Scherfestigkeit von Kunststoffen mit einem Stempelwerkzeug (ASTM D732)

Modell Nr. WTF-PT (Edelstahl)

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Abb. 1: Demontierte ASTM D732 Stempelscherversuchsvorrichtung.

Die ASTM D732, die erstmals 1943 veröffentlicht wurde (Referenz 1), definiert eine Scherprüfung vom Typ Stempel. Er ist für die Verwendung als Materialauswahl- und Materialvergleichsprüfung von Kunststoffen in Form von Platten oder geformten Scheiben vorgesehen. Die Probendicke kann von 0,050 Zoll bis 0,500 Zoll reichen. Mit der in Abb. 1 gezeigten Prüfvorrichtung wird eine Scheibe mit einem Durchmesser von 1 Zoll aus dem Probekörper gestanzt.

Die Probe hat einen quadratischen Querschnitt von 2 Zoll oder einen Durchmesser von 2 Zoll mit einem Loch von 7/16 Zoll Durchmesser in der Mitte. Diese Probe wird zwischen den beiden gehärteten Stahlscheiben des Stempels eingespannt, der auf dem Foto rechts unten zu sehen ist. Das untere Ende des Stempels wird dann in das Loch in der Grundplatte (unten links) gesteckt, und die Abdeckplatte (oben) wird angeschraubt, um die Probe sicher zu fixieren. Während die Vorrichtung auf dem Boden der Prüfmaschine ruht, wird eine Druckkraft auf das obere Ende des Stempels ausgeübt, um eine Scheibe mit einem Durchmesser von 1 Zoll aus der Probe herauszuscheren.

Die Scherung Kraft wird einfach berechnet als die maximal aufgebrachte Kraft geteilt durch die Scherfläche (Stempelumfang x Probendicke).

Diese Prüfmethode ist als Vergleichsprüfung gedacht und nicht als quantitatives Maß für die Scherfestigkeit des Materials. Als Materialprüfung hat es den Vorteil, dass eine einfache Probe benötigt wird und ein einfaches Prüfverfahren angewendet werden kann. Es wird jedoch kein gleichmäßiger Scherspannungszustand erreicht; an den Kanten des Stempels treten starke Spannungskonzentrationen auf. Wenn Bemessungswerte der Scherfestigkeit gewünscht werden, muss entweder die Iosipescu-Schere (Hinweis 2) oder V-gekerbte Schienenschere (Referenz 3) wird empfohlen.

Es wurden auch andere, nicht genormte, vergleichende Stempelschertestmethoden entwickelt. Das folgende Foto zeigt zwei solcher Vorrichtungen. In beiden gezeigten Vorrichtungen wird eine Probe in Form einer Stange mit rechteckigem Querschnitt einfach in einen Schlitz im Boden eingelegt und eine Guillotine mit flachem Boden wird gegen die Stange gedrückt, wodurch diese in drei Teile geschert wird.

Scherfestigkeit von Kunststoffen mit Stempelwerkzeug_1

Abb. 2: Alternative Konfigurationen der Stempelschervorrichtung.

Quellen für zusätzliche Informationen:

1) ASTM Standard D732-10 (2010), "Standard Test Method for Shear Strength of Plastics by Punch Tool", American Society for Testing and Materials, West Conshohocken, Pennsylvania (erstmals 1943 veröffentlicht).

 

2) ASTM Standard D5379-12 (2012), "Standard Test Method for Shear Properties of Composite Materials by the V-Notched Beam Method", American Society for Testing and Materials, West Conshohocken, Pennsylvania (erstmals veröffentlicht im Mai 1993).

 

3) ASTM Standard D7078-12 (2012), "Standard Test Method for Shear Properties of Composite Materials by the V-Notched Rail Shear Method", American Society for Testing and Materials, West Conshohocken, Pennsylvania (erstmals veröffentlicht im April 2005).