ASTM D6641 Kombine Yüklemeli Basma
ASTM D6641, basınçlı yükleme altında elyaf kompozit laminatların elastikiyet modülünü, mukavemetini ve kopma uzamasını belirlemek için standart bir test yöntemidir. Test, 0°, 90° veya çok yönlü UD laminatlar, dokuma ve serilmiş bez kompozitler veya süreksiz ve rastgele dağılmış takviye edici elyaflara sahip elyaf kompozitler (örneğin, doğranmış elyaf kompozitler, SMC) için uygundur.
Kombine yüklemeli basma testinde, uç yüzeyler üzerinden bir normal kuvvet bileşeni ve numunenin kenetlenmiş kısmı üzerinden bir kesme kuvveti bileşeni ile birleşik bir kuvvet uygulanır. Bu kombine kuvvet uygulaması, özellikle yüksek mukavemetli fiber kompozit laminatlar üzerindeki basma testleri için avantajlıdır. Numune uç yüzeylerinin paralelliği ve uç yüzeylerin yükleme yönüne dikliği için standartta belirtilen toleranslara uyulması, optimum sonuçların elde edilmesi için gereklidir.
ASTM D6641'e göre, hem yapıştırmasız numuneler (Prosedür A) hem de yapıştırıcı uygulanmış numuneler (Prosedür B) kullanılabilir. Daha fazla bilgi için aşağıdaki “Numuneler ve Boyutlar” bölümüne bakın.
Uzun veya sürekli elyaf takviyeli plastikler üzerinde basma testleri için yaygın olarak kullanılan diğer test standartları, saf uç yükleme prensibine göre ASTM D695 veya DIN EN 2850 prosedür B ve saf kesme yükleme prensibine göre ASTM D3410 veya ISO 14126 yöntem 1'dir. Bir başka standartlaştırılmış kombine yüklemeli basma testi ISO 14126 Yöntem 2'de açıklanmaktadır.
Amaç ve karakteristik değerler Test uygulaması CLC Test ekipmanı Test cihazları Uzama ölçümü Test koşulları Test numunesi
ASTM D6641 uyarınca belirlenen testin amacı ve karakteristik değerleri
ASTM D6641'e göre kompozitler için basma testleri, malzeme geliştirme ve kalifikasyon sırasında mekanik sıkıştırma özelliklerini belirlemek, kompozit yapıların düzeni ve tasarımı için karakteristik değerleri belirlemek ve kalite güvencesi için gerçekleştirilir.
Aşağıdaki karakteristik sonuçlar ve değerler, ASTM D6641'e uygun olarak kombine yüklemeli basma testi kullanılarak belirlenebilir:
- Basınç gerilmesi: Test numunesinin başlangıç kesitine dayalı basınç kuvveti
- Sıkıştırma:: Yük yönünde ilk ölçüm uzunluğuna göre ölçüm uzunluğundaki değişim
- Basma modülü: Elastik aralıkta tanımlanmış bir uzama aralığında sıkıştırma testindeki gerilme-sıkıştırma eğrisinin eğimi. Elastisite modülü veya esneklik modülü olarak da adlandırılır
- Basma mukavemeti: Basma testinde belirlenen basma gerilmesinin maksimum değeri
- Kopma uzaması: Basınç dayanımına ulaşıldığında sıkıştırma
Boyuna ve enine yöndeki uzamanın ölçülebildiği çift eksenli bir uzama ölçer kullanılırsa, Poisson oranı ASTM D6641 uyarınca basma testinde de belirlenebilir ve standartta buna göre tartışılır. Bununla birlikte, basma testindeki nispeten küçük serbest numune uzunluğu nedeniyle bu pratik değildir ve bu nedenle çok nadiren uygulanır. Poisson oranını belirlemek için ISO 527-4,-5 veya ASTM D3039'a göre çekme testi çok daha uygundur.
ASTM D6641'e göre basma testi nasıl yapılır?
Aşağıda, kompozitler üzerinde kombine yüklemeli basma testinin nasıl yapılacağı ve bunun için gerekli test cihazları, test cihazları ve uzama ölçerler hakkında önemli bilgiler bulacaksınız. ASTM D6641 hakkında ayrıntılı bilgi için standardı satın almanız gerekmektedir.
ASTM D6641 Kombine Yüklemeli Basma Testi Fikstürü
ASTM D6641'e göre Kombine Yüklemeli Basma Testi (CLC) için, numunenin uç yüzeyleri ve tutulan kısmı aracılığıyla kombine kuvvet uygulanmasını sağlayan bir test fikstürü gereklidir.
Standartta gösterilen Kombine Yükleme Basma fikstüründe, numune, fikstürün üst ve alt kısımlarında birbirine doğru yönlendirilen 4 vida ile sıkıştırılır. Numunenin uç yüzeyleri fikstürün uç yüzeyleri ile aynı hizadadır. Takılan numune ile test fikstürü daha sonra paralel hizalanmış sertleştirilmiş basma plakaları arasına yerleştirilir ve numune kırılana kadar basma altında yüklenir.
ASTM D6641 uyarınca, numuneye birleşik kuvvet uygulama prensibine karşılık gelen birleşik yüklemeli basma testi için benzer bir test fikstürü de kullanılabilir:
Orijinal olarak IMA Dresden tarafından geliştirilen ve sadece ZwickRoell'den temin edilebilen Hidrolik Kompozit Basma Fikstürü (HCCF), 250kN'ye kadar kompozitlerin basma testleri için ASTM D6641'e göre kombine yüklemeli basma testleri için de uygun olan çok yönlü bir basma fikstürüdür.
HCCF'nin bazı avantajları ve özellikleri
- Kombine yüklemeli basma prensibine göre basma testlerinin yapılmasını sağlar (ASTM D6641, ISO 14126 Yöntem 2 veya Airbus AITM 1-0008)
- Basma testlerinin saf kesme yükleme prensibine göre yapılmasını sağlar (ASTM D3410 veya ISO 14126 Yöntem 1)
- 250 kN’e kadar basma kuvvetleri için
- 35 mm'ye kadar numune genişlikleri ve 10 mm'ye kadar laminat kalınlıkları için
- HCCF test cihazında kaldığı için test sırasında hızlı numune verimi
- kenetleme çeneleri birbiriyle tam olarak hizalanmıştır ve testte kenetleme çeneleri birbirine göre yer değiştirmemiştir
- Numunenin serbest kısmının sınırsız görünümü, Dijital Görüntü Korelasyonu (DIC) gibi optik uzama ölçüm yöntemlerinin kullanılmasına olanak tanır
Not: ASTM D6641, numunenin serbest kısmındaki karşılıklı yüzeylerde iki taraflı uzama ölçümü gerektirir. Nominal ASTM D6641 numune geometrisinin 13x13mm²'lik nispeten küçük alanı nedeniyle, uzama ölçerler genellikle en uygun uzama ölçüm yöntemidir.Aşağıdaki bölüme bakınız ” Uzama ölçümü “ daha fazla bilgi için.
- Numuneyi sıkıştırırken yapışkan tabakadaki veya yapıştırıcı kalınlığındaki sapmalardan kaynaklanan ve her iki tarafta ölçüm yapan uzama ölçerler arasında >150 µe'lik mutlak bir farkla tanınabilen bir deformasyon, sıkıştırma çeneleri açılarak hızlı ve kolay bir şekilde düzeltilebilir.
- 60°C ila +150°C sıcaklık aralığında basma testleri için kullanılabilir
- Hidrolik el pompaları numunenin çok hassas bir şekilde sıkıştırılmasını sağlar
HCCF için ölçek desenli veya termal kaplama işlemi ile uygulanan pürüzlü bir yüzeye sahip çene uçları mevcuttur. Numuneleri tutkalsız test ederken termal kaplamalı sıkıştırma çeneleri kullanılmalıdır (ASTM D6641 Yöntem A).
ASTM D6641 için test cihazı
Nominal numunelerle ASTM D6641'e göre basma testleri ve elyaf takviyeli plastikler için diğer birçok standartlaştırılmış test yöntemi için, 100 kN AllroundLine test cihazının kullanılması genellikle yeterlidir. Isı kabininde basma testlerine olanak sağlayan HCCF basma test cihazı ve üstte ve altta uzatma çubukları ile basma testleri için test kurulumu gösterilmektedir. Isı kabininde basma testleri için uzatma çubuklarına gerek yoktur. Gösterilen 100 kN'lik cihaz konfigürasyonu ile, çekme testleri için mekanik gövde üzeri kamalı çeneler kullanılarak farklı test kurulumları ve test cihazları arasında kolayca geçiş yapmak mümkündür (sağ üstteki küçük resme bakın). Çenelerin basitçe çıkarılmasıyla test cihazının tüm çalışma alanı standart dışı testler için de kullanılabilir. Ayak kısmı, çalışma alanı yüksekliğinin bireysel ve ergonomik olarak ayarlanmasını sağlar.
Sadece cam elyaf takviyeli plastikler (GRP) test ediliyorsa, maksimum 50 kN kuvvete sahip bir statik test cihazı genellikle yeterlidir.
Modüler Kompozit Test Sistemi
Buna karşılık olarak yüksek test hacmine sahip daha büyük test laboratuvarları, çok çeşitli kompozit test yöntemleri için farklı test cihazları kullanır ve böylece dönüştürme çabasını en aza indirebilir. Bireysel test cihazları, farklı test türlerinin kuvvet aralığına uyarlanabilir. Test hacmi çok sayıda test cihazına yatırım yapmayı gerektirecek kadar yüksek veya düzenli değilse, tek bir test cihazının donatılması avantajlıdır; böylece mümkün olan en az dönüşüm çabasıyla mümkün olduğu kadar çok sayıda test prosedürü gerçekleştirilebilir.
Bu amaçla ZwickRoell, 21 test yöntemini ve yaklaşık 120 test standardını (ISO, EN, ASTM'nin yanı sıra Airbus AITM ve Boeing BSS) kapsayan ve statik 100kN veya 250kN test cihazı olarak sunulan modüler bir konsept geliştirdi. Fiber kompozit malzemelerin oda sıcaklığında veya -80°C'den +360°C'ye kadar düşük veya yüksek sıcaklıklarda yapılan deneylerde kapsamlı karakterizasyonuna olanak sağlar.
testXpert test yazılımı sayesinde ASTM D6641'e göre güvenilir testler
testXpert test yazılımı, ASTM D6641'e göre verimli testleri ve güvenilir test sonuçlarını destekler:
- Standartları incelemeye gerek yok: Standart test spesifikasyonları sayesinde standartların yerine getirilmesi garanti edilir - ASTM D6641'in tüm karakteristik değerleri ve parametreleri zaten içlerinde saklanır.
- Çevresel aygıtları bağlayarak maksimum test verimliliği elde edebilirsiniz: Mikrometre veya kumpastan alınan numune boyutlarının doğrudan test yazılımına gönderilmesi durumunda bu, zamandan tasarruf sağlar ve giriş hatalarını ortadan kaldırır.
- Yazılım aracılığıyla haznedeki sıcaklığı da denetleyin ve kontrol edin. Sıcaklık rampalarını ayarlayın ve sonrasında bile korunan değerleri görün.
ASTM D6641'e göre basma testinde uzama ölçümü
ASTM D6641'e göre basma testi, numunenin serbest, desteklenmeyen alanında (gösterge uzunluğu) çift taraflı ve bağımsız bir uzama ölçümü gerektirir. Nominal numune geometrisinin 13x13 mm2'lik nispeten küçük alanı nedeniyle, her iki tarafa uygulanan uzama ölçerlerin (DMS) kullanılması, uzama ölçümü için en uygun yöntemdir.
Test numunesi üzerindeki herhangi bir üst üste binen eğme deformasyonunu tespit etmek ve geçerli testleri geçersiz testlerden ayırt etmek için test numunesi üzerinde çift taraflı ve bağımsız bir uzama ölçümü gereklidir. Aşağıdaki “Test Koşulları – Üst üste binen eğme deformasyonunun izlenmesi (Percent Bending)” bölümüne bakın.
HCCF basma cihazının açık tasarımı sayesinde, her iki taraftan bağımsız olarak ölçüm yapan klipsli ekstansometrenin kullanılması da mümkündür. Ancak bunun için en az 13 mm serbest uzunluk gereklidir. ASTM D6641'e göre daha büyük bir serbest uzunluğa izin verilir ve numune kalınlığı Euler burkulmasını önleyecek şekilde uygun şekilde boyutlandırıldığı sürece klipsli ekstansometre kullanımı açısından avantajlıdır.
ASTM D6641'e göre test koşulları
Test hızı
ASTM D6641'e göre nominal test hızı 1,3 mm/dak'dır.
Geçerli numune hatası
ASTM D6641, numune arızasının belgelenmesi için arıza modunu ve numune boyunca konumu açıkça tanımlayan 3 harfli bir kod sağlar. Elyaf mimarisine ve test edilen laminata bağlı olarak, basma testinde farklı geçerli arıza modları meydana gelebilir, örneğin numune genişliği boyunca kırılma, numune kalınlığı boyunca açılı kesme kırılması (genellikle 90 ° UD laminatlarda basma testlerinde), bükme bandı, süpürme, yarılma, delaminasyon veya farklı geçerli arıza modlarının kombinasyonları.
Basma testi sadece numune serbest uzunluk içinde kırılırsa geçerlidir. Serbest uzunluğun orta alanındaki bir kırılma ideal duruma karşılık gelir, ancak kısa serbest uzunluk ve kısmen açılı kırılma yüzeyleri nedeniyle, sıkıştırma çenelerinden serbest alana geçişte veya yapıştırma alanından serbest alana geçişte de kırılmalar meydana gelir. Bu da geçerli bir numune hatası olarak kabul edilir.
Geçersiz arıza türleri, Euler burkulması veya numune uç yüzeylerindeki arızaların yanı sıra sıkıştırma alanındaki her türlü numune arızasıdır.
Üst üste bindirilmiş eğilme deformasyonunun izlenmesi (Percent Bending)
Geçerli numune arızasına ek olarak, ASTM D6641'e göre genel olarak geçerli bir basma testi için, basma yüküne eklenen herhangi bir eğilme deformasyonu belirli bir aralığı aşmamalıdır. Bunun için hesaplanan yüzde eğilme değeri, By=(ε1-ε2)/(ε1+ε2)×100 formülü kullanılarak test numunesinin her iki tarafında belirlenenε1 ve ε2 uzama sinyalleri kullanılarak hesaplanır. 2000µε'de elastisite modülü tayininin ortalama uzama aralığında By<%10 ve basınç dayanımı ve kopma uzaması için By<%10.
Laminatta kopma mukavemetine yakın ön arıza nedeniyle uzama sinyalinde sıçramalar ve süreksizlikler meydana gelirse, basınç mukavemetinin %90'ında yüzde eğilme kriterine uyulsa bile test geçerlidir.
Isı aralığı
Elyaf takviyeli plastiklerin mekanik özellikleri yüksek oranda sıcaklığa bağlı olduğundan, oda sıcaklığında basma testlerine ek olarak düşük ve yüksek sıcaklıklarda testler yapılır. Bu amaçla, ZwickRoell HCCF basma test cihazı, otomotiv uygulamaları için -40 ° ile +80 ° C (+120 ° C) ve havacılıkta -55 ° C ile +120 ° C arasındaki normal sıcaklık test aralığını kapsayan -60 ° ile +150 ° C arasındaki sıcaklık aralığında kullanılabilir.
ASTM D6641 Numune ve Boyutlar
| Numune tipi | Numunenin şematik gösterimi | Notlar |
|---|---|---|
| yapışkansız (Prosedür A) |  | numunenin uç yüzlerindeki arıza önlenebiliyorsa ve sıkıştırma kuvvetinde önerilen seviyenin ötesinde büyük bir artış gerektirmiyorsa , %50'den az 0° kata sahip çok yönlü laminatlar için kullanılabilir. |
| yapışkanlı (Prosedür B) |  |
|
- Yapıştırma malzemesi olarak ±45° CTP laminat kullanılabilir ve bu laminat uygun bir yapıştırıcı kullanılarak test edilecek laminata yapıştırılır. Yaklaşık 2,5 mm'ye kadar olan numune kalınlıkları için yaklaşık 1,6 mm'lik bir tutkal kalınlığının uygun olduğu kanıtlanmıştır. Daha kalın numuneler için gerekirse daha kalın yapışkanlar kullanılmalıdır.
- ASTM D6641 nominal bir numune kalınlığı tanımlamaz. Genellikle 2 ila 3 mm numune kalınlıkları test edilir. Bu amaçla kullanılan basma test cihazının buna izin vermesi koşuluyla, daha kalın laminatlar da test edilebilir. Daha küçük numune kalınlıkları için, standartta belirtilen Euler burkulmasına karşı boyutlandırma, özellikle düşük sertliklere sahip laminatlar için dikkate alınmalıdır
- HCCF basma fikstürü ilk olarak Airbus AITM 1-0008'e göre Kombine Yüklemeli Basma Testi için geliştirilmiştir. AITM 1-0008'de belirtilen çenelerin uzunluğu 65 mm'dir. Bu nedenle HCCF'nin orijinal çeneleri, nominal ASTM D6641 numune geometrisi için 1,5 mm fazla uzundur. HCCF ile ASTM D6641'e göre kombine yüklemeli basma testini gerçekleştirmek için 143 mm uzunluğunda bir sıkıştırma numunesi kullanılmalıdır. Alternatif olarak, 140 mm nominal numune uzunluğu için tasarlanmış uygun çeneler kullanılabilir.
