Firma: TeMeCo

Zugversuch nach ISO 527

Die Methoden der Norm

Die mechanische Prüfung von Kunststoffen ist ein wesentlicher Bestandteil moderner Werkstofftechnik. Die Norm ISO 527 stellt dabei einen zentralen Standard dar, der die Bestimmung der mechanischen Eigenschaften von Kunststoffen regelt. In diesem Artikel erfahren Sie, welche Aspekte besonders wichtig sind und wie Sie die Norm optimal anwenden können.

Die allgemeinen Grundsätze sind in der Prüfnorm ISO 527-1 beschrieben, während die Prüfungen in den Teilen 2 bis 5 beschrieben sind.

  • Teil 1: Allgemeine Grundsätze 
  • Teil 2: Prüfbedingungen für Form- und Extrusionsmassen 
  • Teil 3: Prüfbedingungen für Folien und Tafeln 
  • Teil 4: Prüfbedingungen für isotrop und anisotrop faserverstärkte Kunststoffverbundwerkstoffe 
  • Teil 5: Prüfbedingungen für unidirektional faserverstärkte Kunststoffverbundwerkstoffe 

Die entsprechende US-Norm ist die ASTM D638.

An die Prüfmaschine werden hohe Anforderungen gestellt. Einerseits betrifft das die Kraftmessung, dann aber auch die Prüfgeschwindigkeit und Dehnungsmessung. Für die hinreichend genaue Dehnungsmessung zur E-Modul Bestimmung ist zwingend ein Extensometer erforderlich. Die meisten Proben haben eine Messlänge von 50 oder 75mm. Und da der Modul bei einer sehr geringen Dehnung von 0.05 bis 0.25% zu ermitteln ist, ergibt sich für das Extensometer eine geforderte Genauigkeitsklasse 0.5. Hierfür sind Anklemm-, Video- und spezielle Langweg-Extensometer geeignet.

In der ISO527 wird die Ermittlung der Kennwerte E (Elastizitätsmodul), Rp (Streckspannung), Rm (Zugfestigkeit), A (Bruchdehnung), μ (Poissonzahl) anhand eines Zugversuches beschrieben.

Es werden zwei Methoden beschrieben:
  • Methode A (ohne Extensometer)
  • Methode B (mit Extensometer)
 

Probenvorbereitung: Der Schlüssel zu präzisen Ergebnissen

Ein entscheidender Faktor für reproduzierbare Ergebnisse ist die korrekte Probenvorbereitung. ISO 527 legt die exakte Geometrie der Probekörper fest. Für Kunststofffolien beispielsweise sind die Vorgaben von ISO 527-3 relevant, während starrere Materialien nach ISO 527-2 getestet werden.

Die Proben sollten frei von Oberflächenfehlern und sauber bearbeitet sein. Zusätzlich müssen sie vor der Prüfung konditioniert werden, um Einflüsse wie Feuchtigkeit oder Temperatur zu minimieren.

Wie lange und unter welchen Bedingungen müssen Proben konditioniert werden? Die Konditionierungszeit und -temperatur richten sich nach den Materialeigenschaften und der Umgebung. Oft wird eine Konditionierung von 24 Stunden bei 23 °C und 50 % relativer Luftfeuchtigkeit empfohlen.

Durchführung des Zugversuchs

Der Zugversuch nach ISO 527 erfordert eine präzise Einstellung der Prüfmaschine. Hier einige zentrale Punkte:

  • Prüfgeschwindigkeit: Die Norm definiert verschiedene Geschwindigkeiten, die von der Art des Materials abhängen. Typischerweise wird eine Geschwindigkeit von 1 mm/min bis 50 mm/min verwendet, je nach Probekörper und Material. Für die Ermittlung des Elastizitätsmoduls wird eine langsame Geschwindigkeit von 1 mm/min bevorzugt.

  • Umgebungstemperatur: Die Tests sollten in einem kontrollierten Temperaturbereich durchgeführt werden. Standardbedingungen sind 23 °C, sofern keine anderen Anforderungen bestehen.

  • Kalibrierung: Die Prüfmaschine muss regelmässig kalibriert werden, um Messfehler zu vermeiden.

Wie wird der Elastizitätsmodul (E-Modul) gemessen? Der E-Modul wird aus dem linearen Bereich der Spannungs-Dehnungs-Kurve ermittelt. Dies erfolgt meist bei niedrigen Belastungen, um sicherzustellen, dass das Material sich im elastischen Bereich befindet. Die Norm empfiehlt eine lineare Regression im Bereich zwischen 0,05 % und 0,25 % Dehnung.

Ausstattung der Prüfmaschine: Für jede Methode die passende Ausrüstung

Eine leistungsfähige Prüfmaschine ist entscheidend, um die Anforderungen der ISO 527 zu erfüllen. Die folgende Ausstattung ist für die unterschiedlichen Methoden erforderlich:

  • Zugprüfvorrichtung: Grundlegend ist eine präzise und stabile Zugprüfvorrichtung, die hohe Genauigkeit bei Kraft- und Wegmessung bietet.

  • Kraftaufnehmer: Für die Messung der Zugkräfte in verschiedenen Bereichen. Wählen Sie einen Kraftaufnehmer, dessen Messbereich optimal auf das zu prüfende Material abgestimmt ist.

  • Dehnungsmessung: Optische oder mechanische Extensometer sind notwendig, um genaue Dehnungswerte zu erfassen. Für steife Materialien eignen sich mechanische Extensometer, während für dehnbare Materialien berührungslose Systeme wie Video- oder Laserextensometer besser geeignet sind.

  • Klimakammer: Für Prüfungen bei unterschiedlichen Temperaturen ist eine integrierte Klimakammer erforderlich.

  • Software: Moderne Prüfsoftware ermöglicht die Steuerung der Prüfparameter und die Auswertung der Ergebnisse gemäss den Vorgaben der Norm.

Welche Zusatzausstattung wird für den Test von Folien oder Verbundwerkstoffen benötigt? Für Folien sind spezielle Spannvorrichtungen erforderlich, die ein Verrutschen der Proben verhindern. Verbundwerkstoffe erfordern oft zusätzliche Dehnungsmesssysteme, die auch bei unregelmässigen Bruchstellen präzise arbeiten.

Welche Eigenschaften werden ermittelt?

Die wichtigsten mechanischen Kenngrössen, die bei einem Zugversuch nach ISO 527 ermittelt werden, sind:

  • Zugfestigkeit: Maximale Spannung, die ein Material aushält.

  • Elastizitätsmodul: Ein Mass für die Steifigkeit des Materials.

  • Bruchdehnung: Die Dehnung des Materials zum Zeitpunkt des Bruchs.

Was tun, wenn das Material keine klare Bruchstelle zeigt? In solchen Fällen wird die maximale Dehnung bei einer definierten Kraft (z. B. 90 % der Maximalspannung) angegeben.

ISO 527 und andere Normen: Wo liegen die Unterschiede?

Ein häufiger Vergleich wird zwischen ISO 527 und der amerikanischen Norm ASTM D638 gezogen. Obwohl beide Normen ähnliche Prüfziele verfolgen, gibt es Unterschiede in der Geometrie der Proben und in der Präzision der Dehnungsmessung. Diese Unterschiede sollten beachtet werden, um internationale Vergleichbarkeit zu gewährleisten.

Kann man Ergebnisse zwischen ISO 527 und ASTM D638 direkt vergleichen? Nein, die Unterschiede in Probengeometrie und Testbedingungen können zu Abweichungen führen. Eine Umrechnung oder Anpassung der Bedingungen ist erforderlich.

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