Hochschule für angewandte Wissenschaften Würzburg-Schweinfurt

Studiengang Kunststoff- und Elastomertechnik

Röntgenring 8
97070 Würzburg

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Telefax: +49 (0) 9 31 - 35 11-95 10

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Arbeitskreis KING

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

Bild 1: Fräse zur Entnahme von Prüfstäben aus Kunststoff-Plattenware
Bild 1: Fräse zur Entnahme von Prüfstäben aus Kunststoff-Plattenware
Bild 2: Verschiedene Stanzmesser zur Entnahme von Prüfkörpern aus Elastomerplatten
Bild 2: Verschiedene Stanzmesser zur Entnahme von Prüfkörpern aus Elastomerplatten

 

Bild 3: Anlage zur Entnahme von ringförmigen Proben aus Elastomerplatten
Bild 3: Anlage zur Entnahme von ringförmigen Proben aus Elastomerplatten

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

Bild 4: Universalprüfmaschine Zwick 1474 mit optischen Dehnungsaufnehmern, Temperierkammer und Steuerung von DOLI
Bild 4: Universalprüfmaschine Zwick 1474 mit optischen Dehnungsaufnehmern, Temperierkammer und Steuerung von DOLI

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).

 

Bild 5: Studierende im Praktikum zur mechanischen Werkstoffprüfung von Kunststoffen
Bild 5: Studierende im Praktikum zur mechanischen Werkstoffprüfung von Kunststoffen
Bild 6: Mullins-Effekt an rußgefüllten Elastomeren
Bild 6: Mullins-Effekt an rußgefüllten Elastomeren
Bild 7: Universalprüfmaschine Instron
Bild 7: Universalprüfmaschine Instron
Bild 8: Zugversuch an einem Elastomer
Bild 8: Zugversuch an einem Elastomer

 

Bild 9: Instrumentiertes Schlagpendel Instron
Bild 9: Instrumentiertes Schlagpendel Instron

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).

 

Bild 10: Schob-Pendel zur Messung der Rückprall-Elastizität an Elastomeren
Bild 10: Schob-Pendel zur Messung der Rückprall-Elastizität an Elastomeren
Bild 11: Vorrichtung zur Messung des Abriebwiderstands von Elastomeren nach DIN ISO 4649
Bild 11: Vorrichtung zur Messung des Abriebwiderstands von Elastomeren nach DIN ISO 4649
Bild 12: Eplexor-Spektrometer von GABO Qualimeter (100 N)
Bild 12: Eplexor-Spektrometer von GABO Qualimeter (100 N)

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 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.

 

 

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