teorie/plasty - tahová zkouška

Tahová zkouška plastů podle EN ISO 527 - teorie zkoušky tahem

Tahová zkouška plastů se provádí podle EN ISO 527

Dále se tahová zkouška dělí:

ČSN EN ISO 527-1 Plasty - stanovení tahových vlastností - část 1: základní principy

ČSN EN ISO 527-2 Plasty - stanovení tahových vlastností - část 2: zkušební podmínky pro tvářené plasty

ČSN EN ISO 527-3 Plasty - stanovení tahových vlastností - část 3: zkušební podmínky pro fólie a desky

ČSN EN ISO 527-4 Plasty - stanovení tahových vlastností - část 4: zkušební podmínky pro izotropní a orthopní plastové kompozity vyztužené vlákny

ČSN EN ISO 527-5 Plasty - stanovení tahových vlastností - část 5: zkušební podmínky pro plastové kompozity vyztužené jednosměrnými vlákny

Tahová zkouška podle EN ISO 527 pokrývá testování velké škály plastů - plněné nebo neplněné materiály, tvářené nebo lité vzorky, fólie a desky, jakož i vlákny nebo pojivy zesílené materiály.

Vzorky pro tahovou zkoušku podle EN ISO 527-2 - nejčastěji používaná

Uvedená norma stanoví pro vstřikovaná zkušební tělesa tvar typu 1A a pro obráběná zkušební tělesa tvar typu 1B. Typ zkušebních těles 1A a 1B je upřednostňovaný tvar zkušebních těles s tím, že počáteční měřená délka byla stanovena na 75 mm, což oproti minulosti (L0=50mm) představuje větší přesnost při měření modulu a lepší využití střední části vzorku typu 1A, který je 80mm dlouhý. Počáteční měřená délka 50 mm je stále ještě dovolená, ale u zkušebního tělesa typu 1A není doporučená.

> tvar 1A a 1B jsou standardní zkušební tělesa se srovnatelnými rozměry

> tvar 1BA a 1BB jsou poměrně zmenšená zkušební tělesa a lze je použít pouze v tom případě, že standardní zkušební tělesa nelze použít

> tělesa tvaru 5A a 5B jsou poměrná zkušební tělesa vzhledem k ISO 37 (norma pro testování gumy), tvar 2 a 3

> zkušební tělesa tvaru CW a CP (identické k tvaru 2 a 4 podle ISO 8256) jsou malá zkušební tělesa určená pro zkoušky stárnutí teplem.

Před začátkem tahové zkoušky

Tahová zkouška plastů se provádí na zatěžovacím stroji - trhačce. 

V prvním kroku se čelisti / upínače vzorků nastaví do vzdálenosti 115 mm. Následně vzorek upne do zkušebního stroje a je třeba dávat opravdu velký pozor, aby byl vzorek ve všech směrech zatěžován jednoosým tahem. Bylo zjištěno, že šikmé upnutí vzorku může ovlivnit modul až o 4%. Zároveň je třeba dávat velký pozor při upínání, aby nedošlo k zatížení vzorku stlačením - měřeními se prokázalo zkreslení výsledku modulu o 3%, pokud před zkouškou došlo ke stlačení vzorku. 

Nicméně malé před-zatížení vzorku je nutné, aby se předešlo "patě" křivky. Díky předepnutí vzorku se zajistí počáteční výchozí bod zkoušky nezávisle na obsluze a zkušebním zařízení. Samotný test tedy nezačíná při spuštění stroje, ale při dosažení nastaveného před-zatížení. Max. velikost před-zatížení by neměla překročit při měření modulu pružnosti 0,05% resp. při měření pevnosti by hodnota předepnutí měla být nižší než 1/100 hodnoty napětí.

Zkušební rychlost při tahové zkoušce

Průběh tahové zkoušky byl více popsán v kapitole o tahové zkoušce kovů. 

Zde u plastů platí, že podle EN ISO 527-1 by stanovení modulu pružnosti mělo být dosaženo při rychlosti 1%/min. Rychlost 1mm/min pak odpovídá rychlosti nárůstu prodloužení 0,87%/min. 

Může se to zdát s podivem, ale při dodržování správné zkušební rychlosti hrají velkou roli i čelisti.

Podobně jako u tahové zkoušky kovových vzorků je možné zkušební rychlost po změření E-modulu zvýšit. V praxi se často používá 5 mm/mm nebo 50 mm/min.

Jak již však bylo řešeno dříve: dosažení správných a spolehlivých výsledků však nezačíná při samotném provádění tahové zkoušky, ale již samotnou výrobou vzorku pro tahovou zkoušku. Výroba musí být přesná a v souladu s normou.

Náležitosti pro tahovou zkoušku podle EN ISO 527

• trhací zkušební stroj třídy 1 podle ISO 7500

• upínací přípravky, čelisti odpovídající materiálu a velikosti vzorku

• podle rozpočtu pak extensometer (průtahoměr)

ruční nasazovací průtahoměr - většinou s malým zdvihem pro stanovení E-modulu - nelze však použít pro fólie

automatický průtahoměr - pro stanovení E-modulu a také tažnosti při max. napětí jakož i tažnosti při lomu

bezkontaktní video-extensometr - pro stanovení E-modulu a také tažnosti při max. napětí jakož i tažnosti při lomu pomocí rysek na vzorku samotném

Výstup tahové zkoušky EN ISO 527

Výstupem tahové zkoušky je graf a sada výsledků popisující důležité události při tahové zkoušce.

Podobně jako u zkoušky tahem kovů nejdůležitější výsledky získáme na počátku zkoušky, kde se proto využívá nižší zkušební rychlost. U plastů však nemusí dojít k lineárnímu zatěžování, a proto se pro stanovení E-modulu využívá např. sečna.

E - modul pružnosti; E-modul; Youngův modul - jedná se o vypočítanou hodnotu, založenou však na měření. Nejčastěji se používají dva body, které dají sestrojit sečně. Sečna protne křivku v místě, kde prodloužení dosahuje hodnoty 0,05% a 0,25%. Tato metoda je velmi jednoduchá, ale je citlivá na získaná data - protože pracuje pouze se dvěma body. Alternativně lze proto využít i regresní přímky, která využívá pro výpočet E-modulu všechny body. Jedná se tedy o statisticky přesnější metodu stanovení E-modulu.

σy / εy- smluvní mez kluzu - u materiálů s výraznou mezí kluzu se jedná o nejvyšší bod na křivce, za nímž následuje pokles, aby pak opět síla / pevnost narostla až na Fmax. 

σx - napětí při určitém prodloužení - u materiálů bez výrazné meze kluzu není mez kluzu viditelná, ale přechod lineární části se začíná plynule zaoblovat. Mez kluzu σx (může být při 1%, 2% nebo jiném prodloužení) vyjadřuje hodnotu napětí při daném prodloužení. 

σm - mez pevnosti - v další fázi tahové zkoušky dochází k dalšímu nárůstu síly a to až do bodu, kde tahový vzorek nevyžaduje při prodlužování žádný další nárůst síly, ale začne se prodlužovat bez nárůstu síly potažmo napětí. Materiál vzorku se tedy prodlužuje rovnoměrně dál až do okamžiku, kdy se na jednom místě začne vytvářet krček (zpočátku malý). Mez pevnosti tahového napětí je právě toto maximální napětí, po jehož překročení prodloužení dále narůstá, ale síla resp. napětí začíná pozvolně (nebo náhle) klesat. Napětí na mezi pevnosti je vyjádřeno v N/mm2 (podíl max. síly na průřez vzorku) = Mpa.

V tento okamžik se začíná vytvářet krček, jehož tvorba postupně zrychluje až dojde k úplnému lomu.

εm - prodloužení na mezi pevnosti

σB / εtB - napětí / prodloužení při lomu

V dalším průběhu za maximálním napětím síla klesá až do okamžiku lomu. V tento okamžik je k dispozici poslední důležitý výsledek.