ISO 527-3 Zugversuch Kunststoff-Folien
Zugversuche an Kunststoff-Folien sind in der Folien-Verpackungsindustrie aber auch in der Batterieprüfung von Separatorfolien von großer Bedeutung.
Die ISO 527-3 legt die Prüfbedingungen zur Bestimmung der Zugeigenschaften von Kunststofffolien und -tafeln mit einer Dicke von weniger als 1 mm fest und basiert auf den in ISO 527-1 angegebenen allgemeinen Grundsätzen wie Konditionierung, Versuchsdurchführung, Prüfmittel und Ergebnisse.
Das ASTM Pendant zur ISO 527-3 ist die ASTM D882, die jedoch nicht als technisch äquivalent angesehen werden kann, da sie sich nicht nur in den Probengeometrien unterscheidet, sondern auch geringere Anforderungen an die Genauigkeit der Dehnungsmessung stellt.
Kunststoffe mit einer Dicke von mehr als 1 mm werden nach ISO 527-2 bzw. ASTM D638 geprüft.
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ISO 527-3 Kennwerte
Der Zugversuch an Kunststoff-Folien liefert Messwerte über das Verhalten eines Materials unter quasistatischer, einachsiger stetig steigender Zugbeanspruchung.
Typische Prüfergebnisse sind Kenngrößen wie:
- Streckspannung
- Streckdehnung
- Maximalspannung und nominelle Bruchdehnung
Bei der Verwendung von Streifenproben sind die Ergebnisse der Bruchdehnung sowohl von der Probenform als auch von der Art der Probeneinspannung abhängig. Wir empfehlen den Einsatz von parallel spannenden Probenhaltern. Die Backeinsätze sollten so ausgeführt sein, dass ein Linienkontakt zwischen Klemmbacke und Probekörper vorliegt.
Zugversuche an Separatorfolien in der Batterieprüfung nach ISO 527-3
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.
ISO 527-3 Versuchsdurchführung
Die Versuchsdurchführung des Zugversuchs an Kunststoff-Folien erfolgt wie in ISO 527-1 Abschnitt 9 beschrieben. Dabei ist für Folien folgendes zu beachten:
- bei Probekörpern, die aus Tafeln oder Folien geschnitten sind darf angenommen werden, dass die Breite des Folienschneidwerkzeugs mit der Probekörperbreite übereinstimmt. Jeder Probekörper mit sichtbaren Fehlern an den Schnittkanten ist zu verwerfen. Eigenschaften von bestimmten Folien können sich mit der Richtung in der Ebene (Anisotropie) ändern, daher sollten Probekörper beider Orientierungen geprüft werden.
- Wenn, besonders für dünne Tafeln und Folien, optische Extensometer verwendet werden, ist es notwendig die Messlänge mit Messmarken auf den Probekörpern zu markieren. Es muss sichergestellt sein, dass diese weder geritzt, gestanzt oder geprägt sind, um eine Schädigung der Probe auszuschließen.
- Beim Einspannen der Probe ist 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.
- 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. Eine normgerechte Vorspannung kann über die Prüfsoftware testXpert definiert und damit genaue und wiederholbare Prüfergebnisse sichergestellt werden.
Prüfmittel für den Zugversuch an Kunststoff-Folien nach ISO 527-3
Prüfmaschinen:
Da Kunststofffolien-Probekörper bei relativ geringen Kräften brechen, wird die Prüfung nach ISO 527-3 häufig auf einer einsäuligen Universalprüfmaschine zwickiLine 500 N durchgeführt. Aufgrund einer teilweise hohen Bruchdehnung der Folien-Proben, kann für die Prüfung bis zum Bruch die zwickiLine mit zusätzlicher Höhe oder ein Zweisäulenrahmen der Reihe ProLine oder AllroundLine (für erweiterte Funktionen und automatisierte Prüfungen) erforderlich sein.
Probenhalter:
Zur sicheren und schonenden Klemmung der Folien-Probekörper empfehlen wir die Verwendung von parallel spannenden pneumatischen 1 kN Probenhaltern mit Aluminium/Vulkollan Backeneinsätzen.
Einlegehilfe:
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 Streifenproben unterschiedlicher Breiten und Längen gemäß ISO 527-3 verfügbar.
Extensometer:
Die ISO 527-1 fordert zur Dehnungsmessung den Einsatz eines geeigneten Extensometers. Für die Dehnungsmessung an Kunststoff-Folien darf der Probekörper nicht mit der Masse des Extensometers belastet werden, um einen vorzeitigen Bruch der Probe auszuschließen. Wir empfehlen daher den Einsatz eines berührungslosen Video-Extensometers (videoXtens 2-150 HP (Messbereich bis 175 mm) oder videoXtens 1-270 P (Messbereich bis 330 mm), je nach erwarteter Dehnung der Probe)
Folienzugversuch nach ISO 527-3 mit Prüfsoftware testXpert
Unsere Prüfsoftware testXpert macht die Durchführung des Folienzugversuchs nach ISO 527-3 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±5 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.
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ISO 527-3 Probekörper
Nach ISO 527-3 werden Folien und Tafeln mit einer Stärke bis 1 mm werden anhand von Streifen- oder Schulterproben geprüft.
- Die empfohlene Probenform ist der Streifen. Diese Probenform kann auf einfache Weise mit einer Schneidpresse oder einem Folienschneidgerät hergestellt werden.
- In der Qualitätskontrolle werden häufig Schulterproben verwendet. In diesem Fall wird ein direkt messender Längenänderungsaufnehmer benötigt, mit dem die Probendehnungen direkt an der Probe erfasst werden können.
- Die ISO 527-3 fordert das Aufbringen von zwei parallelen Messmarken im Abstand von 50 mm (L0) auf der Mitte des Probekörpers.
L0 Messlänge
L Einspannlänge / Anfangsabstand der Einspannklemmen
l1 Länge des engen parallelen Teils/Innendurchmesser
l2 Abstand zwischen den breiten, parallelen Teilen
l3 Gesamtlänge
b2 Probenbreite im Schulterbereich
b1 Probenbreite im Messlängenbereich
h Probendicke
| Probekörper | Bemerkung | l3 mm | l1 mm | b2 mm | b1 mm | h mm | L0 mm | L mm |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Typ 2 (Streifen) | empfohlener Probekörper | ≥150 | 10 bis 25 | ≤1 | 50±0,5 | 100±5 | ||
| L kann bei gr. Dehnungen auf 50mm verkleinert werden | ≥150 | 10 bis 25 | ≤1 | 50±0,5 | 50 | |||
| Typ 5 (Schulterprobe) | QS-Anwendungen; bei sehr hoher Bruchdehnung empfohlen | ≥115 | 33±2 | 25±1 | 6±0,4 | ≤1 | 25±0,25 | 80±5 |
| Typ 1B (Schulterprobe) | QS-Anwendungen; für steife Tafeln empfohlen | ≥150 | 60±0,5 | 20±0,5 | 10±0,2 | ≤1 | 50±0,5 | 115±5 |
| Typ 4 (Schulterprobe) | QS-Anwendungen; für dünne Tafeln empfohlen | ≥152 | 50±0,5 | 38 | 25,4±0,1 | ≤1 | 50±0,5 | 98 |
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Wir beraten Sie gerne!
Automatisierte Folienprüfung nach ISO 527-3 mit Roboter-Prüfsystem 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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Downloads zum Zugversuch an Kunststoff-Folien nach ISO 527-3
- 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
