Mechanische Kennwerte wie Zugfestigkeit, Streckspannung, Bruchdehnung und Elastizitätsmodul bilden die Basis nahezu jeder werkstofftechnischen Entscheidung in der Kunststoffverarbeitung – von der Materialauswahl über die Rezepturentwicklung bis zur Wareneingangskontrolle. Der Zugversuch liefert diese Kennwerte in einem einzigen, standardisierten Prüfablauf. Dennoch ist die Methode anspruchsvoller als ihr schlichtes Prinzip vermuten lässt: Probengeometrie, Prüfgeschwindigkeit, Klimatisierung und Auswertealgorithmus beeinflussen das Ergebnis erheblich. Für Ingenieure und Prüftechniker in der Kunststoffbranche ist ein fundiertes Verständnis des Zugversuchs daher unverzichtbar.
Im Unterschied zu metallischen Werkstoffen weisen Kunststoffe ein stark viskoelastisches Materialverhalten auf. Spannungs-Dehnungs-Diagramme von Thermoplasten, Elastomeren oder faserverstärkten Verbunden unterscheiden sich grundlegend voneinander und verlangen nach einer differenzierten Interpretation. Die nachfolgenden Abschnitte erläutern das Messprinzip, die relevanten Normen, typische Prüfkörpergeometrien sowie die wichtigsten Fehlerquellen und Einflussgrößen.
Messprinzip und Spannungs-Dehnungs-Diagramm
Beim Zugversuch wird ein Prüfkörper definierter Geometrie zwischen zwei Einspannbacken einer Universalprüfmaschine fixiert und mit konstanter Traversengeschwindigkeit bis zum Bruch oder bis zu einem definierten Abbruchkriterium belastet. Die Prüfmaschine erfasst kontinuierlich die aufgebrachte Kraft F sowie die Verlängerung ΔL der Messlänge. Aus diesen Rohdaten berechnet die Auswertesoftware die Nennspannung σ = F/A₀ (mit A₀ als ursprünglichem Querschnitt) und die Dehnung ε = ΔL/L₀ (mit L₀ als Ausgangsmesslänge). Das resultierende σ-ε-Diagramm ist das zentrale Auswertedokument.
Je nach Werkstoffklasse zeigt das Diagramm charakteristische Verläufe: Spröde Kunststoffe wie unmodifiziertes Polystyrol brechen ohne ausgeprägte plastische Verformung. Zähe Thermoplaste wie Polyamid oder Polyethylen zeigen eine Streckgrenze mit anschließendem Kaltfluss. Elastomere weisen einen stark nichtlinearen, hyperelastischen Anstieg auf. Der Elastizitätsmodul E wird aus dem linearen Anfangsbereich der Kurve als Sekantenmodul oder über eine Regressionsauswertung bestimmt. Für Kunststoffe ist dabei die Sekantenmodulberechnung zwischen zwei definierten Dehnungswerten – beispielsweise 0,05 % und 0,25 % gemäß ISO 527 – üblich.
Normative Grundlagen: ISO 527 und ASTM D638 im Vergleich
Die maßgebliche internationale Norm für den Zugversuch an Kunststoffen ist die ISO 527 in ihrer fünfteiligen Reihe. Teil 1 legt allgemeine Grundsätze fest, Teil 2 definiert die Prüfbedingungen für Form- und Extrusionsmassen, Teil 3 gilt für Folien und Tafeln, Teil 4 für isotrope und anisotrope faserverstärkte Verbundwerkstoffe und Teil 5 für unidirektional faserverstärkte Verbunde. Für den Spritzguss- und Compoundierbereich ist ISO 527-1/-2 die tägliche Prüfreferenz.
