ISO-Normen sind unerlässlich, um einheitliche, zuverlässige und international vergleichbare Materialprüfungen zu gewährleisten.
Sie legen Methoden und Parameter für die Prüfung mechanischer, physikalischer und chemischer Eigenschaften fest und gewährleisten Qualität und Sicherheit.
Im Bereich der Kunststoffe ist die ISO-Norm 178 die wichtigste Norm für die Biegeprüfung, die für die Beurteilung der Festigkeit und Steifigkeit von Materialien unerlässlich ist.
Was ist ISO 178?
ISO 178 ist eine internationale Norm, die das Prüfverfahren zur Bestimmung der Biegeeigenschaften von starren und halbstarren Kunststoffen festlegt. Die Prüfung besteht darin, eine konzentrierte Kraft auf die Mitte eines auf zwei Auflagern ruhenden Probekörpers aufzubringen, so dass der Probekörper an drei Berührungspunkten beansprucht wird: den beiden Auflagern und dem Punkt, an dem die Kraft aufgebracht wird.
Bei dieser Prüfung werden hauptsächlich zwei grundlegende Parameter gemessen: der Biegemodul, der die Steifigkeit des Materials unter Biegebelastung angibt, und die Biegefestigkeit, die die maximale Belastung angibt, der das Material standhalten kann, bevor es bricht oder sich dauerhaft verformt.
Die Norm ist unerlässlich für die Bewertung des mechanischen Verhaltens von Kunststoffen in Anwendungen, bei denen Biegespannungen kritisch sind, wie z. B. bei Bauteilen, Gehäusen und Maschinenteilen.
Darüber hinaus enthält die ISO-Norm 178 genaue Leitlinien für die Größe der Prüfröhrchen, die Prüfgeschwindigkeiten, die Umgebungsbedingungen und die durchzuführenden Berechnungen, um die Wiederholbarkeit und Vergleichbarkeit der Ergebnisse zu gewährleisten.
Was misst die ISO 178?
ISO 178 misst die mechanischen Biegeeigenschaften von Kunststoffen und liefert wichtige Daten, um zu verstehen, wie ein Material auf Biegebelastung reagiert.
Die wichtigsten gemessenen Parameter sind insbesondere:
- Biegemodul (oder Biegemodul): gibt die Steifigkeit des Materials bei elastischer Verformung unter Biegebelastung an.
Er ist das Verhältnis von Biegespannung zu Dehnungseinheit und gibt die Fähigkeit des Materials an, einer Biegung zu widerstehen, ohne sich dauerhaft zu verformen. - Biegefestigkeit: ist der Höchstwert der Spannung, die das Material aushalten kann, bevor es bricht oder sich dauerhaft plastisch verformt.
Dieser Wert ist für die Auslegung von biegebeanspruchten Bauteilen entscheidend. - Biegeverformung: Misst das Ausmaß der Verformung oder Verschiebung, die die Probe unter Belastung erfährt; nützlich zur Beurteilung der Duktilität oder Sprödigkeit des Materials.
Ziel ist es, die Probe bis zum Versagen zu verformen oder, falls dies nicht eintritt, bis eine Biegeverformung von 5 % erreicht ist.
In der ISO-Norm 178 sind außerdem zwei Prüfmethoden festgelegt: Methode A, bei der die Dehnungsrate während der gesamten Prüfung konstant bleibt, und Methode B, bei der mit einer Rate begonnen und diese erhöht wird, sobald der anfängliche elastische Bereich des Materials überschritten ist.
ISO 178 – Technische Anforderungen
ISO 178 legt genau definierte Genauigkeitsanforderungen fest, sowohl in Bezug auf die Bewegungssteuerung als auch auf die Konfiguration der Prüfgeräte.
Die Genauigkeit der Bewegung des Querbalkens muss so beschaffen sein, dass sie eine Auflösung von mindestens 1 % der für die Berechnung des Elastizitätsmoduls verwendeten Biegedehnung ermöglicht.
Die Standard-Testgeschwindigkeiten sind:
- 1 mm/min für Probendicken zwischen 1 mm und 3,5 mm
- Die Norm erlaubt eine Toleranz von ±20% für diese Geschwindigkeiten.
Für die Kraftmessung müssen Wägezellen eine hohe Empfindlichkeit und Auflösung bieten, die mit der für die Berechnung des Elastizitätsmoduls und anderer Parameter erforderlichen Genauigkeit übereinstimmen.
ISO 178 – Erforderliche Ausrüstung
Prüfungen nach ISO 178 werden im Allgemeinen auf Prüfständen durchgeführt, da die erforderlichen Kräfte relativ gering sind.
Die Prüfmaschine muss in der Lage sein, eine konstante Geschwindigkeit zwischen 1 und 500 mm/min zu halten, wobei die in der Norm festgelegten Toleranzen einzuhalten sind.
Das Kraftmessgerät (Wägezelle) muss der Klasse 1 der ISO 7500-1 für den verwendeten Kraftbereich entsprechen.
Es ist daher wichtig, dass das Labor die Mindest- und Höchstkräfte genau kennt, um eine geeignete Wägezelle auszuwählen, sowohl hinsichtlich der Kapazität als auch des Eichbereichs.
Die Geräte für die Dreipunkt-Biegeprüfung müssen folgende Bedingungen erfüllen:
- Die beiden seitlichen Auflagen müssen mit einer Toleranz von ±0,2 mm zur Probenbreite parallel sein.
- Der Abstand zwischen den Stützen (angegeben als „d“) muss je nach Größe der Probe einstellbar sein
- Die Biegeradien der mit der Probe in Berührung kommenden Teile müssen betragen:
- R1 (Beuger): 5,0 mm ± 0,1 mm
- R2 (Seitenstützen):
- 2,0 mm ± 0,2 mm für 3 mm dicke Proben<
- 5,0 mm ± 0,2 mm bei einer Probendicke ≥ 3 mm
Diese Parameter garantieren die Gleichmäßigkeit der Prüfung und die Wiederholbarkeit der Ergebnisse bei starren und halbstarren thermoplastischen Werkstoffen.
ISO 178 – Probekörper
Die Probekörper für die Biegeprüfung nach ISO 178 können aus Blechen nach ISO 2818 hergestellt, nach ISO 293 oder ISO 295 formgepresst oder nach ISO 294-1 oder ISO 10724-1 spritzgegossen werden.
Die bevorzugten Stichprobengrößen sind:
- Länge: 80 mm ± 2 mm
- Breite: 10 mm ± 0,2 mm
- Dicke: 4 mm ± 0,2 mm
Wenn diese Abmessungen nicht eingehalten werden können, erlaubt die Norm die Verwendung alternativer Breiten, die im Verhältnis zur Dicke des Musters stehen.
ISO 178 – Prüfverfahren
Der Abstand zwischen den unteren Stützen (Öffnung der Dreipunktvorrichtung) wird entsprechend der Dicke der Probe konfiguriert, wie in der Norm angegeben.
Die Umgebungsbedingungen der Prüfung – z. B. hohe oder niedrige Temperatur – müssen je nach Art des geprüften Materials festgelegt und zwischen dem Labor und dem Kunden vereinbart werden.
In Ermangelung spezifischer Leitlinien wird auf die ISO 291 für Standardbedingungen verwiesen.
In der ISO-Norm 178 sind zwei Möglichkeiten zur Durchführung der Prüfung festgelegt:
- Methode A: Bei dieser Methode wird während der gesamten Dauer der Prüfung eine konstante Geschwindigkeit der Querstange verwendet.
- Methode B: zwei Geschwindigkeiten, eine anfängliche zur Bestimmung des Elastizitätsmoduls, gefolgt von einer höheren Geschwindigkeit zur Beendigung der Prüfung.
Nach einer Vorlastphase wird die Probe entweder bis zum Versagen oder bis zum Erreichen einer Biegedehnung von 5 % belastet, je nachdem, was zuerst eintritt.
Während der gesamten Prüfung müssen die Belastungs- und Verformungsdaten mit einer ausreichenden Erfassungsfrequenz aufgezeichnet werden, um die Genauigkeit der Ergebnisse zu gewährleisten.
Es wird dringend empfohlen, eine angemessene Vorlast einzustellen: Die Anfangskraft, die vor Beginn der Prüfung auf den Probekörper ausgeübt wird, wirkt sich unmittelbar auf die Wiederholbarkeit und Zuverlässigkeit der Verformungsberechnungen aus.
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