Fixed-Arm-Peeltest

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Fixed-Arm Peeltest

Grundlagen der Methode

Der Fixed-Arm Peeltest wird zur Charakterisierung des Peelverhaltens (siehe Peelvorgang) von Peelsystemen in Abhängigkeit des Peelwinkels herangezogen (Bild 1) und wird in Anlehnung an den ESIS TC4 Normvorschlag „Peel Testing of Flexible Laminates“ durchgeführt. Die Bezeichnung „Fixed-Arm“ bedeutet, dass einer der beiden Peelarme einen unveränderlichen („festen“) Peelwinkel von 0° hat, während der Peelwinkel des zweiten Peelarms variabel einstellbar ist. Ein Peelarm des Prüfkörpers wird auf eine schmale Messingplatte aufgeklebt, wobei die Klebkraft um ein Vielfaches größer sein muss als die zu erwartende Peelkraft. Nach erfolgter Prüfkörperpräparation wird die Messingplatte im Fixed-Arm Peeltester montiert und der verbleibende freie Peelarm in der Klemmvorrichtung einer Universalprüfmaschine eingespannt. Die Einspannlänge beträgt l₀ = 25 mm und die Traversengeschwindigkeit ist v_T = 100 mm/min. Der Peelwinkel wird im Allgemeinen zwischen 70° und 180° variiert, wobei ein Peelwinkel von 70° die unterste Grenze für eine aussagekräftige Untersuchung der Peeleigenschaften von Peelsystemen in Abhängigkeit des Peelwinkels darstellt, da für Peelwinkel < 70° Scherung innerhalb der Siegelnaht als Versagensursache zu erwarten ist. Zur Realisierung eines konstanten Peelwinkels während des gesamten Peelvorgangs ist der Fixed-Arm Peeltester seitlich verschiebbar.

Bild 1:

Schematische Darstellung des Fixed-Arm Peeltests

Einfluss des Peelwinkels

Während des Peeltests wird ein Peelkraft-Bruchweg-Diagramm registriert, dem die anwendungstechnische Messgröße Peelkraft entnommen werden kann. Zur bruchmechanischen Charakterisierung des Peelvorgangs wird die energiebestimmte Kenngröße adhäsive Energiefreisetzungsrate herangezogen.

Am Beispiel des Peelsystems Polyethylen niederer Dichte geblendet mit isotaktischem Polybuten-1 (Kurzzeichen: PE-LD/iPB-1) sind die während des Fixed-Arm Peeltests registrierten Peelkraft-Bruchweg-Diagramme (Peelkurven) für unterschiedliche Peelwinkel von 90° und 130° sowie 160° und 180° in Bild 2 dargestellt.

Bild 2:

Peelkraft-Bruchweg-Diagramme für unterschiedliche Peelwinkel

Während für die Peelwinkel 90° und 130° ein ausgeprägtes Plateau der Peelkraft ab ca. 2 mm Bruchweg zu erkennen ist, wird für 160° und 180° ein derartiges Plateau als Grundlage für einen gleichmäßigen Peelprozess nicht gefunden. Die Peelkurven bei 160° und 180° Peelwinkel zeigen im Vergleich zu denen bei 90° und 130° ein stark verformungsabhängiges Verhalten der Peelkraft. Zur Berücksichtigung dieses ausgeprägten Deformationsverhaltens insbesondere bei großen Peelwinkeln kann die bruchmechanische Kenngröße adhäsive Energiefreisetzungsrate G_aIc zur Charakterisierung des Peelvorgangs bei definierten Peelwinkeln herangezogen werden.

Literaturhinweise

• Moore, D. R., Williams, J. G.: Peel Testing of Flexible Laminates. In: Moore, D. R., Pavan, A., Williams, J. G. (Eds.): ESIS TC4 Publication 28 – Fracture Mechanics Testing Methods for Polymers Adhesives and Composites, pp. 203–223, Elsevier, Amsterdam (2001)
• Nase, M., Langer, B., Grellmann, W.: Bruchmechanische Kennwertermittlung im T-Peeltest und im Fixed-Arm Peeltest. In: Frenz, H., Grellmann, W. (Hrsg.) 26. Tagung Werkstoffprüfung „Herausforderung neuer Werkstoffe an die Forschung und Werkstoffprüfung“, Berlin (2008) Tagungsband S. 223–228, (ISBN 978-3-00-026399-6; siehe AMK-Büchersammlung unter A 10)
• Nase, M.: Zusammenhang zwischen Herstellungsbedingungen, übermolekularer Struktur und Eigenschaften von Peelfolien. Shaker Verlag 2010 (ISBN 978-3-8322-9099-3; siehe AMK-Büchersammlung unter B 1-17)
• Reincke, K., Grellmann, W.: Verfahren zur Charakterisierung der mechanischen Eigenschaften von Folien und Elastomeren. In: Grellmann, W. (Hrsg.): Neue Entwicklungen in der Werkstoffprüfung – Herausforderungen an die Kennwertermittlung. Tagung "Werkstoffprüfung 2011", 1. und 2. Dezember 2011, Berlin, Tagungsband S. 185–192 (ISBN 978-3-9814516-1-0; siehe AMK-Büchersammlung unter A 13)
• ESIS-TC4: A Protocol for Determination of the Adhesive Fracture Toughness of Flexible Laminates by Peel Testing: Fixed-Arm and T-Peel Methods (2010) http://www.imperial.ac.uk/media/imperial-college/research-centres-and-groups/adhesion-and-adhesives-group/ESIS-peel-protocol-(June-07)-revised-Nov-2010.pdf (Zugriff am 27.07.2017)