ISO 6603 Kunststoffe - Bestimmung des Durchstoßverhaltens von starren Kunststoffen

Die von der Internationalen Organisation für Normung (ISO) herausgegebene Norm „ISO 6603 Kunststoffe – Bestimmung des Durchstoßverhaltens von starren Kunststoffen“ besteht aus folgenden, unter demselben Titel veröffentlichten Unterabschnitten:

• Die Norm „ISO 6603-1 Teil 1: Schlagprüfung ohne Werkzeug“ beschreibt Verfahren zur Bestimmung der Durchstoß- und Schlagfestigkeit von starren Kunststoffen in Form flacher Prüfkörper, wie z. B. Scheiben oder quadratischer Stücke, unter festgelegten Bedingungen. Die Prüfkörper können direkt geformt, aus Platten geschnitten oder aus Fertigprodukten entnommen werden. Verschiedene Prüfkörpertypen und Prüfbedingungen sind definiert.

Diese Fallpfeilverfahren dienen der Untersuchung des Verhaltens von Kunststoffplatten oder -formen unter einem senkrecht zur Probenebene einwirkenden Stoß. Diese Norm kann angewendet werden, wenn es ausreicht, das Stoßverhalten von Kunststoffen anhand einer großen Anzahl von Prüfkörpern mit einem Schwellenwert für die Stoßbruchenergie zu charakterisieren. Wird für eine detaillierte Charakterisierung des Stoßverhaltens ein Kraft-Verformungs- oder Kraft-Zeit-Diagramm benötigt, das bei annähernd konstanter Stoßgeschwindigkeit aufgezeichnet wurde, ist die Norm ISO 6603-2 anzuwenden.

Diese Prüfverfahren sind für Proben mit einer Dicke zwischen 1 mm und 4 mm anwendbar. Bei Dicken unter 1 mm sollte vorzugsweise die Norm ISO 7765 verwendet werden. Dicken über 4 mm können geprüft werden, sofern die Ausrüstung geeignet ist; diese Prüfung fällt jedoch nicht in den Anwendungsbereich der Normen ISO 6603-1 und ISO 6603-2.

Diese Methoden eignen sich für folgende Materialarten:

• Starre thermoplastische Form- und Extrusionsmaterialien, einschließlich gefüllter, ungefüllter und verstärkter Compounds und Platten.
• Starre duroplastische Form- und Extrusionsmaterialien, einschließlich gefüllter und verstärkter Compounds, Platten und Laminate.
• Faserverstärkte Duroplast- und Thermoplaste, die unidirektionale oder nicht-unidirektionale Verstärkungen enthalten (z. B. Matten, Gewebe, Geweberovings, Kurzgarne, Kombinations- und Hybridverstärkungen, Rovings, Walzfasern und Platten aus vorimprägnierten Materialien).

Diese Methoden gelten auch für Fertigprodukte, Laminate und geformte oder bearbeitete Muster aus extrudierten oder gegossenen Blechen.

Die Testergebnisse sind nur dann vergleichbar, wenn die Probenpräparation, die Abmessungen und Oberflächen sowie die Testbedingungen identisch sind. Insbesondere Ergebnisse von Proben unterschiedlicher Dicke sind nicht vergleichbar. Eine umfassende Bewertung des Verhaltens unter Stoßbelastung erfordert Bestimmungen in Abhängigkeit von Stoßgeschwindigkeit und Temperatur für verschiedene Materialparameter wie Kristallinität und Feuchtigkeitsgehalt.

Das Stoßverhalten von Fertigprodukten kann aus diesem Test nicht direkt vorhergesagt werden, aber es können Proben von Fertigprodukten entnommen und mit diesen Methoden getestet werden.

Prinzipiell wird die Schlagfestigkeit von Prüfkörpern geeigneter Größe bestimmt, indem man den Prüfkörper mit einer geschmierten, beschwerten Schlagspitze aus bekannter Höhe senkrecht auf die Oberfläche fallen lässt. Der Schlag erfolgt mittig auf den Prüfkörper. Zwei Methoden sind zulässig, um die Aufprallenergie zu verändern: die Masse bei konstanter Höhe und die Höhe bei konstanter Masse.

Das Verfahren mit variabler Höhe ist geschwindigkeitsabhängig, und je nach Dehnungsrate des Materials können unterschiedliche Ergebnisse beobachtet werden. Zwei statistische Testmethoden werden vorgestellt:

• Methode A: Die Leiter-Methode (individuell) (bevorzugt).
• Methode B: Gruppenmethode (optional).
• Die Norm „ISO 6603-2 Teil 2: Instrumentierte Schlagprüfung“ beschreibt ein Prüfverfahren zur Bestimmung der Durchstoßfestigkeit von starren Kunststoffen in Form flacher Proben mithilfe von Instrumenten zur Messung von Kraft und Durchbiegung. Dieses Verfahren ist anwendbar, wenn ein Kraft-Durchbiegungs- oder Kraft-Zeit-Diagramm bei einer nominell konstanten Aufprallgeschwindigkeit zur detaillierten Charakterisierung des Schlagverhaltens erforderlich ist.

Das Prüfverfahren ist für Proben mit einer Dicke zwischen 1 mm und 4 mm gültig. Dieses Verfahren eignet sich für folgende Materialarten:

• Starre thermoplastische Form- und Extrusionsmaterialien, einschließlich gefüllter, ungefüllter und verstärkter Compounds und Platten.
• Starre duroplastische Form- und Extrusionsmaterialien, einschließlich gefüllter und verstärkter Compounds, Platten und Laminate.
• Faserverstärkte duroplastische und thermoplastische Verbundwerkstoffe mit unidirektionalen oder multidirektionalen Verstärkungen, Matten, Geweben, Geweberovings, Schnittgarnen, Kombinations- und Hybridverstärkungen, Rovings, gemahlenen Fasern und Platten aus vorimprägnierten Materialien.

Dieses Verfahren ist auch auf geformte oder bearbeitete Proben von Fertigprodukten, Laminaten und extrudierten oder gegossenen Platten anwendbar.

Testergebnisse sind nur dann vergleichbar, wenn Probenpräparation, Abmessungen, Oberflächenbeschaffenheit und Testbedingungen identisch sind. Insbesondere Ergebnisse von Proben unterschiedlicher Dicke lassen sich nicht vergleichen. Eine umfassende Bewertung des Verhaltens unter Stoßbelastung kann durch die Bestimmung von Stoßgeschwindigkeit und -temperatur in Abhängigkeit von verschiedenen Materialparametern wie Kristallinität und Feuchtigkeitsgehalt erreicht werden.

Das Stoßverhalten von Fertigprodukten lässt sich mit diesem Test nicht direkt vorhersagen. Es können jedoch Proben von Fertigprodukten entnommen und mit dieser Methode geprüft werden. Die mit dieser Methode gewonnenen Testdaten sind nicht für die Verwendung in Konstruktionsberechnungen vorgesehen. Informationen über das typische Materialverhalten lassen sich jedoch durch die Prüfung von Proben gewinnen, die bei unterschiedlichen Temperaturen und Stoßgeschwindigkeiten, mit variierenden Dicken und unter verschiedenen Bedingungen hergestellt wurden.

Ziel dieser Norm ist es nicht, den an jedem Punkt des Kraft-Verformungs-Diagramms ablaufenden Mechanismus zu interpretieren. Solche Interpretationen sind Aufgabe der wissenschaftlichen Forschung.

Prinzipiell wird die Probe mittig mit einem geschmierten Schlagbohrer senkrecht zur Probenoberfläche und mit annähernd gleichmäßiger Drehzahl durchbohrt. Das resultierende Kraft-Weg- oder Kraft-Zeit-Diagramm wird elektronisch aufgezeichnet. Die Probe sollte (vorzugsweise) während des Versuchs fixiert werden.

Das aus diesen Versuchen gewonnene Kraft-Verformungs-Diagramm dokumentiert das Aufprallverhalten der Probe und ermöglicht Rückschlüsse auf verschiedene Eigenschaften des Materialverhaltens.

Die ISO-6603-Normen sind weltweit anerkannte Standards zur Messung der Widerstandsfähigkeit von Hartkunststoffen gegen Durchstoß- und Reißfestigkeit bei hohen Geschwindigkeiten. Diese Art von Stoßschäden lässt sich mit herkömmlichen Prüfverfahren wie Charpy oder Izod nicht adäquat beurteilen. Die Normen gelten aus folgenden Gründen als wichtig:

• Es simuliert reale Ausfallszenarien: Zahlreiche Kunststoffteile werden durchstochen und zerbrochen (z. B. durch einen Steinschlag gegen eine Stoßstange, ein Werkzeug, das auf das Batteriefach fällt, oder ein Knie, das gegen eine Türverkleidung stößt). Dieser Standard bildet diese mehrachsige, schnelle Durchstoßung direkt nach.
• Unerlässlich für sicherheitskritische Bauteile: Weit verbreitet erforderlich in der Automobilindustrie (Innenraumsicherheit, Fußgängerschutz, Batterieschutz für Elektrofahrzeuge), bei Helmen, Schutzausrüstung und Gehäusen für medizinische Geräte, wo Durchdringungsbeständigkeit Verletzungen oder Leckagen verhindern kann.
• Es unterscheidet zwischen duktilem und sprödem Verhalten: Die instrumentierte Version zeigt die vollständige Kraft-Verformungs-Kurve an und zeigt so, ob das Material nach dem ersten Riss Energie aufnimmt (duktil = sicherer) oder sofort bricht (spröde).
• Es ermöglicht einen fairen Materialvergleich: Es verwendet eine feste Impaktorgeometrie (20 mm halbkugelförmige Spitze), Kompression und Geschwindigkeit (ungefähr 4,4 m/s), sodass Ergebnisse für PC, ABS, PP, PA, Verbundwerkstoffe und ähnliches aus jedem Labor weltweit direkt verglichen werden können.
• In erster Linie erforderlich durch die Spezifikationen der Originalausrüster: Häufig vorgeschrieben von Automobilherstellern, Konsumgütermarken und Aufsichtsbehörden, wo ein Nachweis der Durchstoßfestigkeit verlangt wird.
• Sie dient als Grundlage für die Materialauswahl und die Bauteilkonstruktion: Konstrukteure nutzen diese Standarddaten, um härtere Werkstoffsorten auszuwählen, die Rippenstruktur/Dicke zu optimieren oder von spröden zu duktilen Werkstoffmischungen zu wechseln (z. B. durch Zugabe von Schlagzähmodifikatoren).
• Es schließt die Lücke zwischen Labortests und realen Situationen: Es bietet eine viel bessere Korrelation zwischen Feldausfällen und Kerbschlagbiegeversuchen, insbesondere bei flachen oder leicht gekrümmten Teilen (thermogeformte Schalen, Gehäuse, Paneele).

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Norm ISO 6603 eine der wichtigsten Normen zur Charakterisierung des Durchstoßverhaltens von Hartkunststoffen bei hohen Geschwindigkeiten darstellt. Durch die Verknüpfung einfacher Fallgewichtsversuche mit hochentwickelten instrumentierten Prüfverfahren liefert sie Ingenieuren zuverlässige und vergleichbare Daten darüber, wie Kunststoffe Durchdringung widerstehen und Energie unter Bedingungen absorbieren, die reale Unfälle oder unsachgemäße Verwendung simulieren.

Seit vielen Jahren versteht unser Unternehmen mit seinen kompetenten und erfahrenen Mitarbeitern die Bedürfnisse seiner Kunden, bietet ihnen die benötigten fortschrittlichen Prüfdienstleistungen und unterstützt sie beim Aufbau, der Implementierung und der Verbesserung von Managementsystemen. In diesem Rahmen bieten wir Unternehmen auch Prüfdienstleistungen gemäß der Norm „ISO 6603 Kunststoffe – Bestimmung des Durchstoßverhaltens von Hartkunststoffen“ an.