ASTM D695: End loading druktest
De norm ASTM D695 beschrijft de druktest met end loading. Deze standaard testmethode wordt gebruikt voor het bepalen van de drukeigenschappen van kunststoffen en vezelversterkte composieten.
De methode is gebaseerd op de norm ASTM D695, oorspronkelijk ontwikkeld voor het testen van kunststoffen, en werd verder ontwikkeld voor het testen van vezelversterkte composieten in de normen DIN EN 2850 en Boeing BSS 7260 Type III en IV. De relatief eenvoudige testopstelling en eenvoudige druktestkit, voorzien van een precies gepositioneerde verticale anti-kniksteun, zijn zeer voordelig.
De normen DIN EN 2850 (Type B) en Boeing BSS 7260 (Type III en Type IV) beschrijven ook de druktest met end loading op composieten.
ASTM D695: doel & karakteristieke waarden
De volgende karakteristieke resultaten en waarden voor vezelversterkte kunststoffen kunnen bepaald worden met de druktest volgens ASTM D695 voorzien van een druksteun, meerbepaald de varianten ontwikkeld op basis van ASTM D695 (EN 2850 Methode B, SACMA SRM-1R-94, Boeing BSS 7260 Type III & IV):
- Drukspanning: drukkracht ten opzichte van de initiële doorsnede van het sample
- Drukrek: verandering in meetlengte ten opzichte van de initiële meetlengte in de belastingsrichting (enkel met een geschikt meetsysteem, zie hieronder)
- 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
Belangrijke informatie over de bepaling van de resultaten
ASTM D695 voorziet een haltervormig sample voor onversterkte en versterkte kunststoffen met een dikte van < 3,2 mm, waarmee de drukmodulus (onder voorbehoud van een geschikt rekmeetsysteem) en de druksterkte bepaald kunnen worden. Hiervoor is een bijkomende steunhulp nodig.
Haltervormige samples zijn echter niet geschikt voor UD composieten. De varianten ontwikkeld op basis van ASTM D695 (EN 2850 Methode B, SACMA SRM-1R-94, Boeing BSS 7260 Type III & IV) gebruiken daarom steeds twee verschillende samples met een uniforme rechthoekige sectie:
- Voor het meten van de drukmodulus wordt een sample zonder kopstrips gebruikt. Dit sample mag niet gebruikt worden voor de bepaling van de druksterkte, aangezien de samples steeds vroegtijdig falen ter hoogte van de eindvlakken bij lagere drukspanningen dan de druksterkte van het materiaal.
- Voor het meten van de druksterkte wordt het sample versterkt met kopstrips. De test is geldig wanneer het sample breekt binnen de vrije lengte. Dit sample is dan weer niet geschikt voor het bepalen van de drukmodulus, aangezien het aanbrengen van rekstrookjes in de vrije samplelengte (ongeveer 5 mm) zeer moeilijk zou zijn.
Omdat de kracht steeds uitsluitend via de eindvlakken van het sample ingeleid wordt, is een zeer precieze bewerking van de eindvlakken uiterst cruciaal.
End loading druktest volgens ASTM D695
Tijdens de end loading druktest volgens ASTM D695 wordt het sample in lengterichting belast tussen twee drukplaten. De anti-kniksteun voorkomt vroegtijdige beschadiging door gesuperponeerde buiging, maar draagt niet bij tot de krachtinleiding in het sample. De kracht wordt uitsluitend uitgeoefend via de eindvlakken van het sample, welke dus precies bewerkt moeten worden.
Voor het meten van de drukmodulus wordt een sample zonder strips gebruikt. Voor het bepalen van de geldigheid van de druktest door het kwantificeren van de gesuperponeerde buigvervormingen (percentage buiging), is het nodig een rekmeting uit te voeren met afzonderlijke rekstrookjes centraal aan beide zijden. Hiervoor is een anti-kniksteun nodig met uitsparingen ter hoogte van de aangebrachte rekstrookjes. De signalen van de rekstrookjes worden vervolgens uitgemiddeld voor bepaling van de drukrek.
Voor het meten van de druksterkte wordt een sample met kopstrips gebruikt om het oppervlak te vergroten langs waar de kracht uitgeoefend wordt, en breuk te verkrijgen in het niet-gesteunde midden van het sample. Een breuk ter hoogte van de belastingspunten wordt als ongeldig beschouwd, en geeft altijd lagere waarden voor de druksterkte. Door de zeer korte lengte van het niet-gesteunde midden van het sample, is het voor dit type sample relatief complex om rekstrookjes aan te brengen in vergelijking met andere druktestmethoden.
Bij een correcte uitvoering van de test worden over het algemeen reproduceerbare waarden verkregen voor de drukmodulus. De bepaling van de druksterkte vertoont vaak meer spreiding.
Testmachines voor ASTM D695
- Door de voortdurende verdere ontwikkeling en verbetering van de mechanische eigenschappen van vezels en matrix, kunnen nu bij de normale samplegeometrie maximale krachten tot ongeveer 50 kN optreden bij UD koolstofvezelversterkte composieten. Aangezien naast druktests veelal ook trektests uitgevoerd worden, waarbij de maximale krachten nog hoger liggen, wordt een statische testmachine met een capaciteit tot 100 kN of 250 kN aanbevolen.
- Indien enkel glasvezelversterkte composieten getest worden, volstaat een 50 kN testmachine.
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 end loading druktests dankzij onze testXpert testsoftware
Onze testXpert testsoftware helpt u efficiënt te testen en betrouwbare testresultaten te behalen volgens ASTM D695 en de varianten op basis van ASTM D695 voor end loading druktests.
- Bespaar u het bestuderen van de norm: gegarandeerd normconform dankzij standaard testprogramma’s - alle karakteristieke waarden en parameters uit ASTM D695 en DIN EN 2850 zijn vooraf geconfigureerd.
- Maximale testefficiëntie dankzij de verbinding met 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 via de software. Stel temperatuurstijgingen in en bekijk achteraf de aangehouden waarden, met traceerbaarheid.
Rekmeting volgens ASTM D695 en afgeleide varianten
Geschikte methoden voor de rekmeting tijdens een end loading druktest volgens ASTM D695 zijn rekstrookjes centraal op het sample of clip-on extensometers die de indrukking meten aan de rand van het sample. Bij rekstrookjes meten de elementen van de steunhulp geschikte uitsparingen hebben in het midden zodat ze niet in contact komen met het meetgebied van de rekstrookjes of de bekabeling.
Door de precies gecentreerde positie van het sample in de belastingsas en de uitsparingen in het ZwickRoell druktestwerktuig voor end loading, is het ook mogelijk een automatische makroXtens rekmeter met meetvoelers te gebruiken. Deze meet aan twee zijden op de rand van het sample.
Volgens de varianten op de end loading druktest afgeleid van ASTM D695 wordt enkel rek gemeten voor het sample waarop de drukmodulus bepaald wordt. De testnormen in kwestie gebruiken soms verschillende specificaties voor de maximale samendrukking tijdens de test en voor het bereik waarin de Young’s modulus bepaald wordt.
- DIN EN 2850 Methode B: Drukbelasting tot minstens 0,5 % (5000 µe) samendrukking, bepaling van de Young’s modulus tussen 0,1 % en 0,5 % (voorkeursmethode tenzij anders vastgelegd)
- Boeing BSS 7260: Drukbelasting tot minstens 3000 µe samendrukking, bepaling van de Young’s modulus tussen 1000 en 3000 µe.
- SACMA SRM-1R-94: Drukbelasting tot 5000 µe, bepaling van de Young’s modulus tussen 1000 en 3000 µe, gebruik van rekstrookjes aan beide kanten voor het bewaken van gesuperponeerde buigbelasting wordt aanbevolen, als de afwijking tussen de signalen van de rekstrookjes groter is dan 10% is de test ongeldig en moet deze herhaald worden.
Zoals hierboven beschreven, is voor de meting van de druksterkte bij deze normen geen rekmeting voorzien op samples met kopstrips door de zeer korte vrije meetlengte.
Een clip-on extensometer die meet aan de randen van het sample is ook geschikt voor het haltervormige sample uit ASTM D695 met een dikte kleiner dan 3,2 mm. Deze wordt gebruikt voor zowel de meting van de Young’s modulus als voor de druksterkte.
| Norm | Sampletype | Schematische weergave (niet op schaal) | Gebruik en instructies |
|---|---|---|---|
| ASTM D695 | Haltervormig, voor sampledikte kleiner dan 3,2 mm |  | Onversterkte en versterkte kunststoffen met een stijfheid tot 41 GPa (bv. ook GFRP weefselcomposieten) |
DIN EN 2850 Methode B Boeing BSS 7260 SACMA SRM-1R-94 | B1 Type III Sample voor druksterkte |  | UD* en weefselcomposieten (GFRP, CFRP)
|
DIN EN 2850 Methode B Boeing BSS 7260 SACMA SRM-1R-94 | B2 Type IV Sample voor drukmodulus |  |
Vaak gestelde vragen over de druktest volgens ASTM D695
ASTM D695 beschrijft de druktest voor het bepalen van mechanische eigenschappen zoals de Young’s modulus en de druksterkte van stijve kunststoffen volgens het end loading principe (frontale lastuitoefening), waarbij de kracht uitsluitend ingeleid wordt via de eindvlakken van het testsample. ASTM D695 is geschikt voor composieten met een stijfheid tot 41 GPa, zoals glasvezelversterkte weefselcomposieten. Voor versterkte kunststoffen met een hoge modulus en een laminaatdikte < 3,2 mm is een steunhulp nodig.
De norm ASTM D695 beschrijft de druktest voor bepaling van mechanische karakteristieke waarden zoals de Young’s modulus en de stijfheid van stijve kunststoffen. ASTM D695-15 verwijst naar het publicatiejaar 2015, maar werd sindsdien herwerkt en vervangen door ASTM D695-23 of ASTM D695:2023.
ASTM D695 voorziet een haltervormig sample met een lengte L=79,4 mm en een breedte B=19 mm voor onversterkte en versterkte kunststoffen met een dikte < 3,2 mm, waarmee de drukmodulus (onder voorbehoud van een geschikt rekmeetsysteem) en de druksterkte bepaald kunnen worden. Haltervormige samples zijn echter niet geschikt voor UD composieten. De varianten op basis van ASTM D695 gebruiken daarom steeds twee verschillende rechthoekige samples: een sample zonder kopstrips voor bepaling van de drukmodulus en een sample met kopstrips voor bepaling van de druksterkte.
