ASTM D3574 Weichschaumprüfung
Die ASTM D3574 ist eine wichtige Norm für die Bewertung von flexiblen Polyurethanschaumstoffen, die Prüfungen zu physikalischen und mechanischen Eigenschaften wie Dichte, Zugfestigkeit und Kompressions- und Ermüdungsverhalten umfasst. Die ASTM D3574 wird vor allem in der Herstellung von Sitzmöbeln, Matratzen und Automobilkomponenten angewendet. Sie hilft Herstellern, die Qualität, den Komfort und die Langlebigkeit ihrer Produkte zu garantieren, indem sie standardisierte Prüfmethoden zur Materialprüfung bietet.
Im folgenden finden Sie einen Überblick über die am häufigsten angewandten Prüfungen der ASTM D3574, die den Einsatz einer ZwickRoell Universalprüfmaschine und spezifischen Prüfvorrichtungen erfordern. Für eine umfassende Information ist der Erwerb der Norm über den Beuth Verlag oder die ASTM erforderlich.
Überblick alle Prüfungen Test A Dichte Test B Eindruckhärte Test C Stauchhärte Test E Zugfestigkeit Test F WeiterReißwiderstand Test H Rückprall-Elastizität Test I1-5 Ermüdungsversuche Test J - L Alterung
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Überblick aller Prüfungen der ASTM D3574
Die ASTM D3574 enthält 19 verschiedene Prüfungen zur Charakterisierung von Schaumstoffen nach folgenden Eigenschaften. Die gekennzeichneten Tests* erfordern den Einsatz einer ZwickRoell Prüfmaschine und Prüfvorrichtung.
- Test A: Scheinbare Dichte (vgl. auch ISO 845)
- Test B1: Indentation Force Deflection (IDF - Vorgabe der Stauchung) und B2 Indentation Residual Gauge Length (IRGL - Vorgabe der Kraft): Eindruckhärte* (vgl ISO 2439)
- Test C: Stauchhärte / Federkennlinie* (vgl. ISO 3386)
- Test D: Druckverformung mit konstanter Stauchung
- Test E: Zugfestigkeit* (vgl. ISO 1798)
- Test F: Reißfestigkeit* (vgl. ISO 8067)
- Test G: Air Flow Test (Luftdurchfluss)
- Test H: Kugelrückprall-Elastizität* (vgl. auch ISO 8307, DIN 13014)
- Test I1 bis I4: Vor- und Nach-Test von Schaumstoffen für verschiedene Arten der Kraftaufbringung. Während I1 ein statischer Versuch ist, werden die Prüfungen I2 bis I4 im Ermüdungsversuch* durchgeführt (vgl. ISO 3385: Dauerschwingversuch)
- Test J bis L: Alterungsprüfung* unter verschiedenen Umgebungsbedingungen
- Test M: Wiederherstellungszeit (Erholungszeit)
- Test N: Hysterese Verlust
ASTM D3574 Test A und ISO 845
Sowohl die ISO 845 und die ASTM D3574 Test A beschreiben die Bestimmung der scheinbaren Dichte einer Weichschaumprobe durch die Berechnung aus Masse und Volumen der Probe, sie wird in kg/m3 angegeben.
Durch die Anbindung einer Präzisionswaage von ZwickRoell in die Prüfsoftware testXpert kann die scheinbare Dichte direkt bestimmt werden.
ASTM D3574 Test B
Bei der Bestimmung der Eindruckhärte nach ASTM D3574 wird in die beiden Methoden B1 und B2 unterteilt:
Ziel und Einsatzbereich und Ergebnisse der Methoden B1 und B2:
- ASTM D Test B1 Indentation Force Deflection (IFD) wird als IFD-Test bezeichnet, bei dem die Kraft gemessen wird, die erforderlich ist, um bestimmte Eindrücke im Schaumstoff bei einer vorgegebenen Stauchung von 25% und 65% zu erzeugen. Die dabei ermittelte Härte wird als Kraft in Newton (auch als IFD-Werte bezeichnet) bei 25% und 65% angegeben.
- ASTM D Test B2 Indentation Residual Gauge Length (IRGL-Test) wird als Eindruckrestmesslänge bezeichnet. Hier liegt das primäre Interesse daran, festzustellen, wie dick ein Schaumstoff-Polster unter einer durchschnittlichen Person sein sollte, um Sitzkomfort zu gewährleisten. Bei ASTM D3574 B2 wird also die Restmesslänge (Dicke) der Schaumstoff-Probe gemessen, die nach einer Belastung mit einer definierten Kraft von 4,5 N, 110 N und 220 N erhalten bleibt. Die Ergebnisse werden als IRGL-Werte in mm angegeben.
Testproben nach B1 und B2:
- Während Test B1 ein Laborverfahren zur Messung der Eindruckhärte an Normprobekörpern (Blockschaum) festlegt, sollte gemäß ASTM D3574 B2 nach Möglichkeit das fertige Erzeugnis geprüft werden (Formschaum), solange dies auf einer ebenen Unterlage erfolgen kann.
- Der Normprobekörper nach ASTM D3574 B1 wird an einer geeigneten Stelle aus dem Fertigprodukt entnommen und hat die Maße von mindestens 380 mm x 380 mm x 100 mm.
Video: Eindruckhärte nach ASTM D3574 Test B
Versuchsdurchführung, Prüfmittel und Prüfergebnisse:
Für die Prüfung wird eine in der ASTM D3571 Test B definierte Vorrichtung mit einem flachen kreisförmigen Eindringstempel von 203 mm Durchmesser festgelegt. Die ZwickRoell Druckvorrichtung für Weichschäume lässt sich sowohl für die normkonforme Prüfung nach Verfahren B1 und B2 einsetzen. Dabei wird entweder das fertige Produkt (B1) oder die Normprobe (B2) auf eine 400 x 400 mm Platte gedrückt, die mit Entlüftungsbohrungen perforiert ist, um während der Prüfung ein schnelles Entweichen von Luft zu ermöglichen.
Im Verlauf der Prüfung wird das Deformationsverhalten des Weichschaumes unter exakt festgelegten Bedingungen gemessen und in einem Kraft-Eindruckweg-Diagramm dargestellt. Die Prüfung besteht aus Vorbelastungszyklen, die der Konditionierung des Probekörpers dienen, gefolgt von einem Messzyklus in dem die Kennwerte bestimmt werden.
Die Eindruckhärte wird auch in der ISO 2439, sowie der DIN 53579-1 sowie in einer Reihe von spezifischen Prüfverfahren aus der Automobilindustrie beschrieben. Auch hierfür stehen geeignete ZwickRoell Prüfvorrichtungen zur Verfügung.
ASTM D3574 Test C
Die ASTM D3574 Test C beschreibt den Druckversuch an Weichschaum zur Ermittlung der Stauchhärte. Bei dieser Prüfung wird die Kraft gemessen, die erforderlich ist, um eine 50%ige Kompression über die gesamte Fläche der definierten Schaumstoff-Probekörper zu erzielen.
Probekörper nach ASTM D3574 Test C:
- Die empfohlene Standardprobe nach ASTM D3574 Test C hat die Mindestmaße 50 x 50 x 25 mm. Größere Proben sind vorzuziehen. Die Oberfläche sollte mindestens 2500 mm2 und eine Mindestdicke von 20 mm aufweisen.
Video: Stauchhärte nach ASTM D3574 Test C
Versuchsdurchführung, Prüfmittel und Prüfergebnisse:
- Für die Prüfung nach ASTM D3571 Test C wird die Druckbeanspruchung der gesamten Probenoberfläche vorgeschrieben. Die Druckplatten müssen daher größer als die zu prüfende Probe sein. Geschlossenzellige Schaumstoffe erfordern 6,5 mm Belüftungslöcher in den Druckplatten.
- Die Prüfung besteht aus 2 Vorbelastungszyklen von 75% bis 80% der ursprünglichen Dicke, gefolgt von einem Messzyklus in dem die Probe auf 50% seiner Dicke gestaucht wird. Die für das Prüfergebnis wichtige Anfangshöhe wird direkt vor dem Messzyklus bestimmt (im Falle der ISO 3386 vor dem ersten Vorbelastungszyklus).
- Das Ergebnis ist die Dicke der Probe in mm nach dem Messzyklus und die Kompressionskraft CFD in Kilopascal und wird auch als Tragfähigkeit, Druckspannungs-Dehnungs-Charakteristik, CFD oder CLD-Test bezeichnet.
Die Stauchhärte wird auch in der ISO 3386 sowie in einer Reihe von spezifischen Prüfverfahren aus der Automobilindustrie beschrieben, unterscheidet sich aber in technischen Inhalten. Die Ergebnisse können nicht direkt zwischen den beiden Methoden verglichen werden.
ASTM D3574 Test C - besondere Anforderungen an die Prüftechnik
Die Messung von Druckspannungs-Dehnungs-Kennlinien nach ASTM D3574 Test C stellt verschiedene besondere Anforderungen an die Prüftechnik:
- Korrektur der Maschinenverformung: Lastrahmen und Kraftsensor zeigen unter Last eine Eigenverformung an. Dies bedeutet, dass der Abstand der Druckplatte tatsächlich größer ist als angegeben. Diese Eigenverformung wird von der ZwickRoell Prüfsoftware testXpert erfasst und zur Korrektur verwendet. Die Korrektur muss während der laufenden Prüfung online erfolgen, um den korrekten Druckplattenabstand während der Haltezeiten korrekt sicherzustellen.
- Spezielle Softwarefunktionalität, wie die Erfassung und Berechnung der Probendicke, die Vorausberechnung der prozentualen Stauchungen, die Handhabung von zwei Wegnullpunkten und zwei Probendicken (falls erforderlich), Berechnung der Ergebnisse gemäß den Normen, Berichterstellung
ASTM D3574 Test E Zugfestigkeit
Mit dem Test F der ASTM D3574 wird die Wirkung einer Zugkraft auf den Schaumstoff bestimmt. Neben der Aufzeichnung eines Spannungs-Dehnungsdiagramms steht die Ermittlung der maximalen Zugfestigkeit und der Bruchdehnung im Vordergrund. Das Verfahren eignet sich gut für Materialvergleiche und für die Qualitätssicherung.
Auch die ISO 1798 behandelt die Zugprüfung an Weichschaum, unterscheidet sich jedoch in technischen Inhalten, die Ergebnisse können nicht direkt zwischen den beiden Methoden verglichen werden.
Probekörper nach ASTM D3574 Test F:
Die Probekörper werden üblicherweise aus dem fertigen Teil oder einer Platte entnommen. Sie müssen mit einer in der Norm exakt definierten Matrize in Hantelform (Schulterprobe) ausgestanzt werden. Die Matrize muss scharf und frei von Kerben sein, um zu verhindern, dass die Probe ausgefranste Kanten aufweist. Die bevorzugte Probe entspricht der Schulterprobe Typ A gemäß ASTM D412 mit einer Länge von 140 mm und einer Dicke von 3 bis 14 mm. Dafür bietet ZwickRoell Schneidpressen mit normgerechten Schneidmessern an.
Versuchsdurchführung und Anforderungen an die Prüfmaschine:
- Die Zugprüfmaschine muss mit einer Kraftmessdose zur Messung der maximal aufgebrachten Kraft ausgestattet sein. (Bild zwickiLine)
- Zum Einspannen der Schulterproben eignen sich entweder seitlich wirkende Schraubprobenhalter mit flachen Backeneinsätzen oder pneumatische Probenhalter, die einen gleichmäßigen Druck auf die Klemmflächen ausüben, der sich mit zunehmender Spannung erhöht, um ein Abrutschen der Probe zu verhindern. (Bilder zu Probenhalter)
- Die Dehnung kann mit berührenden Extensometern oder berührungslosen Extensometern, aber auch über den Traversenweg gemessen werden. Clip-on Extensometer, die an der Probe angeklemmt werden sind im Allgemeinen für Weichschaum ungeeignet. Für die Messung der Bruchdehnung liefert ZwickRoell mechanische und optische Langwegaufnehmer, die die Verlängerung des Probekörpers im Bereich einer festgelegten Messlänge erfassen.
ASTM D3574 Test F Weiterreißwiderstand
Test F nach ASTM D3574 beschreibt die Ermittlung des Weiterreißwiderstandes eines vorgeschädigten Schaumstoffs.
Bei den Probekörpern nach ASTM D3574 Test F handelt es sich um Blockproben vom Typ A mit den Maßen 152,4 mm (6") x 25,4 mm (1") x 25,4 mm (1") in die ein 40 mm (1,5") langer Schnitt längs der Probe platziert wird (Hosenprobe).
Die Norm ISO 8067 behandelt denselben Gegenstand, sie unterscheiden sich nicht zuletzt in der Art der Probekörper, so dass die Ergebnisse nicht direkt verglichen werden können. Während in der ASTM D3574 Test F nur Hosenproben / Blockproben vom Typ A zugelassen sind, erlaubt die ISO den Einsatz von genormten Winkelproben. In Ringversuchen hatte Methode A (Hosenprobe) eine Streuung von bis zu 36% und Methode B gemäß ISO 8067 (Winkelprobe) von bis zu 12%.
Der Weiterreißversuch kann mit einer elektromechanischen Prüfmaschine zwickiline durchgeführt werden. Da die Kräfte relativ gering sind, ist ein Kraftaufnehmer einzusetzen, der im verwendeten Kraftbereich noch die Messgenauigkeit der Klasse 1 erreicht. Eine Wegmessung ist nicht erforderlich, da die Weiterreißfestigkeit aus der während des Versuchs gemessenen maximalen Kraft und der durchschnittlichen Dicke der Probe berechnet wird: Weiterreißfestigkeit: N/m = F/T x 10³
Die Steuerung des Prüfablaufs und die normgerechte Auswertung der Weiterreißfestigkeit übernimmt die Prüfsoftware testXpert.
ASTM D3574 Test H und ISO 8307 Rückprall-Elastizität
Bei der Prüfung nach ASTM D3574 Test H wird die Rückprall-Elastizität gemessen, in dem eine Stahlkugel auf eine Schaumstoffprobe fallen gelassen und die Höhe des Rückpralls gemessen wird. Die ASTM D3574 Test H ist identisch mit der ISO 8307.
Das ZwickRoell Kugelrückprall-Prüfgerät entspricht den Anforderungen der Norm und besteht aus einem vertikalen, transparenten Kunststoffrohr, in das eine Stahlkugel mit einem Durchmesser von 16 mm / 16,3g aus einer Fallhöhe von 500 mm abgegeben werden kann. Die Rückprallhöhe wird über einen Lichtvorhang gemessen. Die Ergebnisauswertung erfolgt automatisch.
ASTM D3574 Test J, K, L Alterungstests
Die ASTM D3574 Test J, K und L beschreiben verschiedene Arten eines beschleunigten Alterungstests, der die Auswirkungen von Oxidation und/oder Hydrolyse auf die mechanischen Eigenschaften des Schaumstoffs untersucht.
- Alterungstest J: Auswirkung durch Alterung im Dampf-Autoklaven (vgl. auch ISO 2440)
- Alterungstest K: Auswirkung durch trockene Wärmealterung im Umluftofen (vgl. auch ISO 2439)
- Alterungstest L: Auswirkung durch feuchte Wärmealterung in einer Klimakammer (kein ISO Äquivalent)
Das Prinzip dieser Methode kann auf viele Eigenschaften angewendet werden. Zunächst werden die Test, wie oben beschrieben im unbehandelten Zustand durchgeführt und gemessen. Danach erfolgt eine Wiederholung im gealterten Zustand z.B. nach Wärmealterung (z.B. 7 Tage bei 140°C) oder nach Hydrolyse-Alterung (z.B. 5 Stunden bei 120°C).
Wärme kann selektiv zur Alterung eingesetzt werden. Die Arrhenius-Gleichung beschreibt die zeitliche Beschleunigung von chemischen Reaktionen. Nach der van't-Hoff-Regel verdoppelt sich die Geschwindigkeit chemischer Reaktionen für jede Temperaturerhöhung um +10°C.
ASTM D3574 Test I Ermüdungsversuch
Die ASTM D3574 Test I1 bis I5 beschreibt 5 Methoden von Dauerbelastungstests an Schaumstoffen:
- Test I1: statischer Versuch bei konstanter Stauchung
- Test I2: Dynamischer Ermüdungsversuch durch “Walzen” mit konstanter Kraft
- Test I3: Dauerschwingversuch (Stampfen) mit konstanter Kraft (äquivalent zu ISO 3385)
- Test I4: Dynamischer Ermüdungsversuch für Teppichböden
- Test I5: Dauerschwingversuch (Stampfen) mit konstanter Stauchung
Ziel und Zweck des Dauerschwingversuchs nach ASTM D3574 Test I3
Ziel des Dauerschwingversuchs (Constant Load Pounding Test) nach ASTM D3574 I3 ist die Beurteilung des Langzeitverhaltens / Alterung eines Schaums durch konstante mechanische Belastung. Dies entspricht zum Beispiel der Belastung eines Fahrzeugsitzes während der Fahrt.
Versuchsdurchführung Dauerschwingversuch nach ASTM D3574 Test I3:
Der gesamte Versuch wird in 3 Phasen unterteilt:
- Phase 1: Erstmessung: Bestimmung der Eindruckhärte nach ASTM D3574 Test B1 IFD-Wert bei 40% Stauchung (bzw. ISO 2439, Methode A) und Bestimmung der initialen Höhe (d1) nach Vorbelastung mit 4,5N +/- 0,5N.
- Phase 2: Dauerschwingversuch durch Aufbringen einer definierten Druckbelastung von 750 N +/- 20 N, einer Frequenz von 1,17 Hz auf eine Schaumstoffprobe mit den Maßen 380 x 380 mm mit einem kreisförmigen Eindringstempel und einer perforierten unteren Druckplatte, die größer ist als die Probe.
- Die Probe ist entweder nach Verfahren A mit 8.000 Zyklen (ca. 2 h) oder Verfahren B mit 80.000 Zyklen (ca. 19 Stunden) auf einer Dauerschwing-Prüfmaschine zu ermüden. Bei Verfahren C werden 12.000 Zyklen bei einer langsameren Zyklusrate (ca. 20 h) speziell für viskoelastische Schaumstoffe vorgegeben.
- Phase 3: Wiederholung der Messung aus Phase 1, wobei die Ausgangshöhe (und damit der Kompressionsnullpunkt) aus der Erstmessung übernommen wird.
Das Ergebnis ist die Bestimmung des Härteverlusts (Differenz IFD-Wert in kPa) und des Höhenverlusts / Probendicke ((d1-d2)/d1 x100%)
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Video: Automatisierte Schaumstoffprüfung
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Prüfmaschinen für die Weichschaumprüfung nach ASTM D3574
Für die Weichschaumprüfung nach ASTM D3574 steht ein umfassendes ZwickRoell Produktportfolio zur Verfügung:
- Die Universalprüfmaschine der Reihe zwickiLine eignet für die Prüfverfahren mit Normproben ASTM D3574 Test B Eindruckhärte, Test C Stauchhärte, Test E Zugfestigkeit sowie Test F Weiterreißfestigket geeignet und steht in 4 verschiedenen Kraftbereichen (0,5 / 1 / 2,5 / 5 kN) und 3 Lastrahmen-Höhen zur Verfügung.
- Die Universalprüfmaschine der Reihe ProLine ermöglicht darüberhinaus Bauteilprüfungen und den Einbau von Druckplatten mit einer Breite von bis zu 400 mm und ermöglicht Prüfungen mit höheren Kräften.
- Unsere CLine Prüfmaschine ist auf die Prüfung großer und kleiner Formschäume spezialisiert. Mit einer Fmax von 5 kN oder 10 kN ermöglicht sie darüberhinaus durch aufklappbare Tischklappen Sitzprüfungen (1000 x 1450 mm) oder mit Schiebetisch die Prüfung von Matratzen (1000 x 2000 mm). Damit ist sie besonders geeignet für regelmäßige Produktionskontrollen.
- Die elektromechanische Prüfmaschine (elektromechanischer Servo-Prüfzylinder), die eine hohe Belastungsgeschwindigkeit erlaubt, kann durch einfache Umrüstbarkeit sowohl für die Bestimmung der Eindruckhärte und Stauchhärte, als auch für Dauerschwingversuche eingesetzt werden. Durch die optionale Aufrüstung ist sie auch für Alterungsprüfungen in speziellen Klimazonen mit entsprechender Klimakammer einsetzbar.
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