması önemlidir.
ASTM D6641 Combined Loading Compression test fikstürü
ASTM D6641'e göre Combined Loading Compression (CLC) testi için, numunenin uç yüzeyleri ve kelepçeli kısmı üzerinden kuvvetin birlikte uygulanmasına olanak tanıyan bir test fikstürü gereklidir.
Standarda göre gösterilen Combined Loading Compression cihazında, numunenin sıkıştırılması, cihazın üst ve alt kısımlarında birbirine doğru hareket eden 4 vida ile gerçekleştirilir. Numunenin uç yüzeyleri, cihazın uç yüzeyleriyle aynı hizadadır. Numunenin yerleştirildiği test ekipmanı, paralel, sertleştirilmiş basma plakaları arasına yerleştirilir ve numune kırılıncaya kadar basınç uygulanır.
ASTM D6641'e göre, numuneye birleşik kuvvet uygulanması prensibine karşılık gelen Combined Loading Compression testi için de benzer bir test fikstürü kullanılabilir:
IMA Dresden tarafından geliştirilen ve ZwickRoell tarafından münhasıran sunulan Hydraulic Composites Compression Fixture (HCCF), 250 kN'ye kadar kompozitler üzerinde basma testleri yapmak için kullanılan, son derece çok yönlü bir basınç aparatıdır ve ASTM D6641'e göre Combined Loading Compression testi için de uygundur.
HCCF'nin bazı avantajları ve özellikleri:
- Combined Loading Compression prensibine (ASTM D6641, ISO 14126 Yöntem 2 veya Airbus AITM 1-0008) dayalı basma testlerinin gerçekleştirilmesine olanak tanır.
- Basma testlerinin saf Shear-Loading Prinzip (ASTM D3410 oder ISO 14126 Methode 1) prensibi kullanılarak gerçekleştirilmesine olanak sağlar.
- 250 kN'ye kadar basma kuvvetleri için
- 35 mm'ye kadar numune genişlikleri ve 10 mm'ye kadar laminasyon kalınlıkları için
- HCCF test cihazında kaldığı için test sırasında hızlı numune işleme
- hassas hizalanmış sıkıştırma çeneleri ve test sırasında sıkıştırma çenelerinin bağıl hareketinin olmaması
- Numunenin serbest kısmının kısıtlanmamış görünümü, Dijital Görüntü Korelasyonu (DIC) gibi optik uzama ölçüm yöntemlerinin kullanılmasını sağlar.
Uyarı: ASTM D6641 numunenin serbest kısmındaki zıt yüzeylerde bilateral uzama ölçümü yapılmasını gerektirir. ASTM D6641 nominal numune geometrisinin 13x13mm²'lik nispeten küçük bir alanı olması nedeniyle, uzama ölçerler genellikle uzama ölçümü için en uygun yöntemdir.Daha fazla bilgi için aşağıdaki “Uzama ölçümü” bölümüne bakın.
- Numune sıkıştırma sırasında yapıştırıcı tabaka veya kaplama kalınlığındaki sapmalardan kaynaklanan deformasyon, her iki taraftaki uzama ölçerler arasında >150 µe'lik bir mutlak farkla tespit edilebilir ve sıkıştırma çeneleri açılıp ara parça takılarak hızlı ve kolay bir şekilde düzeltilebilir.
- -60°C ile +150°C arasındaki sıcaklıklarda basma testleri için kullanılabilir
- Hidrolik el pompaları, numunenin çok hassas bir şekilde sıkıştırılmasını sağlar
HCCF için, ölçek desenli veya termal kaplama işlemi kullanılarak pürüzlü bir yüzeye sahip çene ağızları mevcuttur. Termal kaplamalı sıkıştırma çeneleri, yapıştırıcı kullanılmadan numuneler test edildiğinde kullanılmalıdır (ASTM D6641 Prosedür A).
ASTM D6641 için test cihazları
Nominal numunelerle ASTM D6641'e göre basma testleri ve elyaf takviyeli plastikler için birçok diğer standart test yöntemi için 100 kN'luk bir AllroundLine test cihazının kullanılması genellikle yeterlidir. Isı kabininde basma testlerinin yapılabilmesini sağlayan üst ve alt kısımda HCCF basma ekipmanı ve uzatma çubukları bulunan basma testleri için test düzeneği gösterilmektedir. Oda sıcaklığında basma testleri için uzatma çubuğuna gerek yoktur. Gösterilen 100 kN makine konfigürasyonu ile, çekme testleri için mekanik gövde üstü kamalı çeneler kullanılarak farklı test düzenekleri ve test fikstürleri arasında kolayca geçiş yapmak mümkündür (sağ üstteki küçük resme bakın). Ayrıca, çenelerin kolayca çıkarılabilmesi, test cihazının tüm çalışma alanının standart dışı testler için kullanılmasına olanak tanır. Ayaklar, çalışma alanı yüksekliğinin bireysel ve ergonomik olarak ayarlanmasını sağlar.
Sadece cam elyaf takviyeli plastikler (GFK) test ediliyorsa, genellikle maksimum 50 kN kuvvet uygulayabilen bir statik test cihazı yeterlidir.
Modüler kompozit test sistemi
Yüksek test hacmine sahip büyük test laboratuvarları, çok çeşitli kompozit test yöntemleri için farklı test cihazları kullanarak dönüşüm maliyetlerini en aza indirir. Her bir test cihazı, farklı test türlerinin kuvvet aralığına göre ayarlanabilir. Eğer test hacmi çok yüksek veya düzenli değilse ve birden fazla test cihazına yatırım yapmaya değmiyorsa, mümkün olduğunca çok test prosedürünün mümkün olan en az dönüşüm çabasıyla gerçekleştirilebilmesi için tek bir test cihazının donatılması avantajlıdır.
Bu amaçla ZwickRoell, 21 test yöntemini ve yaklaşık 120 test standardını (ISO, EN, ASTM ve Airbus AITM ve Boeing BSS) kapsayan ve elyaf kompozitlerin oda sıcaklığında veya -80 °C ile +360 °C arasındaki düşük veya yüksek sıcaklıklardaki testlerde kapsamlı karakterizasyonuna olanak tanıyan, statik 100 kN veya 250 kN test cihazı olarak kullanılabilen modüler bir konsept geliştirdi.
testXpert test yazılımı sayesinde ASTM D6641'e göre güvenilir test
testXpert test yazılımı, ASTM D6641'e göre verimli test ve güvenilir test sonuçları sağlar:
- Standartları inceleme zahmetinden kurtulun: Standart test spesifikasyonları sayesinde standartlara uygunluk garantilidir - tüm ASTM D6641 parametreleri ve değerleri zaten dahildir.
- Çevresel cihazların bağlanmasıyla maksimum test verimliliği elde edilir: Numune ölçülerinin doğrudan mikrometre veya kumpastan test yazılımına gönderilmesi zamandan tasarruf sağlar ve giriş hatalarını ortadan kaldırır.
- Ayrıca, haznedeki sıcaklığı yazılım aracılığıyla denetleyin ve kontrol edin. Sıcaklık artışlarını ayarlayın ve elde edilen değerleri geriye dönük olarak bile net bir şekilde görün.
ASTM D6641’e göre basma testinde uzama ölçümü
ASTM D6641'e göre basma testi, numunenin serbest desteksiz alanında iki taraflı ve bağımsız bir uzama ölçümü (Gauge Length) gerektirir. Nominal numune geometrisinin 13x13 mm2 gibi nispeten küçük bir alana sahip olması nedeniyle, uzama ölçümünde çift taraflı uygulanan uzama ölçerlerin (DMS) kullanımı en uygun yöntemdir.
Numune üzerindeki üst üste binen eğilme deformasyonlarını tespit etmek ve geçerli testleri geçersiz testlerden ayırmak için numunenin her iki tarafında bağımsız bir uzama ölçümü gereklidir. Aşağıdaki “Test koşulları – Üst üste binen eğilme deformasyonunun izlenmesi (Yüzde eğilme)” bölümüne bakın.
HCCF basma ekipmanının açık tasarımı sayesinde, her iki tarafta bağımsız ölçüm yapan Clip-on ekstansometre kullanımı mümkündür. Ancak bu, en az 13 mm'lik bir serbest uzunluk gerektirir. ASTM D6641'e göre daha büyük bir serbest uzunluğa izin verilebilir ve Euler burkulmasını önlemek için numune kalınlığının uygun şekilde boyutlandırılması koşuluyla, Clip-on ekstansometre kullanımı için avantajlıdır.
ASTM D6641'e göre test koşulları
Test hızı
ASTM D6641'e göre nominal test hızı 1,3 mm/dak'dır.
Geçerli numune arızası
Numune arızasının belgelenmesi için ASTM D6641, numune boyunca arıza modunu ve konumunu açıkça tanımlayan 3 harfli bir kod sağlar. Elyaf mimarisi ve test edilen laminata bağlı olarak, basma testinde farklı geçerli arıza türleri ortaya çıkabilir, örneğin numune genişliği boyunca kırılma, numune kalınlığı boyunca açılı kayma kırılması (genellikle 90° UD laminatlarda basma testlerinde), bükülme şeridi, brooming, bölünme, delaminasyon veya çeşitli geçerli arıza türlerinin kombinasyonları.
Basma testi yalnızca numune serbest uzunluğu içinde kırılırsa geçerlidir. Serbest uzunluğun orta bölgesinde oluşan bir kırılma ideal duruma karşılık gelmekte, ancak serbest uzunluğun kısa olması ve kırık yüzeylerinin kısmen açılı olması nedeniyle, sıkıştıran çene ağızlarından serbest bölgeye geçişte veya kaplamadan serbest bölgeye geçişte de kırılmalar meydana gelmektedir. Bu aynı zamanda geçerli bir numune arızası olarak kabul edilir.
Geçersiz arıza modları arasında, numune uç yüzeylerindeki Euler burkulması veya arızası ile sıkıştırma alanındaki her türlü numune arızası bulunur.
Üst üste binen eğilme deformasyonunun izlenmesi (Yüzde Eğilme)
ASTM D6641'e göre genel olarak geçerli bir bama testi için geçerli numune arızasına ek olarak, basınç yüküne binen eğilme deformasyonu belirtilen aralığı aşmamalıdır. Bu amaçla hesaplanan yüzde eğilme değeri, numunenin her iki tarafında ölçülen ε1 ve ε2 uzama sinyalleri kullanılarak By=(ε1-ε2)/(ε1+ε2)×100 formülü kullanılarak hesaplanır.
Geçerli bir test için aşağıdakiler geçerlidir: 2000µε'de Young modülü tayininin orta uzama aralığında By<%10 ve basınç dayanımı ve kopma uzaması için By<%10.
Laminatın kopma dayanımına yakın bir noktasında ön arıza nedeniyle uzama sinyalinde çatlak ve süreksizlikler oluşursa, basınç dayanımının %90'ında yüzde eğilme kriteri sağlansa bile test geçerlidir.
Isı aralığı
Elyaf takviyeli plastiklerin mekanik özellikleri sıcaklığa oldukça bağlı olduğundan, testler yalnızca oda sıcaklığında değil, aynı zamanda düşük ve yüksek sıcaklıklarda da gerçekleştirilir. Bunun için ZwickRoell HCCF basma ekipmanı -60° ila +150°C sıcaklık aralığında kullanılabilir; bu, otomotiv uygulamaları için -40° ila +80°C (+120°C) ve havacılık için -55°C ila +120°C arasındaki genel sıcaklık test aralıklarını kapsar.
ASTM D6641 Numune ve Boyutlar
| Numune tipi | Numunenin şematik gösterimi | Notlar |
|---|---|---|
| üst üste bindirmesiz (Prosedür A) |  | %50'den az 0° katmanlı çok yönlü laminatlar için, numunenin uç yüzeylerinde arıza önlenebiliyorsa ve bunun için önerilen seviyenin üzerinde güçlü bir sıkma kuvveti artışı gerekmiyorsa kullanılabilir. |
| yapıştırıcı ile (prosedür B) |  |
|
- ±45° GRP laminat, uygun bir yapıştırıcı ile test edilecek laminata yapıştırılan kaplama malzemesi olarak kullanılabilir. 2,5 mm'ye kadar numune kalınlıkları için yaklaşık 1,6 mm kaplama kalınlıklarının etkili olduğu kanıtlanmıştır. Daha kalın numuneler için, gerekirse daha kalın yapıştırıcılar seçilmelidir.
- ASTM D6641, nominal numune kalınlığını tanımlamaz. Genellikle 2 ila 3 mm'lik numune kalınlıkları test edilir. Kullanılan basma testi aparatı izin verdiği sürece, daha kalın laminatlar da test edilebilir. Daha ince numune kalınlıkları, özellikle düşük sertliğe sahip laminatlar için, standartta belirtilen Euler burkulma tasarımına uyulmalıdır
- HCCF basma ekipmanı, başlangıçta Airbus AITM 1-0008'e göre Combined Loading Compression testi için geliştirilmiştir. AITM 1-0008'de belirtilen sıkıştıran çene ağzı uzunluğu 65 mm'dir. Bu nedenle, HCCF'nin orijinal sıkıştıran çene ağızları nominal ASTM D6641 numune geometrisi için 1,5 mm uzundur. ASTM D6641'e göre Combined Loading Compression testini HCCF ile gerçekleştirmek için 143 mm uzunluğunda bir basma numunesi kullanılmalıdır. Alternatif olarak, 140 mm nominal numune uzunluğuna göre tasarlanmış uygun sıkıştıran çene ağızları kullanılabilir.
