ASTM D3039 spezifiziert das Standardverfahren für die Zugprüfung von Polymermatrix-Verbundwerkstoffen. Die Norm beschreibt Prüfverfahren für Proben mit unterschiedlichsten Abmessungen und zahlreiche verschiedene Prüfkonfigurationen. Bei dieser Anwendung ging es um die Prüfung von Kohlenstofffasern. Die Proben waren dabei an den Enden mit Laschen versehen, die ein sicheres Ergreifen der Proben ermöglichten und gewährleisteten, dass der Bruch innerhalb der Messlänge und nicht zwischen den Klemmbackeneinsätzen erfolgte. Diese Prüfung wurde für einen Kunden durchgeführt, der entsprechende Prüfergebnisse sowohl bei hohen als auch bei niedrigen Temperaturen benötigte (85°C bzw. -60° C).
Für die Prüfung wurde von uns ein Prüfsystem Modell 5980 in Standausführung gewählt, das für Zugprüfungen ausgelegt ist. Zur Prüfung der Proben bei den gewünschten Temperaturen kam eine Klimakammer mit einem Temperaturbereich von -100° C bis 350° C zum Einsatz. Mit dieser Klimakammer konnten mit Hilfe der integrierten Heizspulen Prüfungen bei 85° C und anschließend durch die Einleitung von Flüssigstickstoff Prüfungen bei -60° C durchgeführt werden. Vor Beginn der Prüfung wurde die Probe in ein mechanisches 30kN-Keilspannzeug eingespannt und der Ansetz-Dehnungsaufnehmer angebracht. Anschließend musste die Klimakammer auf die gewünschte Temperatur aufgeheizt werden. Bei Prüfungen weit unterhalb oder oberhalb der Umgebungstemperatur dehnen sich Kohlenstofffasern häufig aus bzw. ziehen sich zusammen, wodurch in der Probe bei einer Temperaturänderung ein Zug oder Druck entsteht. Prüfmaschinen der Serie 5500, die in Verbindung mit der Bluehill 3 Software eingesetzt werden, verfügen über eine Probenschutzfunktion, die gewährleistet, dass ein voreingestellter Kraftwert vor dem Start der Prüfung nicht überschritten wird. Weil eine außermittige Krafteinleitung die Prüfergebnisse signifikant beeinflussen kann, wurde außerdem die optionale Probenausrichtvorrichtung verwendet.
Mit diesem Prüfaufbau konnten Kohlenstofffasern erfolgreich geprüft werden. Die Klimakammer gewährleistete dabei die Aufrechterhaltung der gewünschten Temperaturen. Mit Hilfe der Bluehill Software wurden Zugfestigkeit, Bruchdehnung und Elastizitätsmodul bestimmt. Weitere in der ASTM D3039 spezifizierte Prüfergebnisse sind die Poissonsche Zahl und die Übergangsdehnung.
Aufgrund der Komplexität und des Umfangs der ASTM D3039 empfehlen wir, genauere Informationen zu den Anforderungen in der Norm nachzulesen.