ISO 178 Kunststoffe – Bestimmung der Biegeeigenschaften

Die Norm „ISO 178 Kunststoffe – Bestimmung der Biegeeigenschaften“ der Internationalen Organisation für Normung (ISO) beschreibt ein Verfahren zur Bestimmung der Biegeeigenschaften von starren und halbstarren Kunststoffen unter definierten Bedingungen. Diese Norm definiert einen bevorzugten Prüfkörper und enthält Parameter für alternative Probengrößen, die gegebenenfalls verwendet werden können. Außerdem wurde die Norm um eine Reihe von Prüfgeschwindigkeiten erweitert.

Mit dieser Methode wird das Biegeverhalten von Prüfkörpern untersucht und die Biegefestigkeit, der Biegemodul und weitere Aspekte der Biegespannungs- bzw. Biegedehnungsbeziehung unter definierten Bedingungen bestimmt. Die Methode wird auf einen frei gelagerten Träger angewendet, der in der Mitte der Spannweite belastet wird (Dreipunktbelastungsversuch).

Dieses Verfahren eignet sich für die Verwendung mit den folgenden Materialien:

• Thermoplastische Form-, Extrusions- und Gussmaterialien sowie starre thermoplastische Platten, einschließlich gefüllter und verstärkter Compounds sowie ungefüllter Typen
• Duroplastische Formmassen und Duroplastplatten, einschließlich gefüllter und verstärkter Compounds.

Diese Norm gilt gemäß ISO 10350-1 und ISO 10350-2 für faserverstärkten Verbundwerkstoff mit Faserlängen bis 7,5 mm vor der Verarbeitung. Die ISO 14125 gilt für langfaserverstärkte Werkstoffe (Laminate) mit Faserlängen von mindestens 7,5 mm.

Das beschriebene Verfahren ist nicht für starre Zellwerkstoffe oder zellstoffhaltige Sandwichstrukturen geeignet. In solchen Fällen können die Normen ISO 1209-1 und ISO 1209-2 herangezogen werden. Für einige textilfaserverstärkte Kunststoffe wird ein Vierpunktbiegeversuch verwendet. Dieses Verfahren ist in der Norm ISO 14125 beschrieben.

Das Verfahren wird mit Proben durchgeführt, die aus dem Mittelteil eines standardmäßigen Mehrzweckprüfkörpers (ISO 20753) herausgearbeitet werden, der auf festgelegte Abmessungen geformt werden kann, oder aus Fertig- bzw. Halbfertigprodukten wie Formteilen, Laminaten oder extrudierten bzw. gegossenen Platten. Das Verfahren gibt die bevorzugten Abmessungen des Prüfkörpers vor. Tests, die an Prüfkörpern unterschiedlicher Größe oder an unter unterschiedlichen Bedingungen hergestellten Prüfkörpern durchgeführt werden, können zu nicht vergleichbaren Ergebnissen führen. Auch andere Faktoren, wie Prüfgeschwindigkeit und Probenkonditionierung, können die Ergebnisse beeinflussen. Insbesondere bei spritzgegossenen teilkristallinen Polymeren beeinflusst die Dicke der orientierten Oberflächenschicht, die von den Formbedingungen abhängt, auch die Biegeeigenschaften. Dieses Verfahren ist nicht zur Bestimmung von Designparametern geeignet, kann aber in der Materialprüfung und als Qualitätskontrolltest eingesetzt werden.

Prinzipiell wird eine rechteckige, auf zwei Stützen ruhende Probe durch eine Lastkante, die in der Mitte der Stützen angreift, verformt. Die Probe wird dabei mit konstanter Geschwindigkeit in der Mitte der Öffnung verformt, bis es zum Bruch an der Außenfläche kommt oder eine maximale Dehnung von 5 % erreicht ist, je nachdem, welches Ereignis zuerst eintritt. Währenddessen werden die auf die Probe wirkende Kraft und die resultierende Verformung in der Mitte der Öffnung gemessen.

Diese Norm beschreibt zwei Methoden. Methode A verwendet während des gesamten Tests eine Dehnungsrate von 1 Prozent/min. Methode B verwendet zwei verschiedene Dehnungsraten: 1 Prozent/min zur Bestimmung des Biegemoduls und entweder 5 Prozent/min oder 50 Prozent/min, abhängig von der Duktilität des Materials, zur Bestimmung des restlichen Biegespannungs-Dehnungs-Diagramms.

Die oben angegebenen Dehnungsraten sind als Nominalraten zu verstehen. Nominalprüfraten werden anhand der in der Norm angegebenen Formel berechnet. Die am besten geeigneten Maschineneinstellungen werden aus der in der Norm angegebenen Tabelle ausgewählt.

Bei Materialien mit nichtlinearem Spannungs- oder Dehnungsverhalten sind die Biegeeigenschaften nur nominal. Die angegebenen Formeln basieren auf der Annahme linear elastischen Verhaltens und gelten für Durchbiegungen, die im Vergleich zur Probendicke gering sind. Für die bevorzugte Probe mit den Abmessungen 80 mm x 10 mm x 4 mm, einer konventionellen Biegedehnung von 3,5 Prozent und einem Spannweiten-Dicken-Verhältnis von 16 beträgt die Durchbiegung 1,5 Stunden. Biegeversuche eignen sich besser für harte und spröde Materialien mit geringen Durchbiegungen beim Bruch als für sehr weiche und duktile Materialien.

Die Prüfmaschine muss den Normen ISO 7500-1 und ISO 9513 sowie den darin festgelegten Anforderungen entsprechen. Darüber hinaus muss die Prüfmaschine in der Lage sein, die in der Tabelle angegebene Prüfgeschwindigkeit einzuhalten.

Der ISO 178-Standard wird aus folgenden Gründen als wichtig erachtet:

• Bestimmt die grundlegenden mechanischen Eigenschaften: Bietet ein quantitatives Maß für den Kunststoff:
  • Biegefestigkeit: die Spannung, bei der das Material beim Biegen bricht.
  • Biegemodul: die Steifigkeit des Materials beim Biegen.
  • Biegedehnung: Verformung vor dem Bruch.

Diese sind wichtig für die technische Konstruktion, die Materialauswahl und die Qualitätskontrolle.

• Gewährleistet branchenübergreifende Konsistenz: Die Verwendung eines standardisierten Tests wie diesem gewährleistet:
  • Hersteller, Ingenieure und Einkäufer sprechen dieselbe Sprache.
  • Die Ergebnisse sind weltweit vergleichbar, was Transparenz und Vertrauen erhöht.
• Es dient als Orientierung für das Produktdesign: Materialien mit einem höheren Biegemodul sind steifer und biegefester. Dieser Standard ist in diesen Bereichen von entscheidender Bedeutung, und Designer verwenden Daten aus der Norm ISO 178, um Kunststoffe auszuwählen, die die Leistungsanforderungen erfüllen.
  • Autoteile
  • Bauteile
  • Gehäuse für Unterhaltungselektronik
• Unterstützt Qualitätssicherung und F&E: Dieser Standard wird verwendet in:
  • Produktentwicklung: Testen von Prototypen und neuen Kunststoffformulierungen.
  • Qualitätssicherung: Überprüfung, ob jede Produktionscharge den Spezifikationen entspricht.
  • Fehleranalyse: Verstehen, wie und warum ein Kunststoffteil bricht.

Daher ist die Norm ISO 178 für die Bewertung des Biegeverhaltens von Kunststoffen von entscheidender Bedeutung und stellt ein grundlegendes Element bei der Prüfung von Kunststoffmaterialien, der Designvalidierung und der industriellen Qualitätskontrolle dar.

Unsere Organisation unterstützt seit Jahren Unternehmen aller Branchen mit einem breiten Spektrum an Prüf-, Mess-, Analyse- und Bewertungsaktivitäten. Sie verfügt über ein starkes Team von Mitarbeitern, die die globalen Entwicklungen in Wissenschaft und Technologie aufmerksam verfolgen und sich ständig weiterentwickeln. In diesem Zusammenhang bieten wir auch Prüfdienstleistungen gemäß der Norm ISO 178 Kunststoffe – Bestimmung der Biegeeigenschaften an.