ASTM D412 Zugversuch Gummi und Elastomere
Die Norm ASTM D412 beschreibt Verfahren zur Bestimmung der Zugeigenschaften von vulkanisiertem duroplastischem Gummi und thermoplastischen Elastomeren.
- Duroplastischer Gummi wird durch Wärmeeinwirkung ausgehärtet und in Form gebracht. Die Aushärtung ist eine unumkehrbare chemische Reaktion, die duroplastische Gummiprodukte stärker und haltbarer macht. Zu den Produkten aus duroplastischem Gummi gehören Reifen, Hockey-Pucks, Schutzschalter, Elektrogehäuse und Motorkomponenten.
- Thermoplastische Elastomere (TPE) sind Polymere, Polymer- oder Gummimischungen. Sie liegen in der Regel zunächst in Pelletform vor, werden bei Erwärmung flüssig und können dann beispielsweise in eine Gussform gespritzt werden. Der Thermoplast nimmt seine Form an, wenn er abkühlt und aushärtet. Dieser Prozess lässt sich durch erneutes Erhitzen des Materials umkehren. Zu den TPE-Anwendungen gehören Antriebsriemen, Stoßdämpfer, Atemschläuche, Katheter und Schuhsohlen.
Ein weiteres standardisiertes Verfahren zur Bestimmung der Zugeigenschaften von vulkanisiertem duroplastischem Gummi und thermoplastischen Elastomeren wird in den Normen ISO 37 und DIN 53504 beschrieben.
Die nachfolgenden Inhalte erklären die wesentlichen Aspekte. Für normgerechte Prüfungen nach ASTM D412 ist der Erwerb der vollständigen Norm jedoch zwingend erforderlich.
Ziel & einsatzbereich Probekörper Versuchsdurchführung & Kennwerte Anforderungen an die Prüfmittel Prüfsysteme Automatisierung
ASTM D412 Ziel & Einsatzbereich
ASTM D412 enthält Spezifikationen für die Prüfmaschine, die Probekörper, einschließlich Form und Größe, sowie für das Prüfverfahren und die zu verwendenden Methoden. Ziel der Prüfung ist es, verschiedene Materialkennwerte zu bestimmen, die dann bei der Entwicklung neuer Produkte, bei der Erreichung von Produktleistungszielen oder für die Forschung und Qualitätskontrolle verwendet werden können.
Die in der ASTM D412 beschriebenen Materialien werden tagtäglich in einer Vielzahl von Branchen eingesetzt, darunter Luft- und Raumfahrt, Bauwesen, der Medizintechnik z.B. bei der Prüfung von Gummihandschuhen, der Automobilindustrie u.a. bei der Prüfung von Reifen, Dämpfer, Dichtungen und vieles mehr.
Probekörper und Abmessungen nach ASTM D412
- Für den Zugversuch an Gummi und Elastomeren gibt die ASTM D412 sechs zulässige Arten von Schulterproben und zwei zulässige Arten von geschnittenen Ringproben vor.
- Die gebräuchlichste Probe ist eine C-Form Schulterprobe (ASTM D412 Typ C) mit einer Gesamtlänge von 115 mm (4,5 Zoll), der Messlänge von 25 mm (1 Zoll), einer Messbreite von 6 mm (0,25 Zoll) und einer Dicke von 3 mm. Die Dicke des Probekörpers muss dreimal gemessen werden, wobei der Mittelwert der akzeptierte Wert ist.
L0 Messlänge
L Einspannlänge
l1 Länge des engen parallelen Teils/Innendurchmesser
L2 Abstand zwischen den breiten, parallelen Teilen
l3 Gesamtlänge / Außendurchmesser
b2 Probenbreite im Schulterbereich
b1 Probenbreite im Messlängenbereich
h Probendicke
| Norm | Typ | Bemerkung | l3 mm | l1 mm | b2 mm | b1 mm | h mm | L0 mm | Form |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| ASTM D412 | C | Vorzugsprobekörper | ≥115 | 33 | 25±1 | 6+0,05 | 1,3...3,3 | 25±0,25 | Schulterprobe |
| ASTM D412 | A | mögliche Abmessungen | ≥140 | 59±2 | 25±1 | 12+0,05 | 1,3...3,3 | 50±0,5 | Schulterprobe |
| ASTM D412 | B | mögliche Abmessungen | ≥40 | 59±2 | 25±1 | 6+0,05 | 1,3...3,3 | 50±0,5 | Schulterprobe |
| ASTM D412 | D | mögliche Abmessungen | ≥100 | 33±2 | 16±1 | 3+0,05 | 1,3...3,3 | 25±0,25 | Schulterprobe |
| ASTM D412 | E | mögliche Abmessungen | ≥125 | 59±2 | 16±1 | 3+0,05 | 1,3...3,3 | 50±0,5 | Schulterprobe |
| ASTM D412 | F | mögliche Abmessungen | ≥125 | 59±2 | 16±1 | 6+0,05 | 1,3...3,3 | 50±0,5 | Schulterprobe |
| ASTM D412 | 1 | bevorzugte Abmessungen | 17,9 | 15,9 | 1...3,3 | 50 | Ringprobe | ||
| ASTM D412 | 2 | größere Abmessung | 35,8 | 31,8 | 1...3,3 | 100 | Ringprobe |
Probekörper-Vorbereitung ASTM D412
Schulterstäbe und Ring-Probekörper werden in der Regel mittels einer Schneidpresse mit dem entsprechenden Schneidmesser für die jeweilige Probekörperform hergestellt werden.
Versuchsdurchführung nach ASTM D412
Die ASTM D412 umfasst zwei Prüfmethoden, Methode A und B.
- Methode A basiert auf hantelförmigen Proben / Schulterproben, Methode B ist auf flach geschnittene Ringproben ausgerichtet.
- Bei Prüfungen nach ASTM D412 wird die Elastizität eines Materials unter Zugspannung, sowie das Verhalten nach der Prüfung gemessen, wenn das Material nicht mehr beansprucht wird.
- Die Prüfung wird auf einer Universalprüfmaschine (auch Zugversuchmaschine genannt) mit einer Geschwindigkeit von 500 ± 50 mm/min durchgeführt, bis die Probe versagt.
Ermittelte Kennwerte nach ASTM D412
Obwohl ASTM D412 viele verschiedene Zugeigenschaften misst, sind die folgenden Kennwerte die wichtigsten, Definitionen gemäß ASTM D1566 - Terminologie für Gummi:
- Zugspannung: Spannung, die zum Dehnen einer Probe angewandt wird
- Zugspannung bei einer bestimmten Dehnung: Spannung, die erforderlich ist, um den gleichmäßigen Querschnitt einer Probe bis zu einer bestimmten Dehnung zu dehnen
- Zugfestigkeit: maximale Zugspannung bei der Dehnung einer Probe bis zum Bruch
- Fließgrenze: der Punkt in der Spannungs-Dehnungs-Kurve kurz vor dem endgültigen Versagen, an dem die Spannungsrate im Verhältnis zur Dehnung einen Nullwert durchläuft und negativ werden kann
- Maximale Dehnung: die Dehnung zum Zeitpunkt des Bruchs
- Zugverformung: Dehnung, die verbleibt, nachdem eine Probe gestreckt und dann in einer bestimmten Weise zurückgezogen wurde, angegeben in Prozent der ursprünglichen Länge
Ausführliche Informationen und Standardverfahren finden Sie in der Norm ASTM D412
ASTM D412 Prüfsysteme
Eine Anforderung der Prüfung nach ASTM D412 ist die Dehnung der Probe. Mit zunehmender Länge der Probe muss der Fahrweg der Traverse lang genug sein - und damit auch der Lastrahmen hoch genug - um die Verlängerung des Probekörpers bis zum Bruch aufzeichnen zu können. ZwickRoell bietet die dazu passenden Universalprüfmaschinen:
- zwickiLine – platzsparende Lösung für kleine Prüfkräfte bis 5 kN und mit einem Prüfbereich bis zu 1365 mm
- ProLine - für normgerechte Prüfungen und einfache Anwendungen mit einem Prüfbereich von 1050 mm bis 1450 mm
- AllroundLine - anpassbar und vielseitig mit einem Prüfbereich von 1030 mm bis 2560 mm
Probenhalter
Die Probenhalter für Schulterstäbe müssen sich automatisch festziehen, einen gleichmäßigen Druck auf die Spannflächen ausüben und den Druck mit steigender Belastung erhöhen. So wird ein Verrutschen verhindert und ein Bruch im vorgesehenen Prüfbereich erreicht. ZwickRoell bietet verschiedene Probenhaltertypen, von manuellen mechanischen Probenhaltern bis zu komfortablen pneumatisch gesteuerten Systemen mit jeweils geeigneten Backeneinsätzen.
- Pneumatische Probenhalter: Die Klemmkraft wird durch pneumatische Aktuatoren erzeugt und kann mit einer Hand- oder Fußsteuerung betätigt werden. Eine von der Zugkraft unabhängige Klemmkraft sorgt für eine konstante Prüfgeschwindigkeit während des gesamten Prüfablaufs.
- Zangenprobenhalter: beidseitig schließend. Die Klemmkraft wird durch das Scherenprinzip mit zunehmender Zugkraft proportional erhöht. Dies gewährleistet ein automatisches Nachspannen bei schwindenden Proben.
- Für Ring-Probekörper wird ein Werkzeug bestehend aus zwei drehbaren Rollen benötigt.
Extensometer für die Prüfung nach ASTM D412
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Automatisierte Zugversuche nach ASTM D412
Zugversuche an Gummi und Elastomeren nach ASTM D412 können auch automatisiert durchgeführt werden. Ein automatisiertes Prüfsystem kommt vor allem dann zum Einsatz, wenn viele Proben geprüft werden müssen oder wenn Bedienereinflüsse ausgeschlossen werden sollen. Handtemperatur oder Handfeuchtigkeit, aber auch ungenaues oder schräges Positionieren der Probe in den Probenhaltern können die Prüfergebnisse beeinträchtigen.
- Das kompakte Roboter-Prüfsystem roboTest L kann bis zu 350 Proben autonom prüfen. Ein im System integriertes Dickenmessgerät misst die Probendicke genau und vergleichbar. Der Probengreifer legt die Probe in die Prüfmaschine ein und der Zugversuch nach ASTM D412 wird automatisch gestartet. Nach dem Versuch werden die Probenreste von separaten Entsorgungsgreifern aus den Probenhaltern entfernt.
- Das Roboter-Prüfsystem roboTest R ist komplexer und erlaubt die zusätzliche Einbindung weiterer Geräte wie beispielsweise eine Probenmarkierstation, eine Zentrierstation oder eine Temperaturkammer zur exakten Temperierung der Proben. Auch die Magazinkapazität des Roboter-Prüfsystems kann beliebig erweitert werden.
- Zur Vermeidung von Bedienereinflüssen auch bei kleinen Probenserien (Typ C) hat ZwickRoell das Prüfsystem ALEX im Programm: einfach, kompakt und preisgünstig kann es bereits ab einer Seriengröße von 10 Proben eingesetzt werden.
ÜBER DEN AUTOR:
Branchenmanager für Kunststoffe & Gummi
- Convenor einer Arbeitsgruppe des internationalen Normungsgremiums ISO/TC 61 für Kunststoff-Prüfverfahren
- Obman im deutschen DIN Ausschuss für Hart- und Weichschäume
- Mitarbeiter in Arbeitsgruppen des “ISO/TC 61 Plastics”, des “ISO/TC 45 Rubber and rubber products”
- Mitarbeiter verschiedener Gremien im DIN - Deutsches Institut für Normung
Downloads
- Produktbroschüre: Prüfmaschinen und Prüfsysteme für Kunststoffe und Gummi PDF 9 MB
- Produktinformation: lightXtens: berührungslos, einfach und vollautomatisch hochdehnbare Materialien prüfen PDF 886 KB
- Produktinformation: videoXtens 1-270 P PDF 1 MB
- Produktinformation: multiXtens II HP Extensometer PDF 1 MB
- Produktinformation: Roboter-Prüfsystem 'roboTest L' (Linear) für Kunststoffe PDF 71 KB
- Produktinformation: Roboter-Prüfsystem ‘roboTest R’ (Polar) für Kunststoffe PDF 86 KB
- Produktinformation: ALEX - The automated lab expert PDF 308 KB
Weitere Informationen zu Zugversuchen an Gummi und Elastomeren
Häufig gestellte Fragen zur ASTM D412
Die Norm ASTM D412 beschreibt Verfahren zur Bestimmung der Zugeigenschaften von vulkanisiertem duroplastischem Gummi und thermoplastischen Elastomeren. Diese Prüfungen sind entscheidend für die Bestimmung der mechanischen Eigenschaften von Gummi- und Elastomermaterialien, was für die Produktentwicklung, Qualitätssicherung und Leistungsüberprüfung in einer Vielzahl von Branchen wie der Luft- und Raumfahrt, Medizintechnik, Automobilindustrie, Bauwesen u.a. wichtig ist.
