Zugversuch an Kunststoffen nach ISO 527: Anforderungen und Prüfbedingungen
Die ISO 527 ist eine international anerkannte Norm zur Bestimmung der mechanischen Eigenschaften von Kunststoffen unter Zugbelastung. Sie beschreibt standardisierte Prüfverfahren, um Kennwerte wie Zugfestigkeit, Elastizitätsmodul und Dehnung zu ermitteln.
Das Wichtigste auf einen Blick
Die ISO 527 regelt den Zugversuch an Kunststoffen zur Bestimmung mechanischer Kennwerte wie Zugfestigkeit, Elastizitätsmodul und Dehnung. Sie schafft eine einheitliche Grundlage für reproduzierbare Ergebnisse in Qualitätssicherung, Wareneingang und Materialentwicklung.
Wesentliche Inhalte der Norm:
- Prüfung von unverstärkten, gefüllten und faserverstärkten Kunststoffen
- Normteile 1 bis 4 für unterschiedliche Materialformen
- Definierte Probengeometrien wie Typ 1A und 1B
- Festgelegte Prüfgeschwindigkeiten und Konditionierung
- Kalibrieranforderungen an Kraft- und Dehnungsmessung
Was regelt die Norm DIN EN ISO 527?
Die Normenreihe DIN EN ISO 527 beschreibt die Durchführung von Zugversuchen an Kunststoffen, um mechanische Kennwerte wie Zugfestigkeit, Dehnung und Elastizitätsmodul zu bestimmen. Ziel ist es, reproduzierbare Ergebnisse zu erhalten, die den Vergleich unterschiedlicher Materialien oder Chargen ermöglichen – unabhängig vom Prüflabor, vom Anwender oder vom Standort. Die ISO 527 ist daher ein zentraler Standard für die Werkstoffcharakterisierung in der Kunststofftechnik.
Die Normenreihe gliedert sich in mehrere Teile mit spezifischen Anwendungsbereichen:
- ISO 527-1 legt die allgemeinen Grundsätze der Prüfung fest. Dazu gehören Probenformen, Prüfgeschwindigkeit, Messlängen, Toleranzen und Anforderungen an die Umgebung.
- ISO 527-2 enthält ergänzende Vorgaben für Form- und Extrusionsmassen, die typischerweise in spritzgegossener oder gepresster Form vorliegen.
- ISO 527-3 gilt für dünne Folien und Tafeln mit einer Dicke von weniger als 1 mm.
- ISO 527-4 bezieht sich auf mehrdirektionale , langfaserverstärkte Kunststoffe, etwa in der Automobil- oder Luftfahrttechnik.
- ISO 527-5 behandelt die Prüfung unidirektionaler faserverstärkte Kunststoffverbundwerkstoffe z. B. Tragholme, Verstärkungsprofile, Flugzeugtragflächen.
In der Praxis kommt die Norm insbesondere in der Qualitätssicherung, der Wareneingangsprüfung und der Werkstoffentwicklung zum Einsatz. Auch Alterungsprüfungen oder Medienlagerungen lassen sich mit der ISO 527 durchführen, um Materialveränderungen unter Umwelt- oder Temperatureinfluss normgerecht zu bewerten. Damit eignet sich der Zugversuch nach ISO 527 nicht zur Bauteilauslegung, aber sehr gut zum Werkstoffvergleich und zur Produktionskontrolle sowie Forschung und Entwicklung.
Normteile im Überblick: ISO 527-1 bis ISO 527-4 kurz erklärt
Die ISO 527 ist in mehrere Teile gegliedert, die unterschiedliche Materialarten und Prüfbedingungen abdecken. Die folgende Übersicht zeigt die wesentlichen Inhalte der einzelnen Normteile:
| Normteile | Titel | Anwendungsbereich |
|---|---|---|
| ISO 527-1 | Allgemeine Grundsätze | Definition von Begriffen, Probenformen, Prüfparametern und Messverfahren für den Zugversuch an Kunststoffen |
| ISO 527-2 | Prüfbedingungen für Form- und Extrusionsmassen | Vorgaben für massive Kunststoffe wie spritzgegossene oder gepresste Probekörper, Typ 1A und 1B |
| ISO 527-3 | Prüfbedingungen für Folien und Tafeln | Gilt für dünne Kunststofffolien unter 1 mm und flache Tafeln |
| ISO 527-4 | Prüfbedingungen für langfaserverstärkte Kunststoffe | Prüfung faserverstärkter Thermoplaste für strukturelle Bauteile |
| ISO 527-5 | Prüfbedingungen für langfaserverstärkte Kunststoffe | Prüfung unidirektionaler faserverstärkter Kunststoffverbundwerkstoffe für Leichtbau und hochfeste Strukturbauteile |
Diese Gliederung ermöglicht eine zielgerichtete Auswahl der jeweils relevanten Norm, abhängig von Materialtyp, Probenform und Prüfziel. Alle Teile basieren auf dem Prinzip der Vergleichbarkeit und definieren klar messbare Kennwerte unter standardisierten Bedingungen.
Prüfbedingungen und Probenanforderungen nach ISO 527-1/-2
Die ISO 527-1 und ISO 527-2 definieren die technischen Rahmenbedingungen für Zugversuche an Kunststoffen mit einer Dicke von mehr als 1 mm. Ziel ist die möglichst hohe Vergleichbarkeit der Ergebnisse – auch zwischen verschiedenen Laboren und Maschinen. Dazu legt die Norm exakte Vorgaben für Probengeometrie, Messlängen, Toleranzen, Umgebungsbedingungen und den Prüfablauf fest.
Probenformen und Messlängen
Die Norm unterscheidet zwei bevorzugte Probenformen für massive Kunststoffe:
- Typ 1A: spritzgegossen, bevorzugt für Vergleichsuntersuchungen
- Typ 1B: mechanisch bearbeitet oder aus gepressten Platten gefräst
Beide Probenarten besitzen einen taillierten Messbereich. Die Messlänge beträgt typischerweise 75 mm (alternativ 50 mm). Die Einspannlänge liegt bei 115 mm. Die Probenbreite im Messbereich beträgt 10 mm, die Dicke 4 mm ± 0,2 mm.
Toleranzen und Genauigkeitsanforderungen
Die Abmessungen der Probekörper müssen innerhalb enger Toleranzen liegen, um präzise Ergebnisse zu gewährleisten. Bereits geringe Abweichungen, insbesondere bei der Probendicke, können die Spannungswerte deutlich verfälschen. Die ISO 527 verweist für die Maßermittlung auf ISO 16012 oder ASTM D5947 und gibt je nach Probenart konkrete Anforderungen an Messgeräte und Messkräfte vor.
Für die Messung des Zugmoduls gelten besonders hohe Genauigkeitsanforderungen. Im Anhang C der ISO 527-1 ist festgelegt, dass die Längenänderung in diesem Bereich mit einer Genauigkeit von ± 1 % über die definierte Modul-Messstrecke bestimmt werden muss. Dies erfordert hochauflösende Dehnungsmesssysteme (z. B. Extensometer oder optische Systeme) mit einer Mindestauflösung >1µm.
Konditionierung und Umgebung
Proben müssen vor der Prüfung mindestens 16 Stunden im Normklima gelagert werden. Das Standardklima liegt bei 23 ± 2 °C und 50 ± 10 % relativer Luftfeuchtigkeit (gemäß ISO 291). Für Sonderfälle – etwa bei bewitterten oder mediengealterten Kunststoffen – gelten abweichende Anforderungen. Die ISO 527 ermöglicht auch den Einsatz spezieller Probenformen (z. B. Typ CW/CP) für Alterungsprüfungen mit reduziertem Querschnitt.
Prüfgeschwindigkeit und Vorspannung
Die Norm schreibt eine definierte Prüfgeschwindigkeit vor, abhängig von der gewünschten Auswertung (z. B. Zugfestigkeit, Dehnung, Modul). Eine geringe Vorkraft beim Einspannen stellt sicher, dass der Kontakt zur Prüfmaschine standardisiert ist. Die Prüfgeschwindigkeit beeinflusst insbesondere bei viskoelastischen Materialien das Ergebnis und sollte exakt eingehalten werden.
Spannungs-Dehnungs-Diagramm nach ISO 527
Legende und Einordnung des Diagramms
X-Achse: Dehnung bzw. nominelle Dehnung
Y-Achse: Zugspannung
Das Diagramm zeigt typische Spannungs-Dehnungs-Verläufe unterschiedlicher Werkstofftypen nach ISO 527.
Kurve 1 – Spröder Werkstoff
Versagt bei geringer Dehnung ohne ausgeprägte Streckphase. Typisch für sehr steife oder glasartige Kunststoffe.
Kurven 2 und 3 – Werkstoffe mit Streckverhalten
Beide zeigen eine ausgeprägte Streckdehnung.
Bei Kurve 2 steigt die Spannung nach der Streckgrenze weiter an.
Bei Kurve 3 bleibt die Spannung nach Erreichen der Streckdehnung nahezu konstant.
Bis zur Streckdehnung wird die Spannung in Bezug auf die Dehnung gemessen, danach in Bezug auf die nominelle Dehnung.
Kurve 4 – Gummiähnlicher Werkstoff
Sehr hohe Dehnung bei relativ niedriger Spannung. Bruch tritt häufig erst oberhalb von 50 % Dehnung auf.
Je nach Messtechnik wird Spannung-Dehnung oder Spannung-nominelle Dehnung dargestellt.
Wichtiger Hinweis: Sobald eine Streckdehnung auftritt, erfolgt die Dehnungsmessung nicht mehr über den Extensometer mit Schneidenabstand L0 bzw. Le, sondern über die Klemmlänge L.
Die Form der Zugprobe ist entscheidend für reproduzierbare Prüfergebnisse. Typ, Maße und Anforderungen an die Klemmlänge oder Dicke sind exakt festgelegt.
Passende Prüfmaschinen für ISO 527
Prüfmaschinen für ISO 527 müssen hohe Anforderungen an Kraftmessung, Dehnungserfassung und Prüfgeschwindigkeit erfüllen. Wichtig sind eine Kalibrierung nach ISO 7500-1, präzise regelbare Prüfabläufe sowie passende Spannzeuge für Typ-1A- und Typ-1B-Proben. Moderne Systeme bieten vordefinierte ISO-527-Prüfprogramme, digitale Extensometer und automatisierte Auswertungen für maximale Reproduzierbarkeit.
Zugprüfmaschinen mit diesen Eigenschaften erfüllen die normativen Vorgaben für ISO 527-1 und ISO 527-2 zuverlässig:
FAQ: Häufige Fragen zur DIN EN ISO 527
Welche Probekörper sollten bevorzugt eingesetzt werden?
Für vergleichbare Ergebnisse empfiehlt die Norm den Einsatz von Typ 1A (spritzgegossen) oder Typ 1B (gefräst). Typ 1A ist in der Regel vorzuziehen, da er stärker standardisiert ist.
Wie genau muss die Dehnung für die Modulbestimmung gemessen werden?
Die Dehnung muss mit einer Genauigkeit von ±1 % über die definierte Modul-Messstrecke erfasst werden. Dafür sind hochpräzise Extensometer oder optische Systeme erforderlich.
Eignet sich der Zugversuch nach ISO 527 für Bauteilbewertungen?
Nur bedingt. Die Ergebnisse dienen primär dem Materialvergleich unter Laborbedingungen, nicht der direkten Auslegung realer Bauteile.
Was unterscheidet ISO 527 von ASTM D638?
Beide Normen prüfen Kunststoffe im Zugversuch, unterscheiden sich aber in Probenform, Prüfgeschwindigkeit und Auswertung. Die Ergebnisse sind deshalb nicht direkt vergleichbar.
