DE1801923A1

DE1801923A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Pruefung flexibler Werkstoffe

Info

Publication number: DE1801923A1
Application number: DE19681801923
Authority: DE
Inventors: Alan Collier; Pout Christopher Ronald; Ward Denis Sidney
Original assignee: BP PLC
Current assignee: BP PLC
Priority date: 1967-10-10
Filing date: 1968-10-09
Publication date: 1969-05-29
Also published as: GB1245232A; FR1587432A; US3518877A

Description

Köln, den 4.10.1968 Fu/Ax

Britannic House, Moor Lane, London, E.0,2 (England).

Vorrichtung und Verfahren zur Prüfung flexibler Werkstoffe

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und eine Methode zur Prüfung der Flexibilität oder Biegsamkeit von Wachsen, Kunststoffen, Pappe und anderen flexiblen Materialien.

Die Biegsamkeit ist eine wichtige physikalische Eigenschaft. Die Biegsamkeit von mikrokristallinen Wachsen ist besonders wichtig, da dieser Wachstyp vorteilhaft für Überzüge ist, die einer Biegebeanspruchung unterworfen werden können. Es gibt bisher.noch keine genormte Methode, nach der die Biegsamkeit verschiedener Wachse verglichen werden kann, so daß eine Methode erforderlich ist, mit der diese Eigenschaft schnell mit einem annehmbaren Grad von Reproduzierbarkeit ermittelt werden kann. Eine solche Methode und die hierfür verwendete Vorrichtung werden nachstehend beschrieben.

Die Methode beruht auf dem Prizinp, daß eine Probe des Wachses oder sonstigen Materials normalerweise bis zum Bruch unter geregelten Bedingungen gebogen wird, und die Biegsamkeit wird als Zahl der Zyklen des Biegens ausgedrückt, die erforderlioh ist, bis der Bruch oder ein anderer definierter Zustand eintritt. In der Praxis wird

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eine Anzahl von Proben (normalerweise 3) verw^det und der Mittelwert genommen. Die Methode des Biegens,ist wichtig» Die Probe darf nicht an der Stelle.ergriffen werden, an der sie gebogen wird, und sie muß auf einer glatten gekrümmten Oberfläche gebogen werden mit dem Ziel, der Wirkung des Biegens einer Probe ohne Unterlage in der Hand nahezukommen.

Gegenstand der Erfindung ist demgemäß eine Vorrichtung zur Prüfung der Biegsamkeit von Wachsen und anderen plafc 10 stischen Materialien. Die Vorrichtung ist gekennzeichnet durch einen feststehenden Apparateteil, der einen oder mehrere Streifen des zu prüfenden Materials an ihren Enden

-glatten

hält, eine feststehende Führung mit einer/ gekrümmten Ober-

'In

fläche, die den eingespannten Streifen νβΗ/einer Stelle seiner länge berührt, und eine bewegliche Führung, die den eingespannten Streifen an einer Stelle des Endes, an dem er nicht gehalten wird, berührt, wobei die bewegliche Führung in der Lage ist, in einem Bogen in einer Ebene senkrecht zu derjenigen des eingespannten Streifens zu schwingen und hierdurch den Streifen um die feststehende Führung zu biegen.

fc Der Streifen wird vorzugsweise in einer senkrechten Ebene gehalten, und in diesem Fall schwingt die bewegliche Führung in einem Bogen in einer senkrechten Ebene senkrecht zu derjenigen des Streifens. Vorzugsweise sind außerdem zwei feststehende Führungen vorhanden, die vorzugsweise einander gegenüber an den größeren Oberflächen des Streifens angeordnet sind. Weiterhin sind vorzugsweise zwei, bewegliche Führungen vorhanden, die vorzugsweise einander gegenüber an den größeren Oberflächen des Streifens ange- ; ordnet sind. Da die bewegliche Führung oder die beweglichen Führungen den Zweok haben, den Streifen um die feststehende Führung oder die feststehenden Führungen zu / biegen, kann die bewegliche Führung oder können die beweglichen Führungen jede Form haben, die dies ermöglicht·

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Die Erfindung "betrifft ferner eine Methode zur Prüfung der-Flexibilität oder Biegsamkeit von Wachsen und anderen plastischen Materialien. Diese Methode ist dadurch gekennzeichnet, daß man einen oder mehrere Streifen des zu prüfenden Materials an einem Ende einspannt, den Streifen mit Hilfe einer festen Führung mit glatter gekrümmter Oberflache, die so angeordnet ist, daß sie den Streifen an einer Stelle seiner länge berührt, festhält, das nicht eingespannte Ende des Streifens bogenförmig in einer Ebene senkrecht zu derjenigen des Streifens in Schwingung versetzt, so daß der Streifen um die feststehende Führung gebogen wird, und die Schwingung fortsetzt, bis ein bestimmter Zustand des Streifens eintritt«

Der Streifen wird gewöhnlich bis zum Bruch gebogen, und die Zahl der hierfür erforderlichen Zyklen wird notiert· Es ist jedoch auch möglich, insbesondere für Qualitätskontrollen, daß die Probe einer feststehenden Zahl von Biegezyklen unterworfen und dann ihr Zustand visuell oder in anderer Weise geprüft und möglicherweise mit einer Yergleichsprobe verglichen wird· Es ist ferner möglich, die Zahl der Biegezyklen, die für eine Zustandsänderung der Probe erforderlich ist, z.B. für den Eintritt einer Rißbildung oder einer Farbänderung, zu notieren. Diese und andere Variationen, die bei der Durchführung von Prüfmethoden bekannt sind, fallen in den Rahmen der Erfindung .

co Der Streifen wird vorzugsweise mit Hilfe von zwei fest-2" \ stehenden Führungen festgehalten, die vorzugsweise einander gegenüber angeordnet sind. In diesem Fall läßt man n> 30 vorzugsweise das freie Ende des Streifens in einem Bogen _o schwingen, dessen Enden sioh auf gegenüberliegenden Seiten des nicht gebogenen Teils des Streifens befinden. Wenn oo nur eine feststehende Führung an einer Seite des Streifens vorhanden ist, läßt man das freie Ende des Streifens vor- zugsweise nur an der gleichen Seite des Streifens schwin gen, an der sich die Führung befindet.

Es ist wichtig, daß der Streifen bei allen Prüfmethoden gemäß der Erfindung keiner Torsions- oder Zugbeanspru- ·' chung unterworfen wird«,

Die "bewegliche Führung kann beispielsweise veranlasst werden, mit Hilfe eines Motors und eines damit verbundenen Hebelsystems zu schwingen»

Die Variablen, die die Biegsamkeit beeinflussen, sind die Umgebungstemperatur, die Biegegeschwindigkeit und die Biegeamplitude. Je niedriger die Temperatur ist, um so weniger flexibel ist die Probe und um so kleiner die Zahl der Biegezyklen vor dem Bruch» Die Reproduzierbarkeit wird mit steigender Zahl der Zyklen besser, es ist jedoch erwünscht, daß die Prüfung keine lange Zeit beanspruchte Me Biegefrequenz hängt von der Drehzahl des verwendeten Motors abo Da diese nur durch Übersetzungen oder andere außerhalb des Motors selbst angeordnete Mechanismen verändert werden kann, ist dies normalerweise die Variable, deren Änderung am unzweckmäßigsten ist. Die Biegeamplitude kann durch Veränderung der wirksamen Längen des Hebelsystems verändert werden. Wenn ein anderes System für die Übertragung der Bewegung von einer die Bewegung erzeugenden Vorrichtung auf die bewegliche Führung verwendet wird, können die geometrischen Charakteristiken dieses Systems nach Bedarf verändert werden.

Die Biegefreq.uenz und die Biegeamplitude müssen so ge-

to wählt werden, daß die Prüfdauer nicht unzweckmäßig lang

g ist, daß jedoch die Zahl der Zyklen bis zum Bruch oder ·

bis zum Eintritt eines anderen definierten Zustandes so

ro hoch ist, daß die Reproduzierbarkeit -annehmbar ist.

Q 30 eine dieser Variablen zu hoch ist, kann örtliches Erhitzen als Folge der inneren Reibung durch die Bearbei-CD tung der Probe um die Biegestelle eintreten, besonders wenn¹ das Material der Probe ein schlechter Wärmeleiter ist. Dies kann zu Ungenauigkeit führen. Bei Wachsen kann mit einer Temperatur bis 38⁰O₁ einer Biegefrequenz von

—. 5 —

10 "bis 300/Minute und einer Biegeamplitude, die einem Winkel von 20 "bis 180° entspricht, gearbeitet werden.

Unter Berücksichtigung der vorstehenden Faktoren .wurde

^{B &} getriebelosen

festgestellt, daß unter "Verwendung eines/Motors mit 60 TJpM «JNMHi£«ii&ftiL^», der über ein System von Heneln so arbeitet, daß die Biegefrequenz 60/Minute "beträgt und die Schwingamplitude einem Winkel von etwa 70° entspricht, bei Raumtemperatur (für Prüfzwecke gilt 21⁰C als Raumtemperatur) annehmbare Flexibilitätswerte erhalten werden können, die mit etwa + 20^υ/ο reproduzierbar sind.

Die Herstellung des Probestreifens ist wichtig, da sie die Reproduzierbarkeit der erhaltenen Flexibilitätswerte beeinflußt. Beispielsweise hat sich gezeigt, daß die Frage, ob eine Wachsprobe geschnittene oder gegossene Oberflächen hat, eine Variable ist, die die Biegsamkeit beeinflußt. Es wurde ferner festgestellt, daß ein Wachsstreifen mit einer oder mehreren gegossenen Oberflächen eine höhere Biegsamkeit hat als ein Streifen mit geschnittenen Oberflächen, und daß die Biegsamkeit auch mit der Erstarrungszeit des Wachses, d.h. der Zeitdauer zwischen dem Gießen des geschmolzenen Materials und der Herstellung der Probestreifen, variiert. Von der Anmelderin wurden Wachsstreifen nach der nachstehend beschriebenen Methode hergestellt. Natürlich können die Abmessungen, die sowohl für den Block, aus dem die Streifen hergestellt worden sind, als auch für die Streifen selbst angegeben warden, nach Bedarf und Zweckmäßigkeit verändert werden, ο vorausgesetzt, daß stets in der gleichen Weise, d.h. nach

O₀ einer Standardmethode gearbeitet wird.

I^ 30 Geschmolzenes Wachs von etwa 88⁰O wird in Messingschalen ° gegossen, deren Innenflächen amalgamiert sind, damit der oo

-j Wachsblock nach dem Erkalten leicht herausgenommen werden kann. Die Schalen sind auf die gleiche Temperatur wie 'das geschmolzene Wachs vorgewärmt und haben schräge Seitenflächen. Die Abmessungen der verwendeten Schalen sind

76x 51 mm am Boden und 89 χ 64 mm an der Oberkante, und ihre Tiefe beträgt 19 mm. Das Wachs wird der Abkühlung an der luft bei Umgebungstemperatur überlassen, der Wachsblock aus der Schale genommen und unter Verwendung einer Schneidvorrichtung mit einem Schneiddraht längs der kürzeren Dimension des Blocks in 12 S_cheiben von 6,4 mm Dicke geschnitten, Ein Endstück, d.h. eines der Stücke mit schrägen Seiten, und das daran angrenzende Stück mit senkrechten Seiten werden verworfene Die übrigen Scheiben werden dann mit der Schneidvorrichtung in einer Ebene senkrecht zu den senkrechten Seiten durchgeschnitten. Beim letzten Schnitt bleibt das andere Endstück zurück, das verworfen wird. Die Scheiben haben Trapezform und werden so beschnitten, daß ein Streifen pro Scheibe, d.h. insgesamt 9 Streifen von 3,2 mm Dicke, 6,4 mm Breite und 5,1 cm Länge erhalten werden. Durch den ersten Schnitt wird die obere, d„h. kürzere waagerechte Oberfläche des Streifens abgeschnitten und verworfen. Durch den zweiten Schnitt wird der zu prüfende Probestreifen erhalten. Der Rest der Scheibe wird ebenfalls

20 verworfen.

Die Vorrichtung gemäß der Erfindung wird nachstehend in Verbindung mit den Abbildungen beschrieben.

3?ig,1 ist ein senkrechter Schnitt, I¹Ig.2 eine Draufsicht und Fig.3 eine Seitenansicht in einer Ebene senkrecht zu derjenigen von Pig.1_o

Die Probestreifen 1 werden an einem Ende von der Klemme 2 co ergriffen. Diese Klemme besteht aus zwei L-förmigen Teilen J₀ 3 (Fig.2), die umgekehrt mit dem Rücken gegeneinander-an- °° geordnet sind und mit den Schrauben 4, von denen nur eine I^ 30 numeriert ist, im Abstand zueinander gehalten/. Die Proben ο werden zwischen zylindrischen Stäben 5 durchgeführt, die ^ an den oberen Hälften der Proben angeordnet sind und einen solchen Abstand zueinander haben, daß die Stäbe 5 die Proben berühren, sie aber nicht einklemmen. Kurz vor den nicht

—■ 7 —

eingespannten Enden der Proben sind diese zwischen zwei Stäbe 6 geführt, die mit den Stäben 5 identisch sind und den gleichen Abstand haben,

.. Die Enden der Stäbe 6 sind in den Bändern 9 starr befestigt. Die Stäbe 5 werden vom Rahmen 10 gehalten, an dem gleichzeitig die Klemme 2 befestigt ist, und sind durch die Bänder 9 geführt, die um die Enden der Stäbe 5 schwenkbar sind. Die Stäbe 7 und 8 sind durch die Streifen 9 geführt und starr an diesen befestigt, und zwar der Stab 7 über dem Stab 8, so daß die Stäbe 7, 8 und 6 und die Bänder 9 , gemeinsam einen starren Rahmen bilden, der um die Enden der Stäbe 5 schwenkt« Die Stäbe 7 und 8 sind durch den Arm 11 geführt und starr an diesem befestigt. Der Arm 8 hat die Form eines Placheisens. Der Arm 11 befindet sich somit immer in der Ebene des Rahmens 7, 8, 6, 9. Der Arm ist mit einer Anzahl von Löchern versehen. Mit einem dieser Löcher ist er schwenkbar mit dem Arm 12 verbunden. Der Arm 12 ist am Arm 13 angelenkt, der ebenfalls mit einer Anzahl von Löchern versehen ist. An einer Stelle in der Nähe ei res Endes ist der Arm mit dem Rotor 14 eines Elektromotors starr verbunden. Wenn also der Motor läuft, wirken die Arme 11, 12 und 13 so zusammen, daß der Rahmen 7, 8, 6, um die Stäbe 5 geschwenkt wird. Die Amplitude der S_chwin- ι gung wird durch die wirksamen Längen der Arme 13 und 11 eingestellt. Es ist offensichtlich, daß die Proben, die

an ihren Enden von der Klemme 2 ergriffen und darunter von den Stäben 5 festgehalten werden, auf die in Pig.3 darge- ^ stellte Weise um die Stäbe 5 gebogen werden, wobei die ο unteren Enden der Proben einen flachen Bogen beschreiben. to

K) 30 Es ist zu bemerken, daß die Arme 11, 12 und 13 in einer solchen Lage dargestellt sind, daß die unteren Enden der Proben sich in der Nähe einer G-renze des Bogens befinden und daß 3?ig.1 und 2 entsprechend gezeichnet sind.

Die Zahl der Schwingungszyklen wird wie folgt gezählt:

Eine photoelektrische Zelle ist so angebracht, daß normalerweise ein Lichtstrahl auf sie fällt. Jedoch wird einmal ' pro Zyklus der Lichtstrahl duroh das obere (freie) Ende des Arms 13 unterbrochen. Es sind Vorkehrungen getroffen, daß durch diese Unterbrechung ein elektronischer Zähler betätigt wird. Weder die Zelle noch der Zähler sind in den Abbildungen dargestellt.

die Durchführung der Prüfung werden die in der beschriebenen Weise hergestellten Probestreifen in die Klemme 2 so eingesetzt, daß diese ungefähr die oberen 6 mm jedes Streifens ergreift. Die Stäbe 6 sind ganz leicht geschmiert, so daß die Streifen nach dem Bruch durch die Stäbe fallen. Wenn die Streifen in der beschriebenen Weise hergestellt werden, haben sie eine solche Dicke, daß die Stäbe 5 einen Abstand von 3,2 mm haben müssen, damit sie die Probestreifen nur leicht halten. Das gleiche gilt für die beiden Stäbe 6. Die Arme 11, 12 und 13 werden so eingestellt, daß " die gewünschte Schwingamplitude erhalten wird. Die Motordrehzahl wird so eingestellt, daß die gewünschte Schwing.-frequenz erhalten wird. Der Motor wird dann eingeschaltet, wodurch die Proben gebogen werden. Die Zahl der Zyklen, die zum Bruch erforderlich sind, wird durch den Zähler ermittelt. Jede Probe erfordert wahrscheinlich eine andere Zahl von Zyklen bis zum Bruch. Für den Prüfbericht wird der Mittelwert für die Zahl der geprüften Proben genommen. Dieser Mittelwert wird als Biegsamkeit oder Flexibilität

definiert. to

O- m

«o In der folgenden Tabelle 1 sind Beispiele typischer Mes-Kj sungen der Biegsamkeit zusammengestellt. In jeder der neun

^ 30 Gruppen der- angegebenen Werte entspricht jede waagerechte ο Reihe einem Gang der Prüfmaeohine, und jede Gruppe ent- «*j sprioht den neun Probeatreifen, die von einem gegossenen *** Block erhalten wurden. Mit einer gelegentlichen Ausnahme liegen die Werte in jeder Gruppe innerhalb von + 20Jt des Mittelwertes für diese Gruppe. Die Messungen wurden bei

21⁰O mit einer Schwingamplitude von 70 und einer Biegefrequenz von 60/Minute vorgenommen.

B 10

Tabelle	45	1	48	60
54	60	63
58	65	67
Mittelwert 58
145	155	190
200	205	265
130	150	150
Mittelwert 175
210	195	180
205	215	220
230	215	170
Mittelwert 205
240	265	290
200	205	235
265	285	240
Mittelwert 245
360	360	390
445	515	355
415	385	415
Mittelwert 400
420	420	380
520	470	420
•530	475	550
Mittelwert 460
545	565	600
530	465	560
530	530	530
Mittelwert 540

20 E

- ίο -

H 900 850 790

900	730	850
680		800
600		760
Mittelwert	1250
1340	1400
1200	1100
Mittelwert

Die folgende Tabelle 2 zeigt die Biegewerte, die für eine Anzahl von handelsüblichen mikrokristallinen Wachsen im Verhältnis zu ihrer Penetration und ihrem Schmelzpunkt, die nach den ASTM-Methoden D 1321/65 bzw. D 938/60 bestimmt wurden, ermittelt wurden. Die Variablen der Biegeprüfung wa.ren die gleichen wie oben angegebene

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	Penetration, mm/10	A	B	Tabelle 2	D	E	P	G	H	I	J	K	I
	"bei 25⁰C			C									το ;
	Taei 4O⁰C	11	12		17	26	24	25	27	27	8	25
	Schmelzpunkt, ⁰C	57	92	25	90	72	95	88	95	91	21	114
		70,6	78,1	94	78,6	81,8	78	63,9	63	75,4	86	72,2
CD O	Biegsamkeit,			68,6
9822/	Zyklen bei 21⁰C
Ό878		>1000	750		850	460	540	730	>1000	560	60
		300

Claims

- 12--'
P a t en ta n spr ü c he

1.) Vorrichtung zur Prüfung flexibler Werkstoffe, gekennzeichnet durch feststehende Mittel zum Einspannen eines oder mehrerer Streifen des zu prüfenden Werkstoffs an deren Enden, eine feststehende Führung mit glatter, ge~ krümmter Oberfläche, die den eingespannten Streifen an einer Stelle seiner Länge berührt, und eine bewegliche Führung, die den eingespannten Streifen an einer Stelle " des nicht gehaltenen Endes berührt, wobei die bewegliche

Führung in einem Bogen in einer Ebene senkrecht zu der des eingespannten Streifens zu schwingen und diesen um die feststehende Führung zu biegen vermag.

2.) Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch zwei feststehende, vorzugsweise einander gegenüber an den grösseren Oberflächen des Streifens angeordnete zusätz- * liehe Führungen.

3.) Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet

durch zwei bewegliche, vorzugsweise einander gegenüber an den grösseren Oberflächen des Streifens angeordnete zusätzliche Führungen.

4.) Verfahren zur Prüfung flexibler Werkstoffe, insbesondere zur Ermittlung der Biegsamkeit von Wachsen, Kunststoffen oder Pappe, dadurch gekennzeichnet, dass man einen oder mehrere Streifen des zu prüfenden Werkstoffes an einem Ende fest einspannt, den Streifen mittels einer festen Führung mit glatter, gekrümmter Oberfläche, die den

Streifen an einer Stelle seiner Länge berührt, festhält, das nicht eingespannte Ende des Streifens bogenförmig

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in einer Ebene senkrecht zu der des Streifens in Schwingung versetzt und um die feststehende Führung biegt und die Schwingung bis zum Erreichen eines bestimmten Zustandes des Streifens fortsetzt.

5.) Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass man den Streifen bis zum Bruch biegt.

6.) Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass man den Streifen einer bestimmten Zahl von Biegezyklen unterwirft und dann seinen Zustand überprüft.

7·) Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass man die für eine Zustandsänderung des Streifens erforderliche Zahl von Biegezyklen bestimmt.

8.) Verfahren nach Anspruch 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass man den Streifen mittels zweier feststehender, vorzugsweise einander gegenüber angeordneter Führungen festhält.

9.) Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass man das freie Ende des Streifens in einem Bogen, dessen Enden sich auf gegenüberliegenden Seiten des nicht gebogenen Teils des Streifens befinden, schwingen lässt.

lo.) Verfahren nach Anspruch 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass man bei nur einer feststehenden Führung an einer der grösseren Oberflächen des Streifens dessen freies Ende nur auf der Seite, an der sich die Führung befindet, schwingen lässt.

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11.) Verfahren nach Anspruch 4 bis Io, dadurch gekennzeichnet, dass man bei Prüfung von Wachsen bei Temperaturen bis 58⁰C, mit einer Biegefrequenz von Io bis ;5oo pro Minute und einer einem Winkel von 2o bis 180⁰C entsprechenden Biegeamplitude arbeitet«

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