Mechanische Werkstoffprüfung

Laborleitung

Aufgaben

Das Labor für mechanische Werkstoffprüfung führt Equipment zur Probenvorbereitung sowie Geräte für Prüfmethoden, die typischerweise an polymeren Werkstoffen durchgeführt werden. Dies beinhaltet statische, quasistatische, dynamische Belastungen sowie stoß-/schlagartige Belastungen. Das Spektrum an prüfbaren Werkstoffen reicht von weichen, vernetzten Elastomeren über thermoplastische Elastomere bis zu Thermoplasten und hochfesten Duroplasten. 

Raum

• A.0.13 / A.1.20 

Geräte

Einrichtungen zur Probenvorbereitung, bzw. Probekörperherstellung

1. CNC-gesteuerte Probenfräsmaschine, Fabrikat Isel
2. Probestab-Kopierfräsmaschine, Fabrikat Göttfert Typ "Fräsboy"
3. Probenstanze, Fabrikat Zwick
4. Ringschneideeinrichtung, Fabrikat Schley Maschinenbau
5. Markiervorrichtung der Fa. Zwick 

Einrichtungen zur Durchführung von Prüfungen:

1. Zwick Universalprüfmaschinen zur Durchführung von Zug, Druck und   
   Biegeprüfungen bei quasistatischer, statischer und dynamischer Belastung (maximale Prüfkraft 100 kN), Temperaturbereich – 150 °C bis 250 °C, Fabrikate Zwick, Typ 1474 und 1445 mit DOLI-Steuerung
2. Prüfmaschine Instron 5982 mit Videoextensometer zur Bestimmung der Querkontraktionszahl
3. Dynamisch-Mechanisches Spektrometer, Typ Eplexor 150N, Fa. GABO
4. Gerät zur Ermittlung der Formbeständigkeit in der Wärme nach
   Martens (DIN 53462) und Vicat (DIN 53460, ISOR 306, VDE 0302 an Polymeren)
5. Manuelles Pendelschlagwerk zur Ermittlung der Schlag- und Kerbschlagzähigkeit im Temperaturbereich - 50°C bis + 100°C sowie der Schlagzugzähigkeit an genormten Probekörpern aus Polymerwerkstoffen
6. Instrumentiertes Pendelschlagwerk nach Charpy von Instron, CEAST 9050 (max. Schlagkraft 50 J)
7. Gerät zur Ermittlung der Rückprall-Elastizität von Elastomeren nach DIN 53512
8. Gerät zur Ermittlung der Eindruckhärte an Kunststoffen nach DIN 53456
9. Härteprüfgeräte zur Ermittlung der Härte von Elastomeren nach
   Shore A bzw. Shore D gemäß DIN 53505 ISO 868 und ASTMD 2240
10. Abrieb-Prüfgerät Fabrikat Frank zur Bestimmung des Abriebs von Elastomeren nach DIN 53516
11. Feinwaage 2006MP, Fa. Sartorius
12. Umluftofen UFE550, Fabrikat Memmert

Probenvorbereitung

Zur Prüfkörperherstellung gemäß der gängigen DIN-Normen können genormte Prüfstäbe (Zugversuch 1B, 3-Punkt-Biegung, Schlagzähigkeit) aus Kunststoffplattenware gefräst werden (Bild 1). Prüfkörper aus Elastomeren werden üblicherweise aus 2 mm starken Platten gestanzt. Stanzmesser für folgende Prüfkörper sind vorhanden: S1-, S2-, S3A-Stab, Graves-Weiterreißfestigkeit, kreisförmige Stanzmesser mit unterschiedlichen Durchmessern sowie Stanzmesser für Streifenproben mit unterschiedlichen Breiten (Bild 2). Für die Herstellung von Prüfkörpern zur Prüfung der Zugfestigkeit an Ringen (R1-Normring) steht eine Ringschneidevorrichtung zur Verfügung (Bild 3). Zur Präparation von Abriebprüfkörpern nach DIN dient eine entsprechende Einrichtung zum Ausschneiden der Proben.

Messgeräte zur Werkstoffprüfung

Für die Aufnahme von Spannungs-/Dehnungskennlinien stehen zwei Zwick-Universalprüfmaschinen zur Verfügung (Zwick 1445 und Zwick 1474 mit optischen Dehnungsaufnehmern, siehe Bilder 4 und 5) mit neuester elektronischer Steuerung und Auswertesoftware von DOLI und Kraftaufnehmern mit Messbereichen von 1 bis 100 kN.
Mit den vorhandenen Probeeinspannvorrichtungen sind Prüfungen im Zugversuch (Stab und Ring), Weiterreißfestigkeit, 3-Punkt-Biegung und Druckversuch machbar. Dank der freien Programmierbarkeit der Software sind auch kombinierte Messzyklen möglich, wie z.B. die Prüfung des Mullins-Effektes an rußgefüllten Elastomeren (Bild 6). Für hochfeste duroplastische Werkstoffe steht eine Universalprüfmaschine von Instron mit Videoextensometer zur Bestimmung der Querkontraktionszahl und einem Kraftmessbereich bis zu 100 kN zur Verfügung (Bild 7). 

Die Messung der (Kerb-)Schlagzähigkeit von Thermoplasten ist mittels zweier Charpy-Schlagpendel ausführbar, auch mit der Möglichkeit des instrumentierten Schlagzähigkeitsversuchs (Instron, siehe Bild 9). 

Härtemessungen können nach Shore (A und D) durchgeführt werden sowie nach der Kugeleindruckmethode gemäß EN ISO 2039-1. Zur Messung der Rückprallelastizität steht ein Schob-Pendel zur Verfügung (Bild 10). Die Abriebfestigkeit an Elastomeren kann nach DIN ISO 4649 gemessen werden (Bild 11). 

Dynamisch-mechanische Messungen auch an unterschiedlichen Temperaturen (DMTA) können an einem 100 N-Eplexor-Spektrometer von GABO Qualimeter (Bild 12) durchgeführt werden. Hiermit können Glasübergangstemperaturen sowie Schmelzbereiche von Thermoplasten erfasst werden. Durch die Anwendung des Verfahrens bei unterschiedlichen Temperaturen und/oder Frequenzen sowie Amplituden ist die Erstellung von Masterkurven/Relaxationszeitspektren sowie für gefüllte Elastomere die Untersuchung des b>Payne-Effektes möglich.

Zur Prüfung der Erweichungstemperatur nach Vicat steht ein Messgerät mit drei Messplätzen und elektronischer Datenaufnahme zur Verfügung. Es können Messungen mit den nach Norm gängigen Heizraten von 50 sowie 120 K/min aufgenommen werden.