ASTM D3763-15 Standardprüfverfahren für Hochgeschwindigkeits-Durchstoßeigenschaften von Kunststoffen unter Verwendung von Last- und Wegsensoren

Der von der American Society for Testing and Materials (ASTM) entwickelte Standard „ASTM D3763-15 Standardtestmethode für Hochgeschwindigkeits-Durchstoßeigenschaften von Kunststoffen unter Verwendung von Last- und Verschiebungssensoren“ beschreibt eine Testmethode zur Bestimmung der Durchstoßeigenschaften von starren Kunststoffen bei einem Bereich von Testgeschwindigkeiten. Die mit dieser Testmethode gewonnenen Testdaten sind relevant und für die Verwendung im technischen Design geeignet.

Für die Zwecke dieser Norm gelten die in „ASTM D883-22 Standardterminologie für Kunststoffe“ und „ASTM D1600-18 Standardterminologie für abgekürzte Begriffe für Kunststoffe“ angegebenen Begriffe und Definitionen.

Dieses Prüfverfahren ist in erster Linie dafür ausgelegt, die Last-Verformungs-Reaktion von Kunststoffen bei Aufprallgeschwindigkeiten unter mehrachsigen Verformungsbedingungen zu ermitteln. Mit dieser Testmethode lässt sich auch die Geschwindigkeitsempfindlichkeit des Materials gegenüber Stößen messen.

Obwohl die mehrachsige Aufprallreaktion teilweise von der Dicke abhängt, besteht nicht unbedingt eine lineare Korrelation mit der Probendicke. Sofern für das Material keine spezifischen Reaktions-Dicken-Formeln festgelegt wurden, sollten die Ergebnisse daher nur für Proben mit im Wesentlichen gleicher Dicke verglichen werden.

Für viele Materialien kann es eine Spezifikation geben, die die Verwendung dieser Testmethode vorschreibt. Bei der Einhaltung der Spezifikation können jedoch einige Verfahrensänderungen Vorrang haben. Daher wird empfohlen, vor der Verwendung dieser Testmethode die Materialspezifikation zu konsultieren.

Die bei den Tests verwendete Maschine muss aus zwei Baugruppen bestehen, von denen eine feststehend ist und die andere durch eine geeignete Methode (hydraulisch, pneumatisch, mechanisch oder durch Schwerkraft) angetrieben wird, um die erforderliche Aufprallgeschwindigkeit zu erreichen.

• Die Klemmbaugruppe besteht aus zwei parallelen, starren Platten, jede mit einem Loch mit einem Durchmesser von 76,0 mm plus/minus 3,0 mm in der Mitte. Lochkanten sollten auf einen Radius von 0,8 mm plus/minus 0,4 mm abgerundet sein. Es muss eine ausreichende Kraft (mechanisch, pneumatisch oder hydraulisch) aufgebracht werden, um ein Verrutschen der Probe in der Klemme während des Aufpralls zu verhindern.
• Die Kolbenbaugruppe besteht aus einer Stahlstange mit einem Durchmesser von 12,70 mm plus/minus 0,13 mm und einem halbkugelförmigen Ende mit gleichem Durchmesser, das senkrecht zur Klemmbohrung positioniert und in dieser zentriert ist.
• Die in dieser Norm angegebenen Abmessungen müssen der Standardgeometrie entsprechen. Wenn andere Kolben- oder Bohrungsgrößen verwendet werden, sollten diese im Bericht hervorgehoben werden. Korrelationen zwischen den verschiedenen Geometrien wurden nicht ermittelt.
• Das Lasterfassungssystem ist eine Wägezelle mit einer ausreichend hohen natürlichen Resonanzfrequenz, die mit einem Kalibrierungsnetzwerk verwendet wird, um die Lastempfindlichkeit anzupassen.
• Das Kolbenverschiebungsmesssystem ist ein Mittel zur Überwachung der Verschiebung der beweglichen Baugruppe während der Belastung und der vollständigen Durchdringung der Probe. Dies kann durch die Verwendung eines geeigneten Konverters oder Potentiometers erreicht werden, das direkt an das System angeschlossen wird. Zur Messung von Verschiebungen können auch fotografische oder optische Systeme eingesetzt werden. Alternativ kann die Verschiebung als Funktion der Geschwindigkeit und der insgesamt verfügbaren Energie beim ersten Aufprall zusammen mit Lasterhöhungen im Laufe der Zeit mithilfe eines Mikroprozessors berechnet werden. Einige Maschinen verwenden einen Beschleunigungsmesser, dessen Ausgabe zur Berechnung von Last und Verschiebung verwendet wird.
• Zum Anzeigen und Aufzeichnen der von Last- und Verschiebungserfassungssystemen gewonnenen Daten können beliebige Anzeige- und Aufzeichnungsgeräte verwendet werden, solange die Reaktionseigenschaften ausreichen, um die erfassten Daten mit minimaler Verzerrung darzustellen. Der Rekorder zeichnet Last und Verschiebung gleichzeitig auf. Das primitivste Gerät ist ein Kathodenstrahloszilloskop mit Kamera. Dieser Ansatz erfordert außerdem ein Polarimeter oder ein anderes geeignetes Gerät, das den Bereich unter der Last-Verschiebungs-Spur des Ereignisses mit einer Genauigkeit von 65 Prozent messen kann. Es sind fortschrittlichere Systeme im Handel erhältlich. Viele davon beinhalten computergestützte Datenreduktion und automatische Ausgabe der Ergebnisse.

Die Proben müssen groß genug sein, um in der Klemme ausreichend festgehalten zu werden. Generell sollte das seitliche Mindestmaß mindestens 13 mm größer sein als der Durchmesser der Bohrung in der Schelle. Proben können aus spritzgegossenem, extrudiertem oder formgepresstem Blech geschnitten oder auf die gewünschte Größe gegossen oder geformt werden.

Sofern im Vertrag oder in der geltenden ASTM-Materialspezifikation nichts anderes angegeben ist, werden die Prüfproben gemäß Verfahren A von ASTM D618 konditioniert. Temperatur- und Feuchtigkeitstoleranzen müssen dieser Norm und ASTM D618 entsprechen, sofern im Vertrag oder in der entsprechenden ASTM-Materialspezifikation nichts anderes angegeben ist. Die Prüfungen werden bei der gleichen Temperatur und Luftfeuchtigkeit wie bei der Konditionierung mit Toleranzen gemäß dieser Norm durchgeführt. Durch Konditionierung auf eine vorgegebene Prüfgeschwindigkeit und gezielte Variation der Prüftemperatur lässt sich für die meisten Kunststoffe die Temperatur ermitteln, bei der der Übergang von der Duktilität zur Sprödigkeit erfolgt.

Um bei automatisierten Tests einen hohen Durchsatz auch außerhalb der Umgebungstemperatur zu ermöglichen, ist es häufig erforderlich, die Proben in einer Säule ohne Luftstrom zwischen ihnen zu stapeln. Um die Einhaltung des ASTM D618-Standards sicherzustellen, muss die Zeit bis zum Erreichen des Gleichgewichts für ein bestimmtes Material bestimmt werden. Ein Thermoelement kann in der Mitte eines Probenstapels platziert werden, dessen Höhe seiner Mindestbreite entspricht. Es wird die Zeit bis zum Erreichen des Gleichgewichts bei der gewünschten Testtemperatur ermittelt.

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