ASTM D6641 combined loading druktest
ASTM D6641 is een genormeerde testmethode voor het bepalen van de Young’s modulus, sterkte en rek bij breuk van vezelversterkte composietlaminaten onder drukbelasting. De test is geschikt voor 0°, 90°, multidirectionele UD laminaten, geweven of gelaagde composieten, of vezelcomposieten met discontinue en willekeurig verdeelde versterkingsvezels (bv. Chopped fiber composites, SMC).
In de druktest met combined loading wordt een gecombineerde belasting uitgeoefend die bestaat uit een normale krachtcomponent, ingeleid via de eindvlakken, en een afschuifcomponent, ingeleid via het ingeklemde deel van het sample. Deze gecombineerde krachtinleiding is bijzonder voordelig voor druktests op vezelversterkte composietlaminaten met hoge sterkte. Voor optimale resultaten is het essentieel zich te houden aan de toleranties uit de norm op vlak van parallelliteit van de eindvlakken van het sample en loodrechtheid van de eindvlakken ten opzichte van de belastingsrichting.
Volgens ASTM D6641 kunnen zowel samples zonder tabs (Procedure A) als samples met tabs (Procedure B) gebruikt worden. Bekijk de sectie “Testsamples en afmetingen” hieronder voor meer informatie.
Verdere vaak gebruikte testnormen voor druktests op composieten met lange of continue vezels zijn ASTM D695 of DIN EN 2850 methode B voor pure belasting via de eindvlakken, en ASTM D3410 of ISO 14126 methode 1 voor pure afschuifbelasting. Een andere genormeerde druktest met gecombineerde belasting wordt beschreven in ISO 14126 methode 2.
Doel en karakteristieke waarden Uitvoeren van een test CLC testwerktuig Testmachines Rekmeting Testvereisten Sample
Doel van de test en karakteristieke waarden volgens ASTM D6641
Druktests op composieten volgens ASTM D6641 worden uitgevoerd om de mechanische drukeigenschappen te bepalen in het kader van materiaalontwikkeling en kwalificatie, om karakteristieke waarden te bepalen voor het ontwerp van composietstructuren, of voor kwaliteitscontrole.
De druktest met gecombineerde belasting volgens ASTM D6641 is geschikt voor het bepalen van de volgende karakteristieke waarden en resultaten:
- Drukspanning: drukkracht ten opzichte van de initiële doorsnede van het sample
- Drukvervorming: verandering van de meetlengte ten opzichte van de initiële meetlengte in de belastingsrichting
- Drukmodulus: helling van de spanning/rekcurve in een bepaald rekinterval in het elastische gebied. Ook elasticiteitsmodulus of Young’s modulus genoemd
- Druksterkte: maximale drukspanning (nominaal) in het sample tijdens een druktest
- Samendrukking bij breuk: drukvervorming bij het bereiken van de druksterkte
Als een twee-assig rekstrookje gebruikt wordt, waarmee de rek in langs- en dwarsrichting gemeten kan worden, zou ook de Poissonverhouding bepaald kunnen worden tijdens een druktest volgens ASTM D6641. Deze wordt ook vermeld in de norm. Dit is echter niet praktisch omwille van de relatief kleine vrije samplelengte tijdens de druktest en wordt daarom zelden bepaald. De trektest volgens ISO 527-4,-5 of ASTM D3039 is veel geschikter voor de bepaling van de Poissonverhouding.
Hoe wordt de druktest volgens ASTM D6641 uitgevoerd?
Hieronder vindt u belangrijke informatie rond het uitvoeren van de druktest met gecombineerde belasting op composieten, de vereiste testmachines en rekstrookjes. Voor volledige informatie over ASTM D6641 is het essentieel de norm aan te kopen.
ASTM D6641 combined loading testwerktuig
Voor de combined loading compression (CLC) test volgens ASTM D6641 is een testwerktuig nodig dat een gecombineerde krachtinleiding toelaat via de eindvlakken en het ingeklemde deel van het sample.
In het werktuig voor combined loading uit de norm wordt het sample boven- en onderaan ingeklemd via telkens 4 bouten in het geleide deel van het werktuig. De eindvlakken van het sample zitten ter hoogte van de eindvlakken van het werktuig. Het testwerktuig wordt met het geplaatste sample tussen parallel uitgelijnde geharde drukplaten geplaatst en op druk belast tot het sample breekt.
Volgens ASTM D6641 kan ook een ander testwerktuig gebruikt worden voor de combined loading druktest dat tot hetzelfde principe van gecombineerde belasting leidt in het sample:
De hydraulic composites compression fixture (HCCF), exclusief verkrijgbaar bij ZwickRoell, voor druktests op composieten tot 250 kN, een uiterst veelzijdig druktestwerktuig dat onder andere geschikt is voor de druktest met gecombineerde belasting volgens ASTM D6641.
Enkele voordelen en eigenschappen van de de HCCF
- Maakt druktests mogelijk volgens het principe van gecombineerde belasting (ASTM D6641, ISO 14126 methode 2 of Airbus AITM 1-0008)
- Maakt druktests mogelijk met pure afschuifbelasting (ASTM D3410 of ISO 14126 methode 1)
- Voor drukkrachten tot 250 kN
- Voor samples met breedte tot 35 mm en laminaatdikten tot 10 mm
- Snelle verwerking van samples tijdens de test, aangezien de HCCF in de testmachine blijft
- Klemvlakken zijn precies uitgelijnd ten opzichte van elkaar en kunnen zich niet verplaatsen ten opzichte van elkaar tijdens de test
- Ongehinderd zicht op het vrije deel van het sample voor gebruik van optische rekmeetmethoden zoals digital image correlation (DIC)
Opmerking: ASTM D6641 vereist dubbelzijdige rekmeting op de tegenover elkaar liggende vlakken in het vrije deel van het sample.Door de relatief kleine oppervlakte van 13x13 mm² bij het standaard sample volgens ASTM D6641, zijn rekstrookjes over het algemeen de meest geschikte methode voor de rekmeting. Bekijk de sectie “ Rekmeting ” hieronder voor meer informatie.
- Een vervorming veroorzaakt door de lijmlaag of dikte van de tabs tijdens het inklemmen van het sample - herkenbaar aan een absoluut verschil van >150 µe tussen de rekstrookjes aan beide kanten - kan snel en makkelijk gecorrigeerd worden door het openen van de klemmen en ophogen.
- Kan gebruikt worden voor druktests bij afwijkende temperaturen van -60°C tot +150°C
- Manueel bediende hydraulische pomp voor zeer precieze inklemming van het sample
Klemvlakken met schubmotief of met een ruw oppervlak door een thermisch coatingproces zijn beschikbaar voor de HCCF. De klemmen met thermische coating zijn bedoeld voor het testen van samples zonder tabs (ASTM D6641 procedure A).
Testmachine voor ASTM D6641
Een 100 kN AllroundLine testmachine is vaak voldoende voor druktests volgens ASTM D6641 op standaard samples en vele andere genormeerde testmethoden voor vezelversterkte kunststoffen. Getoond wordt de testopstelling voor druktests met een HCCF druktestwerktuig en verlengstukken boven- en onderaan. Hiermee is het mogelijk druktests uit te voeren in de temperatuurkast. De verlengstukken zijn niet nodig voor druktests bij kamertemperatuur. Bij de getoonde 100 kN machineconfiguratie maken de mechanische body-over-wedge klemmen voor trektests (zie kleine afbeelding bovenaan rechts) het wisselen van testopstellingen en testwerktuigen makkelijk. Aangezien de klemmen makkelijk weg te nemen zijn, kan de hele werkruimte van de machine ook gebruikt worden voor tests die niet standaard zijn. Dankzij de steunpoten kan de hoogte van de werkruimte individueel en ergonomisch ingesteld worden.
Als enkel tests uitgevoerd worden op glasvezelversterkte kunststoffen (GFK), volstaat normaal gezien een statische machine met een maximale kracht van 50 kN.
Modulair testsysteem voor vezelversterkte composieten
Grotere testlaboratoria met hoge testvolumes gebruiken verschillende testmachines voor de zeer diverse testmethoden voor composieten, en kunnen daardoor besparen op ombouwwerkzaamheden. De individuele testmachines zijn afgestemd op het krachtbereik dat nodig is voor de verschillende testtypes. Bij kleinere hoeveelheden samples is de investering in meerdere testmachines niet zo rendabel, en is het voordelig één testmachine zo uit te rusten dat zo veel mogelijk testmethodes uitgevoerd kunnen worden met zo weinig mogelijk ombouwwerk.
ZwickRoell heeft een modulair design ontwikkeld dat beschikbaar is met een 100 kN of 250 kN testmachine en geschikt is voor meer dan 21 testmethoden en ongeveer 120 testnormen (ISO, EN, ASTM maar ook Airbus AITM en Boeing BSS). Met deze machines kunnen vezelversterkte composieten uitgebreid gekarakteriseerd worden bij kamertemperatuur of bij lage en hoge temperaturen van -80 °C tot +360 °C.
Betrouwbare tests volgens ASTM D6641 dankzij onze testXpert testsoftware
Onze testXpert testsoftware zorgt voor efficiënte tests en betrouwbare testresultaten volgens ASTM D6641:
- Het is niet langer nodig de norm te bestuderen: Gegarandeerd normconform dankzij standaard testprogramma’s - alle karakteristieke waarden en parameters uit ASTM D6641 zijn reeds vooraf geconfigureerd.
- U kan maximale testefficiëntie bereiken door het aansluiten van randapparatuur: Als de afmetingen van het sample rechtstreeks van de micrometer doorgestuurd worden naar de testsoftware bespaart u tijd en vermijdt u ingavefouten.
- Verifieer en stuur de temperatuur in de kamer ook via de software. Stel temperatuurstijgingen in en bekijk achteraf de aangehouden waarden, met traceerbaarheid.
Rekmeting tijdens de druktest volgens ASTM D6641
De druktest volgens ASTM D6641 vereist tweezijdige en onafhankelijke rekmeting in de vrije ongesteunde zone van het sample (meetlengte). Door de relatief kleine oppervlakte van 13x13 mm2 bij de standaard samplegeometrie, zijn rekstrookjes over het algemeen de meest geschikte methode voor de rekmeting.
De dubbelzijdige en onafhankelijke rekmeting op het sample is nodig om het percentage buiging te bepalen en geldige tests te onderscheiden van ongeldige tests. Bekijk de sectie Testcondities - Monitoren van gesuperponeerde buigvervorming (percentage buiging) hieronder.
Door het open ontwerp van het HCCF drukwerktuig is het ook mogelijk een clip-on extensometer te gebruiken die onafhankelijk meet aan beide zijden. Hiervoor is echter een vrije lengte van minstens 13 mm nodig. Volgens ASTM D6641 is een langere vrije lengte toegelaten, wat voordelig is bij gebruik van een clip-on extensometer, zolang de dikte navenant gekozen is om Euler knikken te vermijden.
Testcondities volgens ASTM D6641
Testsnelheid
De nominale testsnelheid volgens ASTM D6641 is 1,3 mm/min.
Geldige breuk van het sample
ASTM D6641 voorziet een code van 3 letters voor de documentatie van de breuk van het sample, om zo de manier van falen en de positie op het sample vast te leggen. Afhankelijk van de vezelarchitectuur en het geteste laminaat kan het sample tijdens de druktest op verschillende manieren falen, bv. breuk over de breedte van het sample, afschuifbreuk onder een hoek (gewoonlijk druktests op 90° UD laminaat), kink band, brooming, splitten, delaminatie of combinaties van verschillende breukmodi.
De druktest is enkel geldig als het sample breekt binnen de vrije lengte. Het ideale geval is een breuk in het middelste gedeelte van de vrije lengte, maar doordat deze vrij kort is en de breukvlakken soms onder een hoek lopen, kunnen ook breuken optreden bij de overgang van de klemmen naar de vrije zone of aan de overgang van de tab naar de vrije zone. Dit zijn ook geldige breuken.
Euler knikken, breuk aan de eindvlakken van het sample of om het even welk type breuk in de klemzone zijn niet geldig.
Bewaking van percent buiging
Naast een geldige breuk mag voor een geldige test volgens ASTM D6641 ook het percentage buiging onder drukbelasting een bepaald bereik niet overschrijden. Het percentage buiging wordt bepaald aan de hand van de reksignalen ε1 en ε2 gemeten aan beide zijden van het sample met de formule By=(ε1-ε2)/(ε1+ε2)×100.
Voor een geldige test: By<10% in het gemiddelde verlengingsinterval van de bepaling van de Young’s modulus bij 2000 µε en By<10% voor de druksterkte en de rek bij breuk.
Als sprongen en onregelmatigheden optreden in het reksignaal door prematuur falen van het laminaat in de buurt van de breuksterkte, is de test geldig zelfs als het percentage buiging overschreden wordt vanaf 90% van de druksterkte.
Temperatuurbereik
Aangezien de mechanische eigenschappen van vezelversterkte kunststoffen zeer afhankelijk van de temperatuur kunnen zijn, worden naast diegene bij kamertemperatuur ook druktests uitgevoerd bij verlaagde en verhoogde temperaturen. Daarom kan het ZwickRoell HCCF drukwerktuig gebruikt worden in een temperatuurbereik van -60° tot +150 °C, geschikt voor temperatuurtests tussen -40° and +80 °C (+120 °C) voor automobieltoepassingen en tussen -55 °C en +120 °C voor de luchtvaart.
ASTM D6641 samples en afmetingen
| Sampletype | Schematische voorstelling van het sample | Opmerkingen |
|---|---|---|
| Zonder tabs (Procedure A) |  | Geschikt voor multi-directionele laminaten met minder dan 50% 0° lagen als breuk ter hoogte van de eindvlakken vermeden kan worden en geen grote verhoging in klemkracht boven het aanbevolen niveau nodig is. |
| Met tabs (Procedure B) |  |
|
- Een ±45° GRP laminaat kan gebruikt worden als materiaal voor de tabs. Deze worden op het laminaat gekleefd met een geschikte lijm. Voor sampledikten tot 2,5 mm is een tabdikte van ongeveer 1,6 mm geschikt gebleken. Voor dikkere samples kunnen indien nodig dikkere tabs gebruikt worden.
- ASTM D6641 definieert geen standaard sampledikte. Gewoonlijk worden samples met een dikte van 2 tot 3 mm getest. Ook dikkere laminaten kunnen getest worden, als het gebruikte testwerktuig hiervoor geschikt is. Voor kleinere sampledikten moet de dimensionering tegen Euler knikken in de norm aangehouden worden, zeker voor laminaten met lage stijfheid
- Het HCCF druktestwerktuig werd origineel ontwikkeld voor gecombineerde drukbelastingstests volgens Airbus AITM 1-0008. De lengte van de klemvlakken in AITM 1-0008 is 65 mm. De originele klemvlakken van de HCCF zijn daarom 1,5 mm te lang voor de samplegeometrie volgens ASTM D6641. Voor de druktest met gecombineerde belasting volgens ASTM D6641 moeten in de HCCF 143 mm lange druksamples gebruikt worden. Alternatief kunnen andere klemvlakken voor de nominale samplelengte van 140 mm gebruikt worden.
