ASTM D882 Folien-Zugversuch
Die ASTM D882 ist ein Standardprüfverfahren zur Bestimmung der Zugeigenschaften an dünnen Folien aus Kunststoff mit einer Dicke von weniger als 1,0 mm (0.04 in) und ist in der Folien-Verpackungsindustrie sowohl in der Qualitätskontrolle als auch in der Forschung und Enwicklung von großer Bedeutung.
Im Folgenden erhalten Sie einen Überblick über die ASTM D882 hinsichtlich Einsatz und Bedeutung der Norm, Probekörper, Versuchsdurchführung und benötigte Prüfgeräte, Ergebnisse und Kennzahlen. Für umfängliche Informationen zur ASTM D882 ist der Erwerb der Norm jedoch unerlässlich.
Das ISO Pendant, ISO 527-3 ähnelt der ASTM D882 kann aber nicht als technisch äquivalent angesehen werden, da die ISO zusätzliche Probengeometrien ermöglicht, unterschiedliche Prüfgeschwindigkeiten und den Einsatz eines Extensometers oder Messmarkierungen auf der Probe fordert. In der ASTM hingegen ist ein Extensometer optional.
Zugversuche an Kunststoffen mit einer Probendicke von mehr als 1,0 mm (0.04 in) sind nach der Prüfmethode ASTM D638 zu prüfen.
Ziel & Kennwerte Zugversuch Separatorfolien Probekörper Versuchsdurchführung & Prüfmittel Automatisierte Folienprüfung
Ziel der ASTM D882 und ermittelte Kennwerte
Dünne Kunststofffolien spielen insbesondere in der Verpackungsindustrie zum Schutz von Lebensmitteln und Konsumgütern des täglichen Lebens eine wichtige Rolle. Kunststoffhersteller und Verpackungsunternehmen nutzen die ermittelten mechanischen Eigenschaften zur Beurteilung der Leistungsfähigkeit ihrer Kunststofffolien, zur Qualitätskontrolle der produzierten Folienchargen sowie in der Entwicklung stetig verbesserter Materialien.
Die ASTM D882 umfasst die Ermittlung folgender Kennwerte:
- Zugfestigkeit: wird berechnet indem die maximale Kraft durch den ursprünglichen Querschnitt der Probe geteilt wird. Das Ergebnis wird in Kraft pro Flächeneinheit (Megapascal) ausgedrückt. Zugfestigkeit bei Bruch: wird berechnet wie die Zugfestigkeit bei Verwendung der Kraft bei Bruch statt der maximalen Kraft
- Bruchpunkt: Spannung und Dehnung im Moment des Probenbruchs
- Streckpunkt: Spannung und Dehnung am Kurvenpunkt an dem die Steigung Null ist
- Elastizitätsmodul: ist ein Index für die Steifigkeit dünner Kunststofffolien
- Zugenergie bis Bruch
- Bruchfaktor: wird berechnet indem die maximale Kraft durch die ursprüngliche Breite der Probe dividiert wird (kN/m)
Zugversuche an Separatorfolien in der Batterieprüfung
Separatorfolien in einer Lithium-Ionen-Batterie trennen Anode und Kathode voneinander, um elektrische Kurzschlüsse zu verhindern. Gleichzeitig erlaubt der Separator den Durchfluss ionisierter Ladungsträger, die zum Schließen des Stromkreises in einer elektrochemischen Zelle benötigt werden.
Neben keramischen Separatoren und Glasfaservliesstoffen werden primär Polymer-Membranen eingesetzt. Die verlässliche Ermittlung der Zugfestigkeit und Bruchdehnung gibt Rückschlüsse über die Integrität der Separatorfolie unter betriebsbedingter mechanischer Belastung.
Während stärkere Separatorfolien den Kontakt zwischen Anode und Kathode effizient und sicher verhindern, ermöglichen dünnere Folien das Gewicht der Batterie zu reduzieren und die Energiedichte zu verbessern.
Prüftechnisch werden die wesentlichen Anforderungen an Separatoren durch Zugversuche nach ISO 527-3 und ASTM D882 sowie Durchstoßversuche nach EN ISO 14477, ASTM D5748 und ASTM F1306 abgedeckt. Diese Tests werden auch im elektrolytbenetzten Zustand durchgeführt, um realitätsnahe mechanische Kennwerte zu erzielen.
Durch die aktive Mitarbeit bei der Weiterentwicklung dieser Normen, speziell für Batteriematerialien, wird sichergestellt, dass die ZwickRoell Prüfverfahren auch zukünftig allen Anforderungen entsprechen.
ASTM D882 Probekörper
Folien und Tafeln mit einer Stärke (Probendicke) bis 1 mm werden gemäß ASTM D882 anhand von Streifenproben geprüft, deren Gesamtlänge um mindestens 50 mm (2 in.) länger als die Einspannlänge sein muss. Die Probenbreite b sollte dabei zwischen 5 mm und 25,4 mm liegen.
- Für QS-Anwendungen hat der Standard-Probekörper nach ASTM D882 die Einspannlänge L = 100 mm (4 in.) bei einer Gesamtlänge von ≥150 mm
- Für die Modulbestimmung empfiehlt die ASTM D882 eine Einspannlänge L = 250 mm (10 in.) bei einer Gesamtlänge von ≥300 mm, um Auswirkungen auf die Prüfergebnisse durch Rutschen der Probe aus dem Probenhalter zu minimieren.
Auch die ISO 527-3 empfiehlt die Verwendung von Streifenproben, legt dafür aber andere Probengeometrien fest und erlaubt darüber hinaus weitere Probentypen in Form von Schulterproben.
Die Streifenproben nach ASTM D882 und ISO 527-3 können auf einfache Weise mit einem Folienschneidgerät hergestellt werden. Die Probenvorbereitung ist mit besonderer Sorgfalt durchzuführen. Kerben und Risse sind unbedingt zu vermeiden, da dies zum vorzeitigen Bruch der Probe führen kann.
Versuchsdurchführung und Prüfmittel
- Bei der Durchführung des Folien-Zugversuchs nach ASTM D882 ist bereits beim Einspannen der Probe zwingend darauf zu achten, dass eine vertikale Ausrichtung der Probe sichergestellt ist. Die verwendeten Probenhalter müssen in der Lage sein, die dünne Kunststoff-Folienprobe gleichmäßig und sicher während des Zugversuchs zu halten, ohne dass ein Rutschen oder Quetschen / Bruch der Probe im Probenhalter verursacht wird.
- Eigenschaften von bestimmten Folien können sich mit der Richtung in der Ebene (Anisotropie) ändern, daher sollten Probekörper beider Orientierungen geprüft werden.
- Die Prüfgeschwindigkeit kann in Prüfsoftware testXpert, in Abhängigkeit der zu erwartenden Bruchdehnung der Probe, eingestellt werden.
- Während des Zentrierens eines weniger steifen Folien-Probekörpers oder durch Klemmdruck kann bereits vor Beginn der Prüfung eine Vorspannung des Probekörpers verursacht werden. Diese ist notwendig, um im Spannungs-Dehnungsdiagramm einen Kurvenfuß zu vermieden. Sie sollte jedoch bei der Messung des Zugmoduls und der Spannungswerte einen definierten Spannungswert nicht übersteigen. Eine normgerechte Vorspannung kann über die Prüfsoftware testXpert definiert und damit genaue und wiederholbare Prüfergebnisse sichergestellt werden.
ASTM D882 - Prüfmaschine
Der Zugversuch an dünnen Kunststoff-Folien nach ASTM D882 wird aufgrund der geringen Bruchkräfte in der Regel auf einer einsäuligen Universalprüfmaschine zwickiLine 500 N durchgeführt. Für Proben mit einer Einspannlänge L = 250 mm, die zur Modulbestimmung favorisiert sind, kann aufgrund einer hohen Bruchdehnung der Einsatz eines extra hohen einsäuligen Lastrahmens der Reihe zwickiLine erforderlich sein, um die Prüfung bis zum Bruch durchzuführen.
Dehnungsmessung / Extensometer
- Zur Bestimmung der Dehnungsmessung wird in der ASTM D882 Traversenwegmessung empfohlen, also das Aufzeichnen und Berechnen der Dehnung über die Veränderung des Probenhalterabstandes während des Versuches. Ein Extensometer wie in ISO 527-3 ist nicht erforderlich.
- Optional kann ein Extensometer, das zwischen 2 Punkten auf der Probe die Dehnung misst, verwendet werden. Aufgrund der Empfindlichkeit der Folien-Proben ist darauf zu achten, dass die Belastung an den Kontaktpunkten der Probe durch das Extensometer so gering wie möglich ist. Wir empfehlen daher den Einsatz eines berührungslosen Video-Extensometers (videoXtens 2-150 HP oder videoXtens 1-270 P, je nach erwarteter Dehnung der Probe).
ASTM D882 - Probenhalter und Backeneinsätze
- Die Herausforderung in der Kunststoff-Folienprüfung und damit entscheidend für eine genaue Bestimmung der Zugeigenschaften nach ASTM D882 spielen die vertikale Ausrichtung der Probe und eine schonende und dennoch sichere Klemmtechnik. Der Einsatz von pneumatischen Probenhaltern mit Fmax 1kN und Aluminium/Vulkollan Backeneinsätzen kann speziell bei Folien die zum Einschnüren neigen, von Vorteil sein, da der Klemmdruck während der Prüfung aufrecht erhalten bleibt.
- Durch die Einlegehilfe zur sicheren und schnellen Einbringung von dünnen Kunststoff-Folien in die Probenhalter kann eine vertikale Ausrichtung der Probe sichergestellt werden, indem Anwenderfehler und Bedieneinflüsse bei der Positionierung der Probe reduziert werden. Dies sorgt für sichere Prüfergebnisse und erhöht den Probendurchsatz. Die Einlegehilfe ist für unterschiedliche Probenbreiten und Längen gemäß ASTM D882 verfügbar.
Folienzugversuch nach ASTM D882 mit Prüfsoftware testXpert
Unsere Prüfsoftware testXpert macht die Durchführung des Folienzugversuchs nach ASTM D882 einfach und sicher:
- Garantiert normenkonform und bedienerunabhängig: Das Prüfprogramm wird in unserem Hause zentral normgerecht parametriert und validiert. Alle Konfigurationsparameter des Systems werden automatisch geladen. Die Erfüllung der umfangreichen Anforderungen der Normen ist nicht von einzelnen Personen abhängig.
- Kompromisslos an die Norm angepasst: Im Prüfprogramm werden die Werkzeugabstände absolut und manipulationssicher eingestellt. So kann die richtige Einspannlänge der Probe, z.B. 100 mm, auf einen Blick erkannt und nachvollzogen werden.
- Zeitersparnis, da jeder Versuch zählt: Die Ergebnisse können auch nach der Prüfung neu berechnet werden, wenn z.B. die Probengeometrie korrigiert wird.
Sie haben Fragen zum Folienzugversuch nach ASTM D882 oder brauchen weitere Informationen zu unseren Produkten?
Wir beraten Sie gerne!
Automatisierter Folienzugversuch nach ASTM D882 mit roboTest F
Bei der Herstellung von Kunststoff-Folien ist die Qualitätssicherung unabdingbar, darüber hinaus fordert ein Wachstumsmarkt wie die Elektrofahrzeugindustrie durch steigendes Prüfaufkommen automatisierte Lösungen, um den Durchsatz und die Effizienz in der Folienprüfung zu steigern. Hierfür hat ZwickRoell das Roboter-Prüfsystem ‚roboTest F’ entwickelt.
- Das Prüfsystem besteht aus einer Prüfmaschine der AllroundLine mit verlängertem Prüfraum.
- Die Proben für die Zugprüfung werden über ein bis zu 200 Stück fassendes Probenmagazin zugeführt.
- Das Magazin besteht aus einem Unterbau und einer umlaufenden Kette mit Spangen, in welche die Proben „eingeklemmt“ werden.
- Je nach Probentyp und –form unterscheiden sich diese Spangen. Somit ist es auch möglich, Folien unterschiedlicher Abmessungen mit demselben System zu prüfen.
Neben der mittelfristigen Senkung der Prüfkosten liegt der Vorteil dieses Systems in der fehlerfreien Durchführung der Prüfungen. Durch den Wegfall von Bedienereinflüssen entsteht eine hohe Reproduzierbarkeit der Prüfergebnisse.
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Unsere Roboter-Prüfsysteme übernehmen die vollautomatische Durchführung von Zug-, Druck-, Biege- oder Schlagversuchen.
Downloads zum Folienzugversuch nach ASTM D882
- Branchenbroschüre: Kunststoff & Gummi PDF 9 MB
- Produktinformation: Prüfmaschine zwickiLine bis Fmax 5 kN PDF 820 KB
- Produktinformation: Pneumatik-Probenhalter Fmax 1kN PDF 3 MB
- Produktinformation: Einlegehilfe für biegeschlaffe Folien PDF 714 KB
- Produktinformation: videoXtens 2-150 HP PDF 1 MB
- Produktinformation: videoXtens 1-270 P PDF 1 MB
- Produktinformation: Automatisierung roboTestF nicht formstabile Proben PDF 98 KB
