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Biegestreifenverfahren

Allgemeines

Das Biegestreifenverfahren gehört neben dem Zeitstandzugversuch und dem Kugel- oder Stifteindrückverfahren zu den drei wichtigsten Verfahren zur Prüfung der Spannungsrissbeständigkeit an Kunststoffen [1].

Schema der Prüfanordnung

Die genormte Prüfung erfolgt nach DIN EN ISO 22088-3 [2], wobei der Prüfkörper auf eine Schablone mit einem konstanten Krümmungsradius gespannt wird. Bild 1 zeigt schematisch die Messanordnung und den in Kontakt mit dem Medium auf Biegung beanspruchten Prüfkörper.

Biegestreifenverfahren1.jpg

Bild 1: Prüfanordnung für das Biegestreifenverfahren nach DIN EN ISO 22088-3 zur Bestimmung der Spannungsrissbeständigkeit von Kunststoffen

Beim Biegestreifenverfahren erhält man durch die Verwendung von Schablonen mit verschiedenen Krümmungsradien Prüfkörper mit unterschiedlichen konstanten Biegedehnungen εx (Randfaserdehnungen). Nach der vereinbarten Kontaktzeit mit dem Prüfmedium werden die Prüfkörper visuell begutachtet, ausgespannt und mechanischen oder anderen Prüfverfahren zugeführt.

Bestimmung der Biegedehnung

Häufig wird die Restfestigkeit oder Restdehnung der Prüfkörper bestimmt und als Indikator für die Spannungsrissempfindlichkeit angegeben. Die Ermittlung der Biegedehnung (Randfaserdehnung) eines prismatischen Prüfkörpers der Dicke B, der über einem Kreissegment vom Radius r gebogen wird, erfolgt nach Gl. (1).

 \varepsilon _{x}=\frac{B}{(2r+B)} \cdot 100 \ % (1)

Alternativ kann in diesem Test auch die Standzeit bis zum totalen Versagen bestimmt werden.

Der "Dow-Säbel-Test" und Bell-Test (Telefon-Test)

In einer modifizierten Version werden die Prüfkörper über eine Schablone mit parabolisch veränderter Krümmung gebogen („Dow-Säbel-Test“). Die Oberflächendehnung der aufgespannten Prüfkörper ändert sich kontinuierlich in Prüfkörperlängsrichtung und ist abhängig von der jeweiligen Krümmung der Unterlage. In Abhängigkeit von der Beanspruchungszeit bilden sich auf der Oberfläche, beginnend im Bereich starker Biegung, Spannungsrisse senkrecht zur Prüfkörperlängsachse aus. Zur Charakterisierung der Empfindlichkeit gegenüber Spannungsrissbildung wird in diesem Test die kritische Dehnung nach Gl. (1) an der geringsten lokalen Krümmung, an der nach einer definierten Versuchszeit optisch sichtbare Spannungsrisse (Crazes) gebildet werden, bestimmt. Bei dem für Polyethylen (Kurzzeichen: PE) entwickelten Bell-Test (Telefon-Test) nach ASTM D 1693 [3] werden zehn mittig längs gekerbte Prüfkörper um 180 ° U-förmig gebogen, in eine Schiene eingeklemmt und in das Testmedium eingetaucht. Gemessen wird z. B. die Zeit, bei der 50 % der Prüfkörper Risse zeigen. Bei allen Verfahren mit gebogenen Prüfkörpern wird von einer konstanten Anfangsdehnung ausgegangen. Bei dieser Art der Beanspruchung verringert sich in Abhängigkeit von der Beanspruchungszeit (siehe: Dehnrate Grundlagen) die anfängliche Kraft durch Relaxation.

Weitere experimentelle Verfahren und Ergebnisse werden von Brown [4] und Bledzki [5] beschrieben.


Literaturhinweise

[1] Ramsteiner, F.: Bewertung der Spannungsrissbeständigkeit. In: Grellmann, W., Seidler, S. (Hrsg.): Kunststoffprüfung. Carl Hanser Verlag, München (2015) 3. Auflage, S. 417/418 (ISBN 978-3-446-44350-1; siehe AMK-Büchersammlung unter A 18)
[2] DIN EN ISO 22088 (2006-11): Kunststoffe – Bestimmung der Beständigkeit gegen umgebungsbedingte Spannungsrissbildung (ESC) – Teil 3: Biegestreifenverfahren
[3] ASTM D 1693 (2015): Standard Test Method for Environmental Stress-Cracking of Ethylen Plastics
[4] Brown, R. P.: Testing Plastics for Resistance to Environmental Stress Cracking. Polymer Testing 1 (1980) 267−282
[5] Bledzki, A. K., Barth, C.: Spannungsrissbeständigkeit von Polycarbonat messen. Materialprüfung 40 (1998) 404−410