Trektest kunststof

In dit artikel leggen we graag uit hoe een trektest op kunststof eruit ziet.

Het doel van dit soort trektesten is het bepalen van een aantal materiaaleigenschappen van het kunststof. Uiteraard heel belangrijk voor de kwaliteit van het eindproduct.

Met een goed uitgevoerde trekproef kunnen de belangrijkste eigenschappen van het materiaal bepaald worden. De basis is simpel: je klemt een stuk van het materiaal tussen twee klemmen en je gaat eraan trekken. Je registreert de kracht en verplaatsing en je kunt een mooie grafiek tekenen (kracht vs. verplaatsing). Als je de uitgeoefende kracht deelt door het oppervlak (van de doorsnede) dan kunnen we de spanning (Engels: stress, symbool: σ) uitrekenen in bijvoorbeeld N/mm² (MPa). Delen we de gemeten verplaatsing door de oorspronkelijk lengte van het proefstuk dan spreken we over rek (Engels: strain, symbool: ε). Zet je deze twee in een grafiek dan zien we een spanning-rekdiagram of trekcurve:

Deze curve is van een trekproef uitgevoerd op een Testometric trekbank met winTest Analysis software. Het gebruikte proefstuk is gemaakt van ABS (Acrylonitril Butadieen Styreen): een bekende toepassing daarvan is bijvoorbeeld Lego.

In deze curve hebben we een aantal punten gemarkeerd en er staan twee hulplijnen. De groene lijn is de curve: het verloop van de test (Stress vs Strain). De paarse hulplijn is de modulus lijn. Deze is in dit geval door de software bepaald: die zoekt het eerste en zo recht mogelijk stuk in de curve en trekt die lijn door. Dan komen we uit op punt P: dit is het punt waar de curve deze raaklijn ‘verlaat’. Dit punt wordt de proportionaliteitsgrens genoemd. Volgens de Wet van Hooke is dit het punt waarbij het materiaal niet meer in oorspronkelijke vorm terugkomt als men het proefstuk weer los zou laten.

De gele lijn is een lijn die parallel loopt aan  de modulus lijn en wel precies vanaf 0,2% rek. Waar deze lijn de curve kruist staat het punt Rp0,2. Dit noemt men de 0,2% rekgrens. Het is bij benadering het moment waarop het materiaal begint de vloeien. Bij kunststof is het exacte punt lastig te bepalen. Bij zachte kunststoffen is het wel goed te zien: het materiaal begint daar in te snoeren.

Afhankelijk van het materiaal kan het insnoeren wel een tijdje duren, maar er komt een punt waarbij het materiaal gaat verzwakken. Dit punt is Fm in de curve: de maximale spanning (en dus ook kracht) in de grafiek.

Trekken we nog een stukje door dan breekt het proefstuk in tweeën. De gemeten kracht valt helemaal weg en de software breekt de test en grafiek af. Dit is punt B in de grafiek (breekpunt).

Het in stukken trekken van een stukje kunststof lijkt natuurlijk simpel maar er zijn uitdagingen. Want hoe meet je bijvoorbeeld de uitrekking van het proefstuk? Immers, de verplaatsing die de trekbank meet is niet precies de rek op het proefstuk. De trekbank meet de verplaatsing namelijk (heel erg nauwkeurig) op de traverse, door een factor los te laten op het aantal omwentelingen van de spindel(s). Het proefstuk zit ingeklemd tussen twee klemmen en een meetcel, en daar zit natuurlijk nog wat beweging in. De rek kan daarom alleen exact worden gemeten op het proefstuk zelf. Daarom wordt er gebruik gemaakt van een zogenaamde extensometer.

Een mechanische extensometer heeft simpel gezegd twee armpjes die direct op het proefstuk worden geklemd en het instrument meet zeer nauwkeurig de afstand tussen de twee armpjes. Tegenwoordig zijn ook de (contactloze) video extensometers in opkomst: deze meten de verlenging heel exact door heel precies de verplaatsing van pixels in een videobeeld te monitoren.

Ook wil je dat de rek die je wilt meten natuurlijk wel optreedt in het gebied waar je meet, dus tussen de klemmen en in het meetgebied van de extensometer. Daarom wordt er gebruik gemaakt van proefstukken in de vorm van een dogbone of dumbbell (zie afbeelding hiernaast). Het zwakste gedeelte van het proefstuk zit dan in het midden en waarschijnlijk zal het proefstuk daar ook het meeste verlengen en breken.

Daarbij is het type klem dat gebruikt wordt ook belangrijk. De klemmen moeten het proefstuk natuurlijk goed vasthouden, ook als het proefstuk wat dunner wordt (zachtere materialen). Het proefstuk mag niet slippen en de klemmen mogen de meetwaarden niet beïnvloeden. Wij adviseren onze klanten graag over welke klemmen er in aanmerking komen.

Uiteraard bestaan er diverse normen (bv. de ISO 527 norm) die exact beschrijven hoe een test moet verlopen en hoe de berekeningen uitgevoerd moeten worden. Dit zodat de testresultaten van verschillende bronnen – dus ongeacht het type trekbank of de gebruikte software – met elkaar kunnen worden vergeleken.