ISO 527-4 | ISO 527-5 Trektests op vezelversterkte composieten
De trektest volgens ISO 527-4 en ISO 527-5 wordt gebruikt voor het bepalen van de trekmodulus en de poissonverhouding, maar ook de treksterkte in de hoofdrichtingen van vezelversterkte kunststoffen. ISO 527-4 beschrijft de testvoorwaarden voor isotropische en anisotropische vezelversterkte kunststoffen. Dit zijn onder andere materialen met niet-unidirectionele versterking, zoals matten, geweven materialen of gesneden vezels, maar ook multidirectionele laminaten gemaakt uit individuele unidirectionele lagen. ISO 527-5 beschrijft de testvoorwaarden voor unidirectionele (UD) vezelversterkte kunststoffen. Beide normen verwijzen naar ISO 527-1 voor de algemene principes wat betreft de bepaling van de trekeigenschappen.
Een andere norm die frequent gebruikt wordt voor trektests op met lange of continue vezels versterkte kunststoffen is ASTM D3039. De norm bevat de testcondities voor isotropische en anisotropische vezelversterkte kunststoffen, en ook unidirectionele vezelversterkte kunststoffen.
Doel en karakteristieke waarden Video Uitvoeren van de test & testuitrusting Testvereisten Samples & afmetingen Bijkomende informatie Downloads
Doel van de test en karakteristieke waarden volgens ISO 527-4 en ISO 527-5
Trektests op vezelversterkte kunststoffen worden uitgevoerd voor het bepalen van de trekeigenschappen tijdens de ontwikkeling en het kwalificatieproces van materialen. Ze leveren de karakteristieke waarden voor de samenstelling en het ontwerp van structuren uit composiet, maar ook voor kwaliteitscontrole. Naast het soort vezelversterking worden de volgende karakteristieke resultaten en karakteristieke waarden bepaald in ISO 527-4 en ISO 527-5:
- Trekspanning: kracht ten opzichte van de initiële doorsnede van het sample
- Axiale rek: verandering van de meetlengte ten opzichte van de initiële meetlengte in de belastingsrichting
- Transverse rek: Verandering van de meetlengte ten opzichte van de initiële meetlengte in dwarsrichting (enkel nodig voor bepaling van de poissonverhouding)
- Trekmodulus: helling van de spanning/rekcurve in een bepaald rekinterval in het elastische gebied. Ook elasticiteitsmodulus of Young’s modulus genoemd
- Treksterkte: maximale waarde van de trekspanning tijdens de trektest
- Rek bij breuk: axiale rek wanneer de treksterkte bereikt wordt
- Poisson coëfficiënt: negatieve verhouding van dwarsrek ten opzichte van langsrek
ISO 527-4, ISO 527-5 en ASTM D3039 leggen de testcondities vast voor trektests op vezelversterkte kunststoffen. Ondanks de gelijkenissen tussen de testmethoden, zijn de bepaalde karakteristieke waarden niet volledig vergelijkbaar, aangezien de samplevorm, de afmeting en de bepaling van de eigenschappen afwijken op sommige vlakken (bv. rekinterval voor de trekmodulus).
Betrouwbaar testen volgens ISO 527-4 en 527-5 met testXpert testsoftware
testXpert zorgt voor efficiënte tests en betrouwbare testresultaten volgens ISO 527-4 en ISO 527-5:
- Bespaar u het bestuderen van de norm: gegarandeerd normconform dankzij standaard testprogramma’s - alle karakteristieke waarden en parameters uit ISO 527-4 en ISO 527-5 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.
Sampleklemmen en uitlijneenheid voor betrouwbare testresultaten volgens ISO 527-4 en ISO 527-5
Voor het uitvoeren van een trektest volgens ISO 527-4 en ISO 527-5 wordt het passende treksample geklemd in de sampleklemmen van een statische testmachine. Het is aanbevolen regelmatig de correcte uitlijning van de sampleklemmen te controleren volgens ISO 23788 of ASTM E1012. Voor Nadcap geaccrediteerde testlaboratoria in de lucht- en ruimtevaartsector is een bewijs van uitlijning verplicht. Mechanische body-over-wedge of hydraulische body-over-wedge klemmen zijn ideaal voor deze toepassing. Als een bewijs van uitlijning niet noodzakelijk is, kunnen ook uitlijnbare wig-schroefklemmen gebruikt worden.
Trekbanken voor ISO 527-4 en ISO 527-5
Een 100 kN testmachine is vaak voldoende voor trektests volgens ISO 527-4 en ISO 527-5 en vele andere genormeerde testmethoden voor vezelversterkte kunststoffen. Bij de rechts getoonde 100 kN machineconfiguratie maken de mechanische body-over-wedge klemmen 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 niet-genormeerde tests. 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.
Extensometers voor rekmeting volgens ISO 527-4 en ISO 527-5
Voor een correcte bepaling van de elastische karakteristieke waarden en de rek bij breuk is het nodig de rek rechtstreeks op het sample te meten. Voor bepaling van de Young’s modulus en de rek bij breuk is meting van de axiale rek voldoende. Om ook de Poissonverhouding te bepalen, is een biaxiaal rekmeetsysteem nodig waarmee ook de transverse rek gemeten kan worden. Voor de rekmeting kan u gebruik maken van rekstrookjes, systemen met meetvoelers zoals clip-on extensometers (beperking: niet tot breuk) of automatische extensometers met meetvoelers (makroXtens, multiXtens) of contactloze optische systemen (videoXtens).
Testcondities voor een test volgens ISO 527-4 en ISO 527-5
Testsnelheid
De in te stellen constante testsnelheid hangt af van het sampletype en het doel van de test. Voor trektests tijdens kwaliteitscontrole kunnen hogere snelheden ingesteld worden dan voor tests bij karakterisatie van het materiaal.
- Geldige breuk van het sample
Samples die breken in de klemmen, of in de overgangszone tussen klem en vrije lengte van het sample, zijn ongeldig en moeten vervangen worden door een nieuw sample om ten minste vijf geldige testresultaten te verkrijgen.
Temperatuurbereik
Aangezien de mechanische eigenschappen van vezelversterkte kunststoffen zeer afhankelijk van de temperatuur kunnen zijn, worden naast diegene bij kamertemperatuur ook tests uitgevoerd bij verlaagde en verhoogde temperaturen. Hiervoor kan de testmachine uitgerust worden met een temperatuurkast voor een temperatuurbereik van -80 °C tot 360 °C.
Samples en afmetingen volgens ISO 527-4/527-5
- l = Totale lengte van het sample
- L = Afstand tussen de klemvlakken van de sampleklemmen
- b = Breedte van het sample
- h = Dikte van het GFK laminaat
- L0 = Aanbevolen meetlengte voor extensometers (meetvoelers of contactloos): ISO 527-4 sampletype 4 L0 = 25 mm, voor alle andere hierboven opgelijste samples L0 = 50 mm
| Norm | Sampletype | Schematische weergave (vereenvoudigd, niet op schaal) | Toepassing |
|---|---|---|---|
| ISO 527-4 | Type 1B haltervormig |  |
|
| Type 2 rechthoekig zonder kopstrips |  |
| |
| Type 3 * rechthoekig met kopstrips |  |
| |
| Type 4 ** conisch zonder kopstrips |  |
| |
| ISO 527-5 | Type A, type B *** |  |
|
- * Voor sampletype 3 in ISO 527-4 en sampletypes A en B in ISO 527-5, worden kopstrips aangebracht aan beide zijden van het sample. Het doel van deze krachtinleidingselementen -die gewoonlijk gekleefd worden op het te testen laminaat- is de spanningsconcentraties in de klem te verminderen zodat klembreuk (waarbij het sample breekt in de klemmen) vermeden wordt. Kopstrips gemaakt uit ±45° GFK laminaat hebben hun waarde hiervoor al bewezen. Rechte strips worden meestal gebruikt, maar ASTM D3039 laat ook kopstrips toe met scherpe hoeken. Ook andere krachtinleidingselementen, waaronder niet-gekleefde, kunnen gebruikt worden (bv. abrasief doek of schuurpapier) als kan aangetoond worden dat dezelfde sterkte bereikt wordt en dat er geen grote spreiding zit in de karakteristieke waarden.
- ** Voor sampletype 4, nieuw sinds ISO 527-4:2023 en bedoeld voor trektests zonder kopstrips op multidirectionele met continue vezels versterkte thermoplasten, moeten de resultaten herberekend worden als de breuk optreedt buiten de rechte meetlengte in het midden L0 = 25 mm. De breukgerelateerde berekening van de treksterkte voor sampletype 4 in ISO 527-4 Annex E is al vervat in het vooraf ingestelde testXpert testprogramma voor ISO 527-4:2023.
- *** Sampletypes A en B in ISO 527-5 hebben verschillende laminaatdikte en samplebreedte. Sampletype A, bedoeld voor de trektest in 0° richting van een UD laminaat, heeft een breedte van 15 mm en een laminaatdikte van 1 mm. Type B anderzijds, bedoeld voor de trektest in 90° richting van een UD laminaat, heeft een breedte van 25 mm en een laminaatdikte van 2 mm. Dit verzekert dat de krachten gemeten tijdens de 0° trektest niet te hoog worden en de krachten gemeten in de 90° trektest hoog genoeg zijn. Zo kunnen beide sampletypes getest worden met dezelfde testopstelling. Deze bijregeling op vlak van afmetingen is noodzakelijk omdat UD laminaten een extreem verschillende sterkte hebben in de richting van de vezels en in dwarsrichting.
Meer informatie over ISO 527-4 & ISO 527-5
- Om de trekeigenschappen te bepalen van een enkele laag, worden meerlagige composieten geproduceerd waarin elke individuele laag op dezelfde manier georiënteerd is. Dit zijn ook de 0° of 90° UD laminaten bedoeld in ISO 527-5. In het geval van geweven meerlagige composieten in ISO 527-4, worden de mechanische eigenschappen gekenmerkt met schering en inslagrichting.
- Naast het uitvoeren van trektests voor materiaalontwikkeling, materiaalkwalificatie en kwaliteitscontrole, worden de karakteristieke waarden van de enkelvoudige lagen ook gebruikt bij het ontwerp van structuren uit composiet in analytische berekeningsmethoden. Bij de klassieke laminaattheorie kunnen de elastische eigenschappen van een multidirectioneel gelaagd composiet bijvoorbeeld berekend worden uit de karakteristieke waarden van de respectievelijke individuele lagen. De sterktewaarden van de enkelvoudige lagen worden onder andere gebruikt voor de berekening van breukcriteria zoals maximale spanning, Hashin, Puck of LaRC.
- Aangezien de mechanische eigenschappen van een meerlagig composiet afhangen van de oriëntatie van de respectievelijke individuele lagen, heeft elk meerlagig composiet met verschillende oriëntaties verschillende mechanische trekeigenschappen. De mechanische materiaaleigenschappen van vezelversterkte kunststoffen worden daarom pas duidelijk tijdens het productieproces van het laminaat. Het productieproces zelf heeft een aanzienlijke invloed op de resulterende karakteristieke waarden. De invloed van het productieproces op de mechanische eigenschappen van een vezelversterkt kunststoflaminaat wordt daarom vaker gevalideerd met mechanische tests.