VDI 2019-2016 Testing the adhesion of thermoplastic elastomers (TPE) on substrates.pdf

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1、ICS 25.120.20, 83.080.20 VDI-RICHTLINIEN April 2016 VEREIN DEUTSCHER INGENIEURE Prfung der Haftung von thermoplastischen Elastomeren (TPE) an Substraten Testing the adhesion of thermoplastic elastomers (TPE) on substrates VDI 2019 Ausg. deutsch/englisch Issue German/English Die deutsche Version dies

2、er Richtlinie ist verbindlich. The German version of this standard shall be taken as authori-tative. No guarantee can be given with respect to the English translation. VDI-Gesellschaft Materials Engineering (GME) Fachbereich Kunststofftechnik VDI-Handbuch Kunststofftechnik VDI-Handbuch Werkstofftech

3、nik Vervielfltigungauch fr innerbetrieblicheZweckenichtgestattet/Reproduction even for internalusenotpermittedFrhereAusgabe:VDI2019Blatt1:2014-10Formeredition:VDI2019Part1:2014-10Zu beziehen durch/AvailableatBeuthVerlagGmbH,10772 Berlin AlleRechtevorbehalten/ All rightsreservedVereinDeutscherIngenie

4、uree.V.,Dsseldorf2016Inhalt Seite Contents Page Vorbemerkung . 2 Einleitung . 2 1 Anwendungsbereich . 2 2 Normative Verweise 3 3 Begriffe 3 4 Formelzeichen . 4 5 Prinzip des Prfverfahrens 5 6 Probekrper. 5 6.1 Form und Mae 5 6.2 Probekrper 6 6.3 Anzahl der Probekrper . 6 6.4 Lagerungsbedingungen 6 7

5、 Prfeinrichtungen . 6 7.1 Zugprfmaschine . 6 7.2 Prfschlitten . 7 8 Durchfhrung 8 9 Auswertung der Daten 9 9.1 Schlwiderstand . 9 9.2 Bruchbild . 9 10 Dokumentation der Prfergebnisse 11 Schrifttum 15 Preliminary note . 2 Introduction 2 1 Scope . 2 2 Normative references 3 3 Terms and definitions . 3

6、 4 Symbols . 4 5 Testing principle 5 6 Test specimen . 5 6.1 Form and dimensions . 5 6.2 Test specimen . 6 6.3 Number of test specimens 6 6.4 Storage conditions 6 7 Test equipment 6 7.1 Tensile testing machine 6 7.2 Test trolley . 7 8 Implementation 8 9 Data analysis . 9 9.1 Peel strength . 9 9.2 Fr

7、acture pattern 9 10 Documentation of test results 11 Bibliography . 15 B974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2DEE1E29BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2016-06 2 VDI 2019 Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2016 Vorbeme

8、rkung Der Inhalt dieser Richtlinie ist entstanden unter Beachtung der Vorgaben und Empfehlungen der Richtlinie VDI 1000. Alle Rechte, insbesondere die des Nachdrucks, der Fotokopie, der elektronischen Verwendung und der bersetzung, jeweils auszugsweise oder vollstn-dig, sind vorbehalten. Die Nutzung

9、 dieser Richtlinie ist unter Wahrung des Urheberrechts und unter Beachtung der Li-zenzbedingungen (www.vdi.de/richtlinien), die in den VDI-Merkblttern geregelt sind, mglich. Allen, die ehrenamtlich an der Erarbeitung dieser Richtlinie mitgewirkt haben, sei gedankt. Preliminary note The content of th

10、is standard has been developed in strict accordance with the requirements and rec-ommendations of the standard VDI 1000. All rights are reserved, including those of reprint-ing, reproduction (photocopying, micro copying), storage in data processing systems and translation, either of the full text or

11、 of extracts. The use of this standard without infringement of copyright is permitted subject to the licensing con-ditions (www.vdi.de/richtlinien) specified in the VDI Notices. We wish to express our gratitude to all honorary contributors to this standard. Einleitung Materialkombinationen zum Erzie

12、len spezieller Eigenschaften von Bauteilen mit Kunststoff und deren Anwendungen sind heutzutage zur Selbst-verstndlichkeit geworden. TPE-Verbunde (TPE thermoplastische Elastomere) aus funktio-nalen, optischen, akustischen und haptischen Grnden nehmen einen Groteil dieser Anwen-dungen ein, wobei das

13、Fgeverfahren in den meis-ten Fllen die Spritzgietechnik (Urformen) ist 1; 2. In diesem Zusammenhang gewinnen TPE-Werkstoffe aufgrund ihrer thermoplastischen Ei-genschaft kontinuierlich an Bedeutung. Durch die mittlerweile existierende Vielfalt an TPE-Typen und die Vielzahl an Herstellern ist es schw

14、ierig eine vergleichbare Aussage zur Ver-bundfestigkeit zu erhalten. Demnach ist der Zweck der Richtlinie die Verbundfestigkeit eines TPE und eines Sub-strats einheitlich zu benennen und zu beschrei-ben, die systematische Vorgehensweise bei der Schlprfung zu ermglichen und auf die Erfordernis der Do

15、kumentation hinzu-weisen. Introduction Combinations of materials aimed at achieving spe-cial properties for parts made of synthetics, and the applications of such combinations, are taken for granted nowadays. TPE-composites (TPE ther-moplastic elastomers) produced for functional, visual, acoustic an

16、d tactile reasons are used in a large percentage of these applications, with injec-tion moulding used as the joining method (proto-typing) in the majority of cases 1; 2. Due to their thermoplastic property, TPE materials are gaining steadily in importance in this area. Due to the wide variety of TPE

17、 types encountered nowadays and the large number of manufacturers, it is difficult to reach comparative conclusions regarding the bond strength. Accordingly, the pur-pose of this standard is to define and describe uniformly the bond strength of a TPE and a substrate, to offer a systematic peel testi

18、ng procedure, and to indicate the required documentation. 1 Anwendungsbereich Diese Richtlinie legt ein Prfverfahren fr die Be-urteilung der Haftfestigkeit von TPE auf Substra-ten fest und dient zur Ermittlung des Schlversa-gens (Schlwiderstand). Sie findet Anwendung fr Weichkomponenten vorwiegend i

19、m Shore-A-Hrtebereich. Diese Richtlinie definiert einen Probekrper und nicht das Werkzeug zur Herstellung dieses Probe-krpers. Bei einem Vergleich der ermittelten Er-gebnisse mit Probekrperwerten, die auf unter-1 Scope This standard specifies a test method for assessing the adhesive strength of TPE

20、on substrates, and serves to calculate the peel failure (peel strength). It is mainly applicable to soft components in the Shore A hardness range. This standard defines a test specimen and not the injection moulding tool for the manufacture of this test specimen. A comparison of the measured val-ues

21、 with test specimen, which were produced on B974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2DEE1E29BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2016-06All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2016 VDI 2019 3 schiedlichen Spritzgiewerkzeugen herges

22、tellt wurden, ist dies zu bercksichtigen. different injection moulding tools has to take this into account. 2 Normative Verweise / Normative references Die folgenden zitierten Dokumente sind fr die Anwendung dieser Richtlinie erforderlich: / The following referenced documents are indispen-sable for

23、the application of this standard: DIN EN ISO 291:2008-08 Kunststoffe; Normal-klimate fr Konditionierung und Prfung (ISO 291:2008); Deutsche Fassung EN ISO 291:2008 (Plastics; Standard atmospheres for conditioning and testing (ISO 291:2008); German version EN ISO 291:2008) DIN EN ISO 527-1:2012-06 Ku

24、nststoffe; Bestim-mung der Zugeigenschaften; Teil 1: Allgemeine Grundstze (ISO 527-1:2012); Deutsche Fas-sung EN ISO 527-1:2012 (Plastics; Determina-tion of tensile properties; Part 1: General prin-ciples (ISO 527-1:2012); German version EN ISO 527-1:2012) ISO 6133:2004-05 Standard rubber and plasti

25、cs; Analysis of multi-peak traces obtained in de-termination of tear strength and adhesion strength (ISO 6133:1998) (Elastomere und Kunststoffe; Auswertung der bei Bestimmung der Weiterreifestigkeit und der Haftkraft erhaltenen Vielspitzen-Diagramme (ISO 6133:1998) Anmerkung: In Abweichung zu ISO 61

26、33 knnen auch ande-re Kraftspitzen definiert werden. Die Kraftspitzendefinition sollte in der Auswertung angegeben werden. / Note: In difference to ISO 6133 it is even possible to define other force peaks. The definition of force peaks has to be stated in the documentation. 3 Begriffe Fr die Anwendu

27、ng dieser Richtlinie gelten die folgenden Begriffe: Abzugsgeschwindigkeit Geschwindigkeit, mit der die Zugprfmaschine abzieht Bruchbild Betrachtung der Probekrperoberflche (Bruch-bild) nach der Schlprfung Anmerkung: Die Beurteilung erfolgt nach der in Ab-schnitt 9.2 festgelegten Nomenklatur. Fhrungs

28、schiene Schiene, die auf die untere Einspannung der Zug-prfmaschine befestigt wird, um den Prf-schlitten so zu positionieren, dass der Abzugs-winkel der Weichkomponente 90 betrgt Grenzflche Kontaktflche zwischen S ubstrat und Weich-komponente des Probekrpers Haftung physikalischer Zustand an der Gre

29、nzflche eines TPE-Ver bunds nach dem Fgen Prfschlitten Prfvorrichtung, in die der Probekrper einge-spannt wird, um ihn auf der Zugprfmaschine zu befestigen Anmerkung: Der Prfschlitten wird in Bild 3 in Abschnitt 7.2 dargestellt. 3 Terms and definitions For the purposes of this standard, the followin

30、g terms and definitions apply: peeling speed velocity, which is provided by the tensile testing machine fracture pattern visual evaluation of the test specimens surface (fracture pattern) following the peel test Note: The evaluation is performed in accordance with the terminology specified in Sectio

31、n 9.2. guide rail rail fixed to the lower mounting of the tensile test-ing machine in order to position the test trolley in such a way that the peel angle of the soft component is 90 interface contact surface between the test specimens sub -strate and soft component adhesion physical state of the in

32、terface of a TPE -com-posite after joining test trolley test rig in which the test specimen is clamped in order to attach it to the tensile testing machine Note: The test trolley is shown in Figure 3 in Section 7.2. B974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA

33、2DEE1E29BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2016-06 4 VDI 2019 Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2016 Schlwiderstand Quotient aus der nach ISO 6133 ermittelten Haft-kraft in N und der Grenzflchenbreite b in mm Schlittenweg Strecke, die whrend der Schlprfung vom Pr

34、fschlitten zurcklegt wird Shore-Hrte Kennzahl, die in direkter Beziehung zur Eindring-tiefe eines definierten Stempels steht und vorwie-gend fr Elastomere und gummielastische Polyme-re eingesetzt wird Anmerkung: Sie ist ein Ma fr die Werkstoffhrte. Unter-schieden werden die Verfahren Shore A, C und

35、D. Spannplatten Vorrichtung am Prfschlitten, die zur Ein spann-ung und zur Fixierung des Probekrpers dient Substrat Oberflche, auf die ein Beschichtungsstoff aufge-tragen wird oder aufgetragen werden soll DIN EN ISO 4618 Anmerkung: Material: z. B. Themoplast, Duromer, Metall, Holz, Glas Substratkomp

36、onente Prfplatte des Prfkrpers aus Substraten TPE-Verbund Verbundkrper aus TPE und einer Substrat kom-ponente Anmerkung: Siehe Bild 1 in Abschnitt 6.1. Traversenweg Strecke, die whrend der Schlprfung von der Traverse der Zugprfmaschine zurcklegt wird Umlenkrolle bewegliche Rolle am Prfschlitten, wel

37、che die Weichkomponente whrend der Prfung um einen Winkel von 90 umlenkt Weichkomponente Prfstab des Probekrpers aus TPE peel strength ratio of the adhesion strength, in N, calculated in accordance with ISO 6133, and the specimens width b, in mm distance of the test trolley distance traversed by the

38、 test trolley during the peel test shore hardness indicator, in a direct relation to the penetration depth of a defined stamp and mainly used for elas-tomers and rubber-elastic polymers Note: It is a measure for the material hardness. The methods Shore A, C and D are distinguished is therefore. clam

39、ping plates device on the test trolley that serves to cla mp and secure the test specimen substrate surface to which a coating material is applied or is to be applied DIN EN ISO 4618 Note: material: e.g. thermoplastic, duromer, metal, wood, glass substrate component specimens substrate test plate TP

40、E-composite composite of TPE and a substrate component Note: See Figure 1 in Section 6.1. distance traversed distance traversed by the tensile testing machine during the peel test guide pulley rotating roller on the test trolley that deflects the soft component by an angle of 90 during the test soft

41、 component the specimens TPE test rod 4 Formelzeichen In dieser Richtlinie werden die nachfolgend aufge-fhrten Formelzeichen verwendet: Formel-zeichen Bezeichnung Einheit F Haftkraft N b Grenzflchenbreite mm WSSchlwiderstand N/mm 4 Symbols The following symbols are used throughout this standard: Sym

42、bol Designation Unit F adhesion strength N b specimen width mm WSpeel strength N/mm B974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2DEE1E29BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2016-06All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2016 VDI 2019 5

43、 5 Prinzip des Prfverfahrens Die Weichkomponente wird im Winkel von 90 zu der Grenzflche mit konstanter Geschwindigkeit durch Zug belastet, sodass ein Schlvorgang oder ein Versagen im Material auftritt. Whrend dieses Vorgangs werden die bentigte Kraft und der zu-rck gelegte Schlittenweg oder der Tra

44、versenweg der Zugprfmaschine aufgezeichnet. 5 Testing principle The soft component is subjected to tensile stress at constant velocity, at a 90 angle to the interface, until either the bond or the material fails. The force required and the distance traversed by the tensile testing machine are record

45、ed during this process. 6 Probekrper 6.1 Form und Mae Es ist ein Probekrper wie in Bild 1 dargestellt zu verwenden. Fr TPE mit geringen Shore-Hrten kann die Wanddicke der Weichkomponente auf 3 mm erhht werden. Wird von der Geometrie des Prfkrpers abgewichen, so ist dies in der Auswer-tung anzugeben.

46、 6 Test specimen 6.1 Form and dimensions A test specimen as shown in Figure 1 should be used. In the case of a TPE with a low Shore hard-ness, the soft components wall thickness can be increased to 3 mm. If a different specimen geome-try is used, this should be stated in the analysis. Bild 1. Probek

47、rper 1 Substrat 2 Weichkomponente Figure 1. Test specimen 1 substrate 2 soft component 1 2 b = 20 B974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2DEE1E29BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2016-06 6 VDI 2019 Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e

48、.V., Dsseldorf 2016 6.2 Probekrper 6.2.1 Probekrperherstellung im Spritzgie-verfahren Die Probekrper sind entsprechend den Verarbei-tungshinweisen der Werkstoffhersteller vorzugs-weise im Zwei-Komponenten-Spritzgieverfahren herzustellen. Es empfiehlt sich hierbei als Werk-zeugtechnik die Kernzugtech

49、nik anzuwenden 2. Die Werkzeugoberflche im Bereich des spteren Haftverbunds fr die vorgespritzte Hartkomponen-te sollte eine Oberflchenrauigkeit nach VDI 3400 von 27 bis 30 aufweisen. Die Probekrperherstel-lung ist so zu gestalten, dass im Spritzgieprozess ein konstanter Prozessablauf gewhrleistet ist. Alle Oberflchen der Prfkrper sollten frei von sichtbaren Fehlern w