ASTM D3763 Hochgeschwindigkeits-Durchstoßprüfung von Kunststoffen

Kunststoffe haben seit den fünfziger Jahren eine immer größere Bedeutung erlangt. Wir begegnen ihnen in allen Bereichen unseres Alltagslebens. Kunststoffe ermöglichen die Herstellung besserer Verpackungen und neuartiger Textilien und die Entwicklung neuer Produkte und innovativer Technologien. Weltweit ist Kunststoff der am meisten verwendete Werkstoff, und dies ist mindestens teilweise der Möglichkeit, zuzuschreiben, Produkte herzustellen, die an sehr spezielle, funktionelle Anforderungen angepasst sind. Dank ihrer Vielseitigkeit können Kunststoffe und Verbundwerkstoffe für eine Vielzahl von Produkten verwendet werden: von Kfz-Bauteilen bis hin zu Teilen von Puppen, und von Getränkeflaschen bis hin zu den Kühlschränken, in denen diese aufbewahrt werden. 

Steigende Nachfrage hat auch dazu geführt, dass die Abnahmekriterien, was die mechanischen und chemischen Eigenschaften von Kunststoffen betrifft, anspruchsvoller geworden sind. Im Hinblick auf eine Reihe neuer struktureller Anwendungen dieser Werkstoffe ist die Kenntnis ihres Verhaltens bei dynamischen Belastungen - z.B. bei Schlägen - wichtig. Das dynamische Versagen eines Werkstoffs unterscheidet sich deutlich von seinem Verhalten bei gleichmäßigeren, langsameren Geschwindigkeiten. Ganz besonders gilt dies für Kunststoffe, bei denen zahlreiche Variable das Verhalten des Materials beeinflussen können: Die Art und Weise, wie Polymere verwendet werden, um eine bestimmte Materialform herzustellen; ob die verwendeten Harze gefüllt oder ungefüllt sind, und auch die Formprozesse können die Festigkeit und Haltbarkeit nicht nur des Werkstoffs sondern auch des Endprodukts beeinflussen. Mit Prüfungen nach ASTM D3763 können Werkstoffkundler und Konstruktionsingenieure prüfen, ob Werkstoffe die gewünschten Eigenschaften aufweisen - z.B. die nötige Festigkeit, Duktilität oder Energieaufnahme.

Für diese Prüfung haben wir ein Prüfsystem Instron 9450 mit optionalem Hochenergiesystem eingesetzt, instrumentiert mit einer 22-kN-Schlagfinne, einem ½" (12.7 mm) halbkugelförmigen Schlagfinneneinsatz, dem Datenerfassungssystem DAS und der Bluehill Impact Software. Außerdem kam eine pneumatische Spannvorrichtung zum Einsatz, die entsprechend ASTM D3763 ausgelegt war. Es wurde eine Schlaggeschwindigkeit von 3.3 m/s und 4,4 m/s gewählt, und der Zeitbereich für die Datenerfassung wurde auf 30 Millisekunden einstellt. ASTM D3763 spezifiziert, dass die Probe zwischen den beiden Platten der Auflagevorrichtung so zentriert und eingespannt werden muss, dass ein gleichförmiger Spanndruck ausgeübt wird, so dass ein Rutschen während der Prüfung verhindert wird. Die verfügbare Schlagenergie bei der Prüfung sollte so sein, dass die Verlangsamung zwischen dem Beginn der Prüfung und dem Kraftmaximum nicht mehr als 20% beträgt. Es wurde beobachtet, dass bei einer verfügbaren Schlagenergie, die mindestens drei Mal so hoch ist wie die Energie am Kraftmaximum, die Verlangsamung weniger als 20% beträgt.

Diese Prüfungen sollten unter Standard-Laborbedingungen bei 23(± 2) Grad Celsius und 50% relativer Luftfeuchtigkeit durchgeführt werden. Durch Änderung der Konditionierung und der Prüftemperatur und Durchführung der Prüfungen unter kontrollierten Bedingungen bei einer gegebenen Schlaggeschwindigkeit kann bei den meisten Kunststoffen die Temperatur bestimmt werden, bei der sich das Bruchverhalten des Werkstoffs von spröd zu zäh ändert.

Diese Prüfkonfiguration eignet sich hervorragend für die Bestimmung der Eigenschaften von Kunststoffen unter Schlagbedingungen. Sowohl Kunststofflieferanten als auch deren Kunden können mit Hilfe der Ergebnisse dieser Prüfungen die Leistungsfähigkeit von Produkten kontrollieren. Die Verwendung einer Klimakammer ermöglicht ein besseres Verständnis, wie sich ein Werkstoff bei höheren oder niedrigeren Temperaturen verhält.

VIDEO:ASTM D3763