Spannlösung für die Prüfung von Polymer-Hydrogelen

Die Einspannung von Polymer-Hydrogelen in einer Prüfmaschine zur Bestimmung mechanischer Eigenschaften stellt aufgrund der Zusammensetzung dieser Hydrogele häufig besondere Anforderungen. Für einen Hersteller eines Polyacrylamid-Hydrogels, der vor einer solchen Aufgabe stand, führten wir eine Reihe von Tests durch, deren Ziel es war, die Einspannung zu optimieren. Die Proben wurden in rechteckige Streifen mit einer Breite von 0,5" und einer Messlänge von 1,5" geschnitten, und die Tests wurden mit einer Traversengeschwindigkeit von 5 mm/min durchgeführt. Dabei kamen ein pneumatisches, seitlich wirkendes Spannzeug mit 100 N Nennkraft und ein Schraubspannzeug mit 100 kN Nennkraft zum Einsatz, und es wurden unterschiedliche Klemmbackeneinsätzen mit gezahnter und glatter Oberfläche sowie Sandpapier verwendet, um die optimale Spannzeugkonfiguration zu finden.

Aus diesen Versuchen ergaben sich mehrere wichtige Erkenntnisse. Erstens stellte sich heraus, dass aufgrund der niedrigen Bruchspannungen und -dehnungen der Einsatz eines elektromechanischen Prüfsystems mit einem 50- N-Kraftaufnehmer zu empfehlen ist. Außerdem empfehlen wir den Einsatz eines handbetätigten oder pneumatischen Biopuls-Schraubspannzeugs, weil sich bei unseren Versuchen gezeigt hat, dass die Möglichkeit der Anpassung der Spannkraft aufgrund der stark variierenden Probendicken für den Erfolg der Prüfung von ausschlaggebender Bedeutung ist. Außerdem zeigte sich, dass gezahnte Klemmbackeneinsätze regelmäßig dazu führten, dass das Material am Klemmbackeneinsatz brach; wenn andererseits die Klemmbackeneinsätze nicht ausreichend fest gespannt wurden, führte dies zum Rutschen der Probe. Der Einsatz von auf einem glatten Klemmbackeneinsatz aufgeklebtem Sandpapier erwies sich als die günstigste Lösung für das Einspannen des Hydrogels, ohne dass es zum Rutschen oder vorzeitigem Bruch der Probe kam.

Eine letzte Empfehlung zur Erzielung möglichst genauer Bruchwerte ist der Einsatz der in der ASTM D412 spezifizierten Schulterproben. Diese Probenform weist eine kürzere Messlänge auf und minimiert die Gefahr, dass die Probe am Klemmbackeneinsatz bricht oder aufgrund von Unebenheiten an den Kanten des Materials reißt.