Metode de încercare la tracțiune pentru polimeri. Testarea polimerilor. Proprietățile mecanice ale polimerilor în stare amorfă

Metode de testare pentru materiale polimerice

Încercări mecanice. Teste de duritate. Teste de rezistență la impact. Teste termice. Teste electrice. Teste optice. Teste fizice. Teste reologice. Teste de inflamabilitate.

Încercări mecanice

1. Rezistență, deformare și modul de tracțiune ISO R527 (DIN 53455, DIN 53457, ASTM D638M)

Înțelegerea proprietăților unui material se bazează pe modul în care acesta răspunde la orice sarcină. Cunoscând cantitatea de deformare creată de o sarcină dată (stres), proiectantul poate prezice răspunsul unui anumit produs la condițiile sale de funcționare. Relațiile de tracțiune și deformare sunt cele mai publicate proprietăți mecanice pentru a compara materiale sau pentru a proiecta produse specifice.

Amenajarea laboratorului pentru teste mecanice

Viteze de testare:
Viteza A - 1 mm / min - modul de tracțiune.
Viteza B - 5 mm/min - Diagrama tensiunii de tracțiune pentru rășini umplute cu fibră de sticlă.
Viteza C - 50 mm/min - Diagrama tensiunii de tracțiune pentru rășini fără umplutură.

Relațiile efort de tracțiune-deformare sunt determinate după cum urmează. Proba, sub forma unei palete duble, este întinsă cu o viteză constantă și se înregistrează sarcina aplicată și alungirea. După aceea, tensiunile și deformațiile sunt calculate:

Piesă de testare universală ISO R527

Diagrama de stres
R: Limită proporțională.
B: Punct de curgere.
C: Rezistenta la tractiune.
X: Distrugere.
0-A: zona limită de curgere, proprietăți elastice.
După A: Proprietăți plastice.

2. Rezistența la încovoiere și modulul ISO 178 (DIN 53452, ASTM D790)

Instalație de testare la îndoire de ultimă generație: „Flexometru”

Rezistența la încovoiere este o măsură a cât de bine rezistă un material la îndoire sau „cât de rigid este materialul”. Spre deosebire de încărcarea la tracțiune, în încercările de încovoiere, toate forțele acționează într-o singură direcție. O bară obișnuită, susținută liber este încărcată în mijlocul travei: aceasta creează o încărcare în trei puncte. Pe o mașină de testare standard, vârful de încărcare presează proba cu o viteză constantă de 2 mm / min.

Pentru a calcula modulul de elasticitate la încovoiere, din datele înregistrate este trasată o curbă de deformare în funcție de sarcină. Pornind de la porțiunea liniară inițială a curbei, utilizați minimum cinci valori de sarcină și deformare.

Modulul de flexiune (raportul dintre efort și deformare) este cel mai adesea menționat când se face referire la proprietăți elastice. Modulul de încovoiere este echivalent cu panta unei linii tangente la curba efort/deformare în porțiunea acestei curbe în care materialul plastic nu s-a deformat încă.

Valorile tensiunilor și modulului de încovoiere sunt măsurate în MPa.

Teste de încovoiere

3. Teste de rezistență la uzură pe o mașină Taber ISO 3537 (DIN 52347, ASTM D1044)

Teste de anduranță pe o mașină Taber

Aceste teste măsoară pierderea prin abraziune prin abraziunea probei pe o mașină Taber. Proba este fixată pe un disc care se rotește la 60 rpm. Forțele generate de greutăți presează roțile abrazive pe eșantion. După numărul specificat de cicluri, testul este încheiat. Pierderea prin abraziune este definită ca masa de particule care au fost îndepărtate din probă: această masă este exprimată în mg / 1000 de cicluri. Roțile abrazive sunt de fapt pietre de șlefuit de formă rotundă. Sunt utilizate diferite tipuri de aceste cercuri.

4. Compararea metodelor ISO (International Organization for Standardization) și ASTM (American Society for Testing Materials).

Aplicarea metodei ISO nu numai că modifică condițiile de testare și dimensiunile dornului de testare (comparativ cu metoda ASTM), dar necesită și modele de matrițe standardizate și condiții de formare în conformitate cu ISO 294. Acest lucru poate duce la diferențe în valorile publicate - nu se datorează la o modificare a proprietăților materialului, dar datorită unei modificări a metodei de testare. Conform metodei ASTM, piesa de testare are o grosime de 3 mm, în timp ce ISO a selectat mostre cu o grosime de 4 mm.

Teste de duritate

1. Comparația durității conform Brinell, Rockwell și Shore

Raportul scalei de duritate

Testul Rockwell determină duritatea materialelor plastice după recuperarea elastică a deformării unei probe în timpul testării. Aceasta este diferența dintre această metodă și testele de duritate Brinell și Shore: în aceste încercări duritatea este determinată de adâncimea de penetrare sub sarcină și, prin urmare, exclude orice recuperare elastică a deformării materialului. Prin urmare, valorile Rockwell nu pot fi corelate direct cu valorile durității Brinell sau Shore.

Intervalele Shore A și D pot fi comparate cu intervalele de duritate a indentării Brinell. Cu toate acestea, nu există o corelație liniară.

2. Duritate Brinell ISO 2039-1 (DIN 53456)

Determinarea durității Brinell

O bilă de oțel întărit lustruit cu diametrul de 5 mm este presată în suprafața epruvetei (nu mai puțin de 4 mm grosime) cu o forță de 358 N. Adâncimea de indentare se măsoară la 30 s după aplicarea sarcinii. Duritatea Brinell H 358/30 este calculată ca „sarcina aplicată” împărțită la „aria suprafeței indentării”.

Rezultatul este exprimat în N / mm2.

3. Duritatea Rockwell ISO 2039-2

Determinarea durității Rockwell

Numărul durității Rockwell se referă direct la duritatea imprimării pe plastic: cu cât este mai mare numărul, cu atât materialul este mai dur. Datorită ușoarei suprapuneri a scalelor de duritate Rockwell pentru același material, puteți obține două numere diferite pe două scale diferite și ambele aceste numere pot fi corecte din punct de vedere tehnic.

Indentatorul, care este o bilă de oțel întărit lustruit, este presat pe suprafața probei de testat. Diametrul mingii depinde de scara Rockwell utilizată. Proba este încărcată cu „încărcare ușoară”, apoi cu „sarcină principală”, apoi din nou cu aceeași „sarcină ușoară”. Măsurarea reală se bazează pe adâncimea totală de penetrare, care este calculată ca adâncimea totală după ce sarcina principală este îndepărtată minus recuperarea arcului după ce sarcina principală este îndepărtată și minus adâncimea de penetrare la sarcină ușoară. Numărul durității Rockwell este calculat ca „130 minus adâncimea de penetrare în unități de 0,002 mm”.

Tester portabil de duritate Rockwell de laborator Tester de duritate Rockwell

Numerele durității Rockwell ar trebui să fie între 50 și 115. Valorile în afara acestor limite sunt considerate inexacte: măsurarea trebuie repetată folosind următoarea scară mai grea. Cântarul crește în duritate de la R la L la M (cu creșterea durității materialului). Sarcinile și diametrele indentatoarelor sunt prezentate mai detaliat în tabel.

Scala de duritate	Diametrul bilei de indentor Rockwell, mm
R	98,07	588,4	12,7
L	98,07	588,4	6,35
M	98,07	980,7	6,35

Dacă un material mai moale necesită o scară mai puțin rigidă decât scara R, atunci testul de duritate Rockwell nu este potrivit. Apoi poate fi utilizată metoda de testare a durității Shore (ISO 868), care este utilizată pentru materiale cu modul redus.

4. Duritate Shore ISO 868 (DIN 53505, ASTM D2240)

Determinarea durității Shore

Valorile durității Shore sunt citirile la scară obținute prin pătrunderea unei anumite bare de oțel în plastic. Această duritate este determinată de două tipuri de scleroscoape, ambele având arcuri calibrate pentru a aplica o sarcină pe indentor. Scleroscopul A este folosit pentru materiale mai moi și scleroscopul D pentru materiale mai dure.

Indentatoare cu scleroscop

Valorile durității Shore variază:
de la 10 la 90 pentru scleroscopul Shore tip A - materiale moi,
de la 20 la 90 pentru un scleroscop Shore D - materiale dure.
Dacă valorile măsurate sunt > 90A, materialul este prea dur și trebuie folosit scleroscopul D.
Dacă valorile măsurate<20D, то материал слишком мягок, и должен применяться склероскоп А.

Nu există o relație simplă între duritatea măsurată cu această metodă de testare și alte proprietăți de bază ale materialului testat.

Teste de impact

1. Conceptul de rezistență la impact

În testele standard, cum ar fi încercările de tracțiune și încovoiere, materialul absoarbe energie lent. În realitate, materialele de foarte multe ori absorb rapid energia forței aplicate, de exemplu, forțele din căderea obiectelor, impacturi, ciocniri, căderi etc. Scopul testelor de impact este de a simula astfel de condiții.

Metodele Izod și Charpy sunt utilizate pentru a studia proprietățile anumitor specimene sub solicitări de șoc specificate și pentru a evalua fragilitatea sau rezistența la impact a specimenelor. Rezultatele testelor din aceste metode nu trebuie utilizate ca sursă de date pentru calculele de proiectare a componentelor. Informații despre proprietățile tipice ale materialului pot fi obținute prin testarea diferitelor tipuri de piese de testare pregătite în diferite condiții, cu o modificare a razei crestăturii și a temperaturii de testare.

Ambele metode sunt testate pe un șofer cu impact pendul. Eșantionul este strâns într-o menghină, iar un driver pendul cu o suprafață de impact din oțel călit de o anumită rază este eliberat de la o înălțime dată, ceea ce provoacă forfecarea probei de la o sarcină ascuțită. Energia reziduală a șoferului cu impact pendul îl ridică. Diferența dintre înălțimea căderii și înălțimea căderii determină energia cheltuită pentru a sparge piesa de testare. Aceste teste pot fi efectuate la temperatura camerei sau la temperaturi reduse pentru a determina fragilitatea la rece. Piesele de testare pot fi diferite în ceea ce privește tipul și dimensiunea crestăturilor.

Rezultatele testului de cădere de greutate, cum ar fi metoda Gardner sau placa îndoită, depind de geometria greutății de cădere și a suportului. Ele pot fi folosite doar pentru a determina clasarea relativă a materialelor. Rezultatele testelor de impact nu pot fi considerate absolute decât dacă geometria echipamentului de testare și a specimenului îndeplinește cerințele de utilizare finală. Se poate aștepta ca clasarea relativă a materialelor pentru cele două metode de testare să fie aceeași dacă natura ruperii și viteza de impact sunt aceleași.

2. Interpretarea rezultatelor testelor de impact - Compararea metodelor ISO și ASTM

Performanța la impact poate depinde foarte mult de grosimea probei și de orientarea moleculară. Diferitele grosimi ale probelor utilizate în metodele ISO și ASTM pot avea un efect foarte semnificativ asupra valorilor rezistenței la impact. Schimbarea grosimii de la 3 mm la 4 mm poate duce chiar la o tranziție de la comportamentul la rupere ductil la fragil datorită influenței masei moleculare și grosimii probei crestate folosind metoda Izod, așa cum s-a demonstrat pentru rășinile de policarbonat. Materialele care prezintă deja fracturi fragile la o grosime de 3 mm, de exemplu, materialele cu umpluturi minerale și din fibră de sticlă, nu sunt afectate de o modificare a grosimii probei. Materialele cu aditivi modificatori care măresc rezistența la impact au aceleași proprietăți.

Influența grosimii și greutății moleculare a unei probe crestate asupra rezultatelor testelor de impact ale rășinilor de policarbonat conform Izod

Trebuie să se înțeleagă clar că:
Nu materialele s-au schimbat, ci doar metodele de testare;

Trecerea menționată mai sus de la fractura ductilă la cea fragilă joacă un rol nesemnificativ în realitate: majoritatea covârșitoare a produselor proiectate au o grosime de 3 mm sau mai puțin.

3. Rezistenta la impact conform Izod ISO 180 (ASTM D256)

Instrument de laborator pentru rezistența la impact Izod

Testarea la impact Izod a specimenelor crestate a devenit metoda standard pentru compararea rezistenței la impact a materialelor plastice. Cu toate acestea, rezultatele acestei metode de testare au puțin de-a face cu răspunsul la impact al unui articol turnat într-un mediu real. Datorită sensibilității diferite ale materialelor, această metodă de testare permite respingerea unor materiale. În timp ce rezultatele acestor teste au fost adesea solicitate ca măsuri semnificative ale rezistenței la impact, aceste teste tind să măsoare mai degrabă sensibilitatea crestăturii unui material decât capacitatea plasticului de a rezista la impact.

Rezultatele acestor teste sunt utilizate pe scară largă ca referință pentru compararea rezistenței la impact a materialelor. Testele de impact Izod crestate sunt cel mai bine utilizate pentru a determina rezistența la impact a produselor cu multe unghiuri ascuțite, cum ar fi nervuri, pereți care se intersectează și alte puncte de stres. În încercările de impact Izod ale specimenelor necrestate, se aplică aceeași geometrie de încărcare, cu excepția faptului că specimenul nu are crestătură (sau este prins într-un menghină în poziție inversată). Testele de acest tip dau întotdeauna rezultate mai bune decât testele cu specimenele Izod crestate datorită absenței unui loc de concentrare a tensiunilor.

Rezistența la impact Izod a specimenelor crestate este energia de impact cheltuită pentru a rupe specimenul crestat împărțită la aria secțiunii transversale inițiale a specimenului la locul crestat. Această rezistență este exprimată în kilojuli pe metru pătrat: kJ / m2. Eșantionul este prins vertical în menghina unui șofer cu impact.

Denumirile ISO reflectă tipul specimenului și tipul crestăturii:
ISO 180 / 1A desemnează tipul de eșantion 1 și tipul de crestătură A. După cum se poate vedea în figura de mai jos, tipul de specimen 1 are 80 mm lungime, 10 mm înălțime și 4 mm grosime.
ISO 180 / 1O desemnează același specimen 1, dar prins cu capul în jos (denumit „netăiat”).
Probele utilizate prin metoda ASTM au dimensiuni similare: aceeași rază de rotunjire la baza crestăturii și aceeași înălțime, dar diferă în lungime - 63,5 mm și, mai important, în grosime - 3,2 mm.

Rezultatele testelor ISO sunt definite ca energia de impact, în jouli, consumată pentru a sparge piesa de testare împărțită la aria secțiunii transversale a piesei de testare la crestătură. Rezultatul este exprimat în coljouli pe metru pătrat: kJ / m2.

Rezultatele testelor ASTM sunt definite ca energia de impact în jouli împărțită la lungimea crestăturii (adică, grosimea probei). Ele sunt exprimate în jouli pe metru: J/m. Factorul de conversie practic este 10: i.e. 100 J / m este egal cu aproximativ 10 kJ / m2.

Grosimile diferite ale epruvetelor pot avea ca rezultat interpretări diferite ale „rezistenței la impact”, așa cum se arată separat.

Eșantioane pentru măsurarea rezistenței la impact

Metoda de măsurare a rezistenței la impact Izod

4. Rezistența la impact conform Charpy ISO 179 (ASTM D256)

Tester de rezistență Charpy

Principala diferență dintre metodele Charpy și Izod este modul în care este instalată proba de testare. În testul Charpy, eșantionul nu este prins, ci este așezat liber pe un suport în poziție orizontală.

Denumirile ISO reflectă tipul specimenului și tipul crestăturii:
ISO 179 / 1C desemnează tipul de specimen 2 și tipul de crestătură CI;
ISO 179 / 2D desemnează un specimen de tip 2, dar nu tăiat.

Metoda de măsurare a impactului Charpy

Probele utilizate conform DIN 53453 sunt de dimensiuni similare. Rezultatele atât pentru metodele ISO, cât și pentru DIN sunt definite ca energia de impact în jouli absorbită de piesa de testare împărțită la aria secțiunii transversale a piesei de testare la crestătură. Aceste rezultate sunt exprimate în kilojuli pe metru pătrat: kJ / m2.

Teste termice

1. Rezistenta la caldura conform Vicat ISO 306 (DIN 53460, ASTM D1525)

Tester de rezistență termică Vicat

Aceste teste dau temperatura la care plasticul incepe sa se inmoaie rapid. Un ac rotund cu capăt plat, cu o suprafață a secțiunii transversale de 1 mm², este introdus în suprafața epruvetei de plastic sub o anumită sarcină și temperatura este crescută într-un ritm uniform. Rezistența la căldură Vicat (VST - Vicat Softening Temperature) este temperatura la care penetrarea atinge 1 mm.

Determinarea rezistenței la căldură Vicat

Standardul ISO 306 descrie două metode:
Metoda A - sarcina 10 N;
Metoda B - sarcina 50 N.
... cu două rate posibile de creștere a temperaturii:

50 ° C / oră;
120 ° C / oră.
Rezultatele testelor ISO sunt indicate ca A50, A120, B50 sau B120. Ansamblul de testare este scufundat într-o baie de încălzire cu o temperatură inițială de 23 ° C. După 5 minute, aplicați o sarcină de 10 sau 50 N. Temperatura băii la care vârful indentatorului pătrunde 1 + 0,01 mm este înregistrată ca temperatura Vicat a materialului la sarcina și rata de creștere a temperaturii selectate.

2. Interpretarea comparației caracteristicilor termice ale metodelor ISO și ASTM

Unele diferențe pot fi găsite în rezultatele ISO publicate în comparație cu standardele ASTM din cauza dimensiunilor diferite ale pieselor de testare: valorile deflexiunii termice măsurate conform metodelor ISO pot fi mai mici.

3. Rezistența la căldură la deformare și rezistența la căldură la deformare sub sarcină ISO 75 (DIN 53461, ASTM D648)

Rezistența la deviație la căldură este o măsură relativă a capacității unui material de a rezista la o sarcină pentru o perioadă scurtă de timp la temperaturi ridicate. În aceste teste, se măsoară efectul temperaturii asupra rigidității: anumite tensiuni de suprafață sunt aplicate unei piese de testare standard și temperatura este crescută într-un ritm uniform.

Probele utilizate în teste sunt fie recoapte, fie necoacete. Călirea este un proces în care o probă este încălzită la o anumită temperatură, ținută la ea pentru un timp, apoi redusă treptat la temperatura ambiantă. Astfel de acțiuni permit reducerea sau îndepărtarea completă a tensiunilor interne din corpul probei, care au apărut, de exemplu, în momentul polimerizării accelerate într-o mașină de turnat prin injecție.

Pentru standardele ISO și ASTM, piesa de testare încărcată este scufundată într-o baie de încălzire umplută cu ulei de silicon.

Tensiunile de suprafață ale probei sunt:

Scăzut - pentru metodele ISO și ASTM - 0,45 MPa;
Ridicat - pentru metoda ISO - 1,80 MPa, iar pentru metoda ASTM - 1,82 MPa.
Forța este permisă timp de 5 minute, dar această perioadă de reținere poate fi omisă dacă materialele de testat nu prezintă un fluaj apreciabil în primele 5 minute. După 5 minute, temperatura inițială a băii de 23 ° C crește cu o rată uniformă de 2 ° C / min.

Deformarea probei de testat este monitorizată continuu:

temperatura la care deformarea atinge 0,32 mm (ISO) și 0,25 mm (ASTM) este înregistrată ca „deformare termică sub sarcină” sau pur și simplu „temperatura de deformare a căldurii” (temperatura de deformare a căldurii).

Deși nu sunt menționate în ambele standarde de testare, sunt utilizate în mod obișnuit două abrevieri:

DTUL- Rezistenta la deformare termica sub sarcina
HDT- Rezistența la căldură la deformare sau rezistența la căldură la încovoiere

Determinarea rezistenței la căldură la deformare

În practica generală, abrevierea DTIL este folosită pentru rezultatele ASTM și HDT este folosită pentru rezultatele ISO.
În funcție de tensiunea de suprafață creată, literele A sau B sunt adăugate la abrevierea HDT:

HDT/A pentru o sarcină de 1,80 MPa
HDT/B pentru o sarcină de 0,45 MPa

4. Rezistența la căldură la deformare (HDT) și materiale plastice amorfe și semicristaline

Pentru polimerii amorfi, valorile HDT coincid aproximativ cu temperatura de tranziție sticloasă Tg a materialului.

Deoarece polimerii amorfi nu au un punct de topire specific, ei sunt prelucrați în starea lor extrem de elastică la temperaturi peste Tg.

Polimerii cristalini pot avea valori HDT scăzute și au totuși utilitate constructivă la temperaturi mai ridicate: metoda HDT este mai reproductibilă cu materiale plastice amorfe decât cu cele cristaline. Unii polimeri pot necesita revenirea (recoacerea) probelor de testat pentru a obține rezultate fiabile.

Când se adaugă fibre de sticlă la un polimer, modulul acestuia crește. Deoarece HDT este temperatura la care un material are un modul specific, creșterea modulului crește și valoarea HDT. Fibra de sticlă are un efect mai mare asupra HDT a polimerilor cristalini în comparație cu polimerii amorfi.

Deși sunt utilizate pe scară largă pentru a indica performanța la temperaturi ridicate, testele HDT simulează doar o gamă restrânsă de condiții. În multe aplicații cu temperaturi ridicate, produsele funcționează la temperaturi mai ridicate, sarcini mai mari și fără suporturi. Prin urmare, rezultatele obținute cu această metodă de testare nu reprezintă temperatura maximă de aplicare, deoarece în realitate factori semnificativi precum timpul, sarcina și tensiunile nominale de suprafață pot diferi de condițiile de testare.

5. EC335-1 indentare bilă

Acestea sunt teste de rezistență la căldură similare testului Vicat. Proba se așează orizontal pe un suport din camera de încălzire și se presează în ea o bilă de 5 mm diametru cu o forță de 20 N. După o oră, bila este îndepărtată, proba este răcită în apă timp de 10 secunde și se măsoară amprenta lăsată de minge. Dacă diametrul de indentare este mai mic de 2 mm, se consideră că materialul a trecut testul de adâncire a bilei la acea temperatură.

Test de indentare cu minge

În funcție de aplicație, temperatura de testare poate varia:
75 ° C pentru piesele deconectate,
125 ° C pentru piese sub tensiune.

6. Conductivitate termică ASTM C 177

Proprietățile de izolare termică ale materialelor plastice sunt determinate prin măsurarea conductibilității termice. Plăci largi de plastic sunt instalate pe ambele părți ale unei plăci mici încălzite, iar radiatoarele sunt atașate de suprafețele libere ale plăcilor. Izolatoarele termice situate în jurul camerei de testare previn pierderea radială de căldură. Fluxul de căldură axial prin plăcile de plastic poate fi apoi măsurat. Rezultatele sunt raportate în W/m°C.

7. Indice de conductivitate termică relativă, RTI UL 746B

Denumit anterior Temperatură de utilizare continuă (CUTR), indicele de temperatură relativă (RTI) este temperatura maximă de serviciu la care toate proprietățile critice ale materialului rămân în limite acceptabile pentru o perioadă lungă de timp.

Conform UL 746B, unui material i se pot atribui trei RTI independente:

Electrice - prin măsurarea rigidității dielectrice.
Impact mecanic - prin măsurarea rezistenței la impact la tracțiune.
Mecanic fără șoc - prin măsurarea rezistenței la tracțiune.
Aceste trei proprietăți au fost selectate ca performanțe critice în teste datorită sensibilității lor la temperaturi ridicate în utilizare.

Performanța termică a materialului este testată pe o perioadă lungă de timp în comparație cu un al doilea material de control pentru care RTI a fost deja determinat și care a demonstrat performanțe bune.

Pe baza termenului „indice de temperatură relativă”, materialul de control este utilizat deoarece performanța se deteriorează odată cu creșterea temperaturii, sensibilitatea inerentă inerentă la variabilele programului de testare în sine. Materialul de control este influențat de aceleași combinații specifice ale acestor factori în timpul testului, ceea ce oferă o bază de încredere pentru compararea cu materialul de testat.

În mod ideal, performanța termică măsurată pe o perioadă lungă de timp ar putea fi evaluată prin îmbătrânirea materialului de testat la temperatură normală pentru o perioadă lungă de timp. Cu toate acestea, acest lucru nu este practic pentru majoritatea aplicațiilor. Prin urmare, îmbătrânirea accelerată are loc la temperaturi semnificativ mai ridicate. În timpul procesului de îmbătrânire, probele din materialele de testare și de control sunt introduse în cuptoare, care sunt menținute la o temperatură constantă predeterminată. Probele de materiale de testare și de control sunt îndepărtate la momente specificate și apoi testate pentru a menține proprietățile de bază. Măsurând aceste trei proprietăți în funcție de timp și temperatură, „sfârșitul vieții” poate fi calculat matematic pentru fiecare temperatură. Acest „sfârșit de viață” este definit ca timpul necesar pentru ca un material să se degradeze cu 50% față de linia de bază. Prin înlocuirea datelor de testare în ecuația Arrhenius, poate fi determinată temperatura maximă la care materialul de testat va avea o durată de viață satisfăcătoare. Această temperatură de proiectare este RTI pentru fiecare proprietate a materialului.

Înțelegerea metodologiei de determinare a indicelui RTI permite proiectantului să utilizeze acest indice pentru a prezice modul în care piesele formate dintr-un anumit material vor funcționa în utilizare reală atunci când sunt expuse la temperaturi ridicate.

8. Coeficientul de dilatare termică liniară ASTM D696, DIN 53752

Fiecare material se extinde atunci când este încălzit. Piesele din rășină turnate prin injecție se extind și se redimensionează proporțional cu creșterea temperaturii. Pentru a estima această extindere, proiectanții folosesc Expansiunea termică liniară (CLTE), care măsoară modificările în lungime, lățime și grosime a unei piese turnate. Polimerii amorfi diferă în general în ratele constante de expansiune în intervalul lor de temperatură practic utilizabil. Polimerii cristalini prezintă în general rate crescute de expansiune la temperaturi peste temperatura lor de tranziție sticloasă.

Adăugarea de umpluturi anizotrope afectează semnificativ raportul CLTE al polimerului. Fibrele de sticlă sunt de obicei orientate în direcția frontului de curgere: atunci când polimerul este încălzit, fibrele împiedică expansiunea de-a lungul axei lor și reduc coeficientul CLTE. În direcții perpendiculare pe direcția curgerii și pe grosime, coeficientul CLTE va fi mai mare.

Polimerii pot fi formulați cu coeficienți CLTE de dilatare termică pentru metale sau alte materiale utilizate în structuri compozite, cum ar fi piesele de automobile.

Teste electrice

1. Rigiditate dielectrică IEC 243-1

Configurație de laborator pentru măsurarea rigidității dielectrice

Rigiditatea dielectrică reflectă rezistența dielectrică a materialelor izolatoare la diferite frecvențe de alimentare (de la 48 Hz la 62 Hz) sau este o măsură a rezistenței la rupere a unui material dielectric sub o tensiune aplicată. Tensiunea aplicată chiar înainte de defecțiune este împărțită la grosimea probei pentru a obține rezultatul în kV / mm.

Mediul poate fi aer sau ulei. Dependența de grosime poate fi semnificativă și, prin urmare, toate rezultatele sunt înregistrate la o anumită grosime a probei.

Mulți factori afectează rezultatele:

Grosimea, uniformitatea și conținutul de umiditate al piesei de testare;
Dimensiunile și conductivitatea termică a electrozilor de testare;
Frecvența și forma de undă a tensiunii aplicate;
Temperatura, presiunea și umiditatea mediului ambiant;
Caracteristicile electrice și termice ale mediului.
2. Rezistivitatea suprafeței IEC 93 (ASTM D257)

Când plasticul izolator este sub tensiune, o parte din curentul total circulă de-a lungul suprafeței plasticului dacă există un alt conductor sau un fir de împământare conectat la acel produs. Rezistivitatea suprafeței este o măsură a capacității de a rezista acestui curent de suprafață.

Se măsoară ca rezistență atunci când un curent continuu curge între electrozii montați pe o suprafață de lățime unitară cu distanță unitară între ei. Această rezistență este măsurată în ohmi, uneori numită „ohmi pe pătrat”.

3. Rezistivitate de volum IEC 93 (ASTM D257)

Când un potențial electric este aplicat peste izolator, fluxul de curent va fi limitat de proprietățile de rezistență ale materialului. Rezistivitatea volumului este rezistența electrică atunci când o tensiune electrică este aplicată pe fețele opuse ale unui cub unitar.

Măsurat în Ohm * cm. Rezistivitatea volumului este influențată de condițiile de mediu care acționează asupra materialului. Se modifică invers cu schimbările de temperatură și scade ușor într-un mediu umed. Materialele cu o rezistivitate de volum mai mare de 108 Ohm * cm sunt considerate izolatoare. Conductoarele parțiale au valori de rezistivitate de volum de la 103 la 108 Ohm * cm.

4. Constanta dielectrica relativa IEC 250

După cum se precizează în IEC 250, „constanta dielectrică relativă a unui material izolator este raportul dintre capacitatea unui condensator, în care spațiul dintre și în jurul electrozilor este umplut cu material izolator, și capacitatea unui condensator cu același electrod. configurație în vid.”

În aplicațiile dielectrice de curent alternativ, sunt necesare o rezistivitate bună și o disipare scăzută a energiei. Disiparea energiei electrice are ca rezultat ineficiența funcționării componentelor electronice și determină o creștere a temperaturii piesei din plastic, care servește ca dielectric. Într-un dielectric ideal, de exemplu, în vid, nu există pierderi de energie pentru mișcarea dipolului moleculelor. În materialele solide, cum ar fi materialele plastice, mișcarea dipolului devine unul dintre factorii de influență. O măsură a acestei ineficiențe este constanta dielectrică relativă (numită anterior constantă dielectrică).

Este un coeficient adimensional obținut prin împărțirea capacității paralele a unui sistem cu un element dielectric plastic la capacitatea unui sistem cu vid ca dielectric. Cu cât acest număr este mai mic, cu atât este mai bună performanța materialului ca izolator.

5. Factorul de disipare IEC 250

După cum se precizează în standardul IEC 250, „unghiul de pierdere dielectrică a unui material izolator este unghiul cu care diferența de fază dintre tensiunea aplicată și curentul recepționat deviază de la Pi / 2 radiani atunci când dielectricul condensatorului este format numai din materialul dielectric sub încercare. a materialului izolator este tangenta de pierderi d”.

Într-un dielectric ideal, curbele de tensiune și curent sunt defazate cu exact 90 °. Atunci când dielectricul devine mai puțin de 100% eficient, forma de undă a curentului începe să rămână în urma tensiunii în proporție directă. Cantitatea de formă de undă de curent care deviază de la 90 ° defazată cu tensiunea este definită ca „unghiul de pierdere dielectrică”. Tangenta acestui unghi se numește „tangentă de pierdere” sau „factor de disipare”.

Factorul de disipare scăzut este foarte important pentru izolatoarele din plastic în aplicații de înaltă frecvență, cum ar fi echipamentele radar și piesele expuse la expunerea la microunde: valorile mai mici corespund unor materiale dielectrice mai bune. Un factor de disipare ridicat este esențial pentru performanța sudării.

Constanta dielectrică relativă și factorul de disipare sunt măsurate pe același echipament de testare. Rezultatele testelor obținute depind în mare măsură de temperatură, conținut de umiditate, frecvență și tensiune.

6. Rezistenta la arc ASTM D495

În cazurile în care curentul electric este lăsat să treacă prin suprafața izolatorului, această suprafață este deteriorată în timp și devine conductivă.

Rezistența arcului este timpul în secunde necesar pentru a conduce o suprafață izolatoare la tensiune înaltă și curent de arc scăzut. Într-un alt exemplu de realizare, rezistența arcului se referă la timpul în care suprafața din plastic poate rezista la formarea unei căi conductoare continue sub influența tensiunii înalte cu un arc de curent scăzut în condiții speciale.

7. Indice de urmărire comparativ (Indice de defalcare comparativ) IEC 112

Indicele de urmărire este rezistența relativă a materialelor electroizolante la formarea unei piste conductoare atunci când o suprafață aflată sub tensiune electrostatică este expusă la contaminanți care conțin apă. Determinarea indicelui de urmărire comparativă (CTI) și testele CTI-M sunt efectuate pentru a evalua siguranța componentelor care conțin părți sub tensiune: materialul izolator dintre părțile sub tensiune trebuie să fie rezistent la urmărirea dielectrică. CTI este definită ca tensiunea maximă la care nu apare nicio defecțiune a izolației după expunerea la 50 de picături dintr-o soluție apoasă de clorură de amoniu. Valorile ridicate ale indicelui CTI sunt de dorit. Materialele care îndeplinesc cerințele CTI de 600 V sunt denumite rășini „high tracking”.

Procedura de testare pentru determinarea indicelui CTI este complexă. Factorii de influență sunt starea electrozilor, electrolitului și suprafeței probei, precum și tensiunea aplicată.

Rezultatele pot fi reduse prin adăugarea de aditivi, de exemplu:

Pigmenti, în special negrul de fum,
Antipirinov,
Fibra de sticla.
Prin urmare, în general, nu se recomandă utilizarea materialelor cu antipirină, negru de fum și fibre de sticlă atunci când determinarea rezistenței de urmărire dielectrică este o cerință de bază.

Mineralele (TiO2) tind să crească valorile CTI.

8. Teste CTI

Testul CTI se efectuează utilizând electrozi de platină dimensionați doi, sprijinindu-se uniform cu marginile „daltă” ușor rotunjite pe piesa de testare.

Tensiunea minimă aplicată electrozilor este de obicei de 175 V. Dacă piesele sunt sub tensiune electrostatică mare, se setează o diferență de potențial de 250 V. Tensiunea se aplică în trepte de 25 V: tensiunea maximă este de 600 V.

Suprafața materialului de testat se umezește cu 50 de picături dintr-o soluție 0,1% de clorură de amoniu în apă distilată (așa-numita soluție A), căzând central între doi electrozi. Mărimea și frecvența picăturilor de electroliți care cad sunt reglementate. Dacă nu există curent la tensiunea selectată, testul se repetă cu tensiunea crescută cu 25 V până când apare un curent. Această tensiune, redusă cu o treaptă de 25 V, se numește indice CTI. Testul se repetă apoi cu o tensiune de 25 V sub tensiunea CTI, dar cu 100 de picături de electrolit în loc de 50. Determinați tensiunea la care 100 de picături nu induc curent. Această valoare poate fi specificată în paranteze () în plus față de valoarea CTI atunci când este expus la 50 de picături de electrolit.

Testul CTI

9. Teste CTI-M

Testele CTI-M sunt similare cu testele CTI, cu excepția faptului că folosesc un agent de umectare mai agresiv (M înseamnă mouille în franceză). Soluția B conține 0,1% clorură de amoniu și 0,5% alchil naftalensulfonat. Găurile de eroziune pot fi, de asemenea, măsurate și înregistrate adâncimea lor.
Exemplu de înregistrare: CTI 375 (300) M-0.8 înseamnă:

50 de picături de soluție B nu generează curent la 375 V.
100 de picături nu generează curent la 300 V.
Adâncimea orificiilor de eroziune de pe suprafața probei poate fi de 0,8 mm.

În conformitate cu standardul UL94, pentru a clasifica siguranța materialelor utilizate pentru componentele dispozitivelor electrice, au fost dezvoltate seturi de teste pentru rezistența polimerului la șoc electric și foc.

Conform rezultatelor acestor teste, materialele sunt împărțite în PLC (Categorii de nivel de performanță):

Indice de urmărire comparativ

Rezistență la arc, D495

Indicele de întrerupere a arcului de înaltă tensiune (HVTR)

Testul de inflamabilitate a firului incandescent (HWI)

Aprindere cu arc de curent înalt (HAI)

NA - Numărul de descărcări înainte de aprindere Categoria PLC
120 <= NA 0
60 <= NA < 120 1
30 <= NA < 60 2
15 <= NA < 30 3
0 <= NA < 15 4

Testare optică

1. Turbiditatea și transmisia luminii ASTM D1003

Ceața este cauzată de împrăștierea luminii în material și se poate datora influenței structurii moleculare, gradului de cristalizare sau incluziunilor străine de pe suprafață sau în interiorul probei de polimer. Haze este specifică materialelor translucide sau transparente și nu se aplică materialelor opace. Ceața este uneori considerată opusul luciului, care poate fi de fapt absorbția fasciculului de lumină incidentă. Cu toate acestea, metoda de testare a ceață măsoară de fapt absorbanța, transmisia și deviația unui fascicul de lumină de către un material translucid.

Proba este plasată pe calea unui fascicul de lumină îngust, astfel încât o parte din lumină să treacă prin eșantion, iar cealaltă parte să nu fie obstrucționată. Ambele părți ale fasciculului trec într-o sferă echipată cu un fotodetector.

Se pot defini două cantități:

Intensitatea totală a fasciculului luminos;
Cantitatea de lumină deviată cu mai mult de 2,5 ° față de fasciculul original.
Din aceste două mărimi se pot calcula următoarele două valori:

Ceață sau procentul de lumină de alimentare împrăștiat cu mai mult de 2,5 °,
Coeficientul de transmisie a luminii sau procentul de lumină incidentă care este transmisă prin eșantion.

2. Luciu DIN 67530, ASTM D523

Luciul se referă la capacitatea unei suprafețe de a reflecta mai multă lumină într-o direcție în comparație cu alte direcții. Luciul poate fi măsurat cu un glucometru. Lumina strălucitoare este reflectată de probă într-un unghi, iar luminozitatea luminii reflectate este măsurată cu un detector foto. Unghiul cel mai des folosit este 60 °. Materialele mai strălucitoare pot fi măsurate la un unghi de 20 ° și suprafețele mate la un unghi de 85 °. Contorul de luciu este calibrat folosind un standard de sticlă neagră cu o valoare a luciului de 100.

Materialele plastice au o importanță mai mică - depind strict de metoda de turnare.

Metoda de măsurare a luciului

3. Ceață și luciu

Metodele de testare pentru ceață și luciu măsoară cât de bine un material reflectă sau transmite lumina. Aceste metode cuantifică clasificarea unui material, cum ar fi „transparent” sau „strălucitor”. În timp ce ceața este specifică materialelor transparente sau translucide, luciul poate fi măsurat pentru orice material. Atât testele de ceață, cât și cele de luciu sunt precise. Dar ele sunt adesea folosite pentru a evalua aspectul fizic, care este mai subiectiv. Corelația dintre valorile de ceață și luciu și modul în care oamenii evaluează „transparența” sau „lucirea” plasticului sunt incerte.

4. Indice de refracție DIN 53491, ASTM D542

Determinarea indicelui de refracție

Un fascicul de lumină este trecut printr-o probă transparentă la un unghi specific. Deviația fasciculului cauzată de material pe măsură ce fasciculul trece prin eșantion este indicele de refracție, care este determinat prin împărțirea sin a la sin b.

Teste fizice

1. Densitatea ISO 1183 (DIN 53479, ASTM D792)

Densitatea este masa împărțită la volumul materialului la 23 ° C și este de obicei exprimată în grame pe centimetru cub (g / cm3) sau grame pe mililitru (g / ml). „Gesitatea specifică” este raportul dintre masa unui anumit volum de material și masa aceluiași volum de apă la o temperatură specificată.

Densitatea poate fi măsurată prin mai multe metode, așa cum este descris în standardul ISO 1183:

Metoda de imersie a materialelor plastice finite.

Metodă picnometrică pentru materiale plastice sub formă de pulberi, granule, tablete sau articole turnate reduse la particule mici.

Metoda de titrare a materialelor plastice cu o formă similară cu cea cerută pentru metoda A.

Stalpi de densitate a gradientului pentru materiale plastice similare celor cerute pentru Metoda A.

Barele cu densitate gradient sunt bare lichide a căror densitate crește uniform de sus în jos. Sunt potrivite în special pentru măsurarea densității mostrelor mici de produse și pentru compararea densităților.

2. Absorbția de apă ISO 62 (ASTM D570)

Materialele plastice absorb apa. Conținutul de umiditate poate modifica dimensiunile sau proprietățile, cum ar fi rezistența de izolație, pierderea dielectrică, rezistența mecanică și aspectul.

Determinarea absorbției de apă a unei probe de plastic de o anumită dimensiune se realizează prin scufundarea probei în apă pentru o perioadă de timp specificată și la o temperatură specificată. Rezultatele măsurătorilor sunt exprimate fie în miligrame de apă absorbită, fie ca o creștere procentuală a masei. Este posibil să se compare absorbția de apă a diferitelor materiale plastice numai atunci când eșantioanele de testat sunt identice ca mărime și în aceeași stare fizică.

Probele de testat sunt uscate preliminar la 50 ° C timp de 24 de ore, răcite la temperatura camerei și cântărite înainte de a fi scufundate în apă la o temperatură specificată pentru o perioadă de timp specificată.

Absorbția de apă poate fi măsurată:

Probele sunt plasate într-un vas cu apă distilată la o temperatură de 23 ° C.

După 24 de ore, probele sunt scurse și cântărite.

Probele se pun în apă clocotită timp de 30 de minute, se răcesc timp de 15 minute în apă la 23 ° C și se cântăresc din nou.

Până la saturație

Probele sunt scufundate în apă la o temperatură de 23 ° C până când sunt complet saturate cu apă.

Absorbția de apă poate fi exprimată astfel:

Masa de apă absorbită
Masa de apă absorbită pe unitatea de suprafață,
Procentul de apă absorbită în raport cu greutatea probei de testat.

Teste reologice

1. Contracție turnare ISO 2577 (ASTM D955)

Contracția de turnare este diferența dintre dimensiunile unei matrițe și a unei piese turnate obținute în acea matriță. Este raportat în% sau milimetri pe milimetru.

Valorile contracției de turnare sunt înregistrate atât paralel cu curgerea materialului ("în direcția curgerii"), cât și perpendicular pe curgere ("în direcția, curgerea transversală"). Pentru materialele din fibră de sticlă, aceste valori pot varia semnificativ. Contracția turnării poate varia, de asemenea, față de alți parametri, cum ar fi designul piesei, designul matriței, temperatura matriței, presiunea specifică de injecție și timpul ciclului de turnare.

Valorile de contracție de formare (când sunt măsurate pe piese simple, cum ar fi o piesă de încercare de tracțiune sau un disc) sunt doar date tipice pentru selecția materialului. Ele nu pot fi aplicate la proiecte de piese sau de scule.

2. Debitul de topire/Indexul de topire ISO 1133 (DIN 53735, ASTM D 1238)

Testele debitului de topire (MFR) sau indicelui de topire (MFI) măsoară fluxul de polimer topit printr-un reometru de extrudare în condiții de temperatură și încărcare specificate. Reometrul de extrudare constă dintr-un cilindru vertical cu un cap mic cu diametrul de 2 mm în partea de jos și un piston detașabil în partea de sus. Încărcătura de material este plasată într-un cilindru și preîncălzită timp de câteva minute. Pistonul este montat pe suprafața superioară a rășinii topite și greutatea acestuia împinge rășina prin matriță pe placa de construcție. Perioada de testare variază de la 15 s la 6 minute, în funcție de vâscozitatea materialelor plastice. Temperaturile utilizate sunt 220, 250 și 300 ° C. Greutățile sarcinilor aplicate sunt de 1,2, 5 și 10 kg.

Cantitatea de polimer colectată după o anumită perioadă de testare este cântărită și convertită la numărul de grame care ar putea fi stoarse după 10 minute. Debitul de topire este exprimat în grame pe timp de referință.

Exemplu: MFR (220/10) = xx g / 10 min - înseamnă debitul de topire la o temperatură de testare de 220 ° C și o masă de sarcină nominală de 10 kg.

Metoda de măsurare a indicelui de topire

Debitul de topire al polimerilor depinde de viteza de forfecare. Ratele de forfecare în aceste încercări sunt semnificativ mai mici decât cele utilizate în condiții normale de fabricație. Prin urmare, este posibil ca datele obținute prin această metodă să nu corespundă întotdeauna cu proprietățile lor în utilizare reală.

3. Debitul volumetric al topiturii / Indexul volumetric al topiturii ISO 1133 (DIN 53735, ASTM D 1238)

Trei metode de măsurare a debitului sunt descrise în DIN 53735:
"Verfahren A"

„Verfahren B”, care, la rândul său, include două metode:

Verfahren O metodă constă în măsurarea masei atunci când plasticul este extrudat printr-un cap dat.

Metoda Verfahren B măsoară deplasarea pistonului și densitatea materialului în condiții similare.

Metoda Verfahren B / Mebprinzip 1 măsoară distanța pe care se deplasează pistonul.

Metoda Verfahren B / Mebprinzip 2 măsoară timpul în care pistonul se mișcă.

Rezumând aceste metode, putem spune că indicele de curgere conform standardului Verfahren A DIN 53735 este egal cu debitul MFR conform standardului ISO 1133.

În partea de sus a descrierii acestor metode diferite, DIN 53735 descrie indicele debitului volumetric (MVI). (Standardul ISO 1133 nu menționează MVI.)

MVI este definit ca volumul de plastic care este extrudat prin matriță pentru un timp dat.

IMF este definită ca masa de plastic extrudată prin matriță într-un timp dat. MVI este exprimat în cm³/10 min și MFI în g/10 min.

Temperaturile utilizate sunt 220, 250, 260, 265, 280, 300, 320 și 360 ° C. Masa încărcăturii uzate - 1,2; 2,16; 3,8; 5; 10 și 21 kg.

Exemplu: MVI (250/5) înseamnă indicele debitului volumetric în cm³ / 10 min pentru o temperatură de testare de 250 ° C și o masă nominală de 5 kg.

4. Vâscozitatea topiturii DIN 54811

Proprietățile topiturii sunt determinate într-un vâscozimetru capilar. Fie presiunea este măsurată la un debit volumetric dat și o temperatură dată, fie debitul volumetric la o anumită presiune. Vâscozitatea topiturii (MV) este raportul dintre efortul de forfecare real t și efortul de forfecare real f. Se exprimă în Pa * s.

5. Aplicarea practică a caracteristicilor MV, MFR/MFI, MVI în producție

Metoda MV cu măsurare într-un viscozimetru capilar este foarte asemănătoare cu procesul normal de extrudare. Ca atare, metoda MV este o bază bună pentru compararea fluxului de materiale turnate prin injecție: reprezintă vâscozitatea pe măsură ce topitura trece prin duză. Metodele MFR / MFI și MVI, unde rata de forfecare este prea mică, nu sunt potrivite pentru utilizarea în procesul de turnare prin injecție. Sunt o referință bună pentru controlul producătorului și procesorului, ușor, rapid și ieftin, dar nu sunt potrivite pentru selecția materialului în ceea ce privește fluxul de turnare așteptat.

Teste de inflamabilitate

1. Informații generale despre inflamabilitatea UL94

Cele mai larg acceptate standarde pentru performanța la inflamabilitate sunt standardele din categoria UL94 (Insurance Research Laboratories) pentru materiale plastice. Aceste categorii determină capacitatea materialului de a stinge o flacără după aprindere. Pot fi atribuite mai multe categorii în funcție de viteza de ardere, timpul de stingere, rezistența la picături și dacă picăturile sunt inflamabile sau incombustibile. Fiecărui material de testat i se pot atribui mai multe categorii în funcție de culoare și/sau grosime. Pentru o anumită alegere de material pentru aplicație, categoria UL trebuie să fie determinată de peretele cel mai subțire al piesei din plastic. Categoria UL trebuie să fie întotdeauna indicată împreună cu grosimea: simpla enumerare a categoriei UL fără grosime nu este suficientă.

2. Scurtă descriere a categoriilor de clasificare ale standardului UL94

HB
Arderea lentă a unei probe orizontale.
Viteza de ardere mai mică de 76 mm/min și mai puțin de 3 mm grosime.

Viteza de ardere mai mică de 38 mm/min cu o grosime mai mare de 3 mm.

V-0
Arderea probei verticale se oprește în 10 s;

V-1

nu este permisă picurarea.

V-2
Arderea probei verticale se oprește în 30 s;

sunt permise picături de particule arse.

5V
Arderea probei verticale încetează în 60 s după cinci expuneri la flacără cu durata fiecărei expuneri la eșantionul de testat timp de 5 s.

5VB
Probele sub formă de plăci largi pot arde și forma găuri.

5VA
Epruvetele de plăci late nu trebuie să ardă (adică să nu creeze găuri) - acesta este cel mai dur rating UL.

Dacă inflamabilitatea este o cerință de siguranță, atunci materialele HB nu sunt în general permise. În general, materialele HB nu sunt recomandate pentru aplicații electrice, cu excepția produselor mecanice și/sau decorative. Uneori apare o neînțelegere: materialele nerezistente la foc (sau materialele care nu sunt denumite rezistente la foc) nu îndeplinesc automat cerințele pentru categoria HB. Categoria UL94HB, deși cea mai puțin severă, este o categorie de inflamabilitate și trebuie verificată prin teste.

Test de aprindere pentru specimenul orizontal

Când testați eșantioane verticale, utilizați aceleași specimene ca și pentru testarea HB. Se înregistrează toți parametrii: timpul de ardere, timpul de mocnit, momentul apariției picăturilor și aprinderea (sau neaprinderea) căptușelii de bumbac. Diferența dintre V1 și V2 este picăturile de ardere, care sunt principala sursă de propagare a flăcării sau a incendiului.

Încercarea de aprindere a unei probe verticale

Etapa 1 Test 5V

Materialele de referință pentru determinarea inflamabilității sunt fixate vertical și fiecare probă este expusă la o flacără de cinci ori cu o înălțime a flăcării de 127 mm de fiecare dată timp de 5 s. Pentru a se conforma condițiilor de testare, nici un eșantion nu trebuie să ardă cu aspectul unei flăcări sau să mocnească mai mult de 60 s după a cincea expunere la flacără. În plus, nicio picătură arzătoare nu are voie să aprindă căptușeala de bumbac de sub mostre. Întreaga procedură se repetă cu cinci mostre.

Etapa a 2-a testare 5VA și 5VB

O placă largă de aceeași grosime ca și specimenele de plăci este testată în poziție orizontală cu aceeași flacără. Întreaga procedură se repetă cu trei plăci.
Aceste teste orizontale definesc două categorii de clasificare: 5VB și 5VA.

Categoria 5VB este permisă prin burnout (formarea găurilor).
Categoria 5VA neperforant.
Testul UL94-5VA este cel mai sever dintre toate testele UL. Materialele din această categorie sunt folosite pentru capacele de protecție împotriva incendiilor pentru mașinile de birou mari. Pentru aceste aplicații cu grosimi de perete estimate mai mici de 1,5 mm, trebuie utilizate materiale umplute cu fibră de sticlă.

6. Inflamabilitate CSA (CSA C22.2 nr. 0.6, test A)

Aceste teste de inflamabilitate CSA sunt similare cu UL94-5V. Dar condițiile acestor teste sunt mai stricte: fiecare expunere la flacără durează 15 secunde. În plus, eșantionul trebuie stins în 30 de secunde în timpul primelor patru expuneri la flacără și în 60 de secunde după a cincea expunere (comparați testul UL94-5V cu cinci expuneri la flacără de cinci secunde fiecare).
Rezultatele acestor teste CSA vor fi considerate a fi în concordanță cu rezultatele testelor UL94-5V.

Scopul determinării indicelui de inflamabilitate limitată la oxigen (LOI) este de a măsura inflamabilitatea relativă a materialelor atunci când sunt arse într-un mediu controlat. LOI este conținutul minim de oxigen din atmosferă care poate susține o flacără pe un material termoplastic.
Atmosfera de testare este un amestec controlat extern de azot și oxigen. Proba fixa este aprinsă cu o flacără auxiliară, care este apoi stinsă. În ciclurile de testare succesive, concentrația de oxigen este redusă până când proba nu mai poate susține arderea.

LOI este definită ca concentrația minimă de oxigen la care un material poate arde timp de trei minute sau poate menține propagarea arderii unei probe pe o distanță de 50 mm.

Cu cât LOI este mai mare, cu atât este mai mică probabilitatea de epuizare.

Testul indicelui de oxigen

8. Test de fir incandescent IEC 695-2-1

Testele de aprindere cu fir fierbinte (HWI) simulează tensiuni termice care pot fi cauzate de o sursă de căldură sau de aprindere, cum ar fi rezistențele supraîncărcate sau elementele incandescente.

O probă de material izolator este presată timp de 30 de secunde cu o forță de 1 N împotriva capătului unui fir incandescent încălzit electric. Incidența vârfului firului incandescent în probă este limitată. După îndepărtarea firului din probă, înregistrați timpul de stingere a flăcării și prezența oricăror picături arzătoare.

Se consideră că eșantionul a trecut testul firului incandescent atunci când apare una dintre următoarele situații:

În absența flăcării sau mocnit;
Dacă flacăra sau mocnit a probei, părțile din jur și stratul inferior se sting în 30 de secunde după îndepărtarea firului incandescent și, de asemenea, dacă părțile din jur și stratul inferior nu sunt complet arse. În cazul folosirii hârtiei subțiri ca strat inferior, această hârtie nu trebuie să ia foc sau să nu existe arsuri ale plăcii de pin, dacă este folosită ca suport.
Piesele sub tensiune sau carcasele reale sunt testate într-un mod similar. Nivelul de temperatură al capătului firului incandescent depinde de modul în care este utilizată piesa finită:

Supravegheat sau nesupravegheat
Cu sau fără sarcină continuă,
Situat aproape sau departe de punctul central de alimentare cu energie,
Intră în contact cu o piesă sub tensiune sau este utilizat ca carcasă sau capac,
În condiții mai puțin sau mai stricte.

Test de fir incandescent

În funcție de nivelul necesar de severitate al mediului care înconjoară piesa finită, sunt preferate următoarele valori de temperatură: 550, 650, 750, 850 sau 960 ° C. O temperatură de testare adecvată trebuie selectată prin evaluarea riscului de defecțiune din cauza încălzirii, aprinderii și propagării inacceptabile a flăcării.

Banc de testare a inflamabilității

9. Încercări la flacără cu ac IEC 695-2-2

Test de flacără cu ac

Testul de flacără cu ac simulează efectele flăcărilor mici care pot apărea în urma unei defecțiuni în interiorul echipamentului electric. Pentru a evalua răspândirea probabilă a flăcării (particule care arde sau mocnind), fie un strat de material de testat, componentele care înconjoară în mod normal proba, fie un singur strat de hârtie absorbantă sunt plasate sub eșantion. Flacăra de testare este aplicată pe eșantion pentru o perioadă de timp specificată: de obicei 5, 10, 20, 30, 60 sau 120 de secunde. Alte niveluri de severitate pot fi adoptate pentru cerințe speciale.

În absența unor instrucțiuni speciale în condițiile tehnice relevante, se consideră că proba a trecut testul la flacără cu ac dacă apare una dintre următoarele patru situații:

Dacă proba este neinflamabilă.
Dacă o flacără sau particule de ardere sau mocnit care cad din eșantion determină extinderea focului în părțile înconjurătoare sau în stratul plasat sub eșantion și dacă nu există nicio flacără sau mocnire pe eșantion la sfârșitul expunerii la flacăra de testare .
Daca timpul de ardere nu depaseste 30 sec.
Dacă propagarea arderii specificată în specificația relevantă nu a fost depășită.

pe baza materialelor de pe www.polimer.net

Anunțurile de cumpărare și vânzare de echipamente pot fi vizualizate la

Puteți discuta despre avantajele claselor de polimeri și proprietățile acestora la

Înregistrați-vă compania în Directorul de companii

CUPRINS 1 Încercări mecanice 1.1 Rezistență, deformare și modul de întindere ISO R527 (DIN 53455, DIN 53457, ASTM D638M) 1.2 Rezistență și modul de încovoiere ISO 178 (DIN 53452, ASTM D790 (Test de rezistență la uzură a mașinii Taber 373) 52347, ASTM D1044) 1.4 Comparația metodelor ISO (Organizația Internațională de Standardizare) și ASTM (Societatea Americană pentru Testarea Materialelor) 2 Testarea durității 2.1 Comparația durității Brinell, Rockwell și Shore 2.2 Duritatea Brinell ISO 2039-1 (DIN 534.53 Rockwell) duritate ISO 2039-2 2.4 Duritate Shore ISO 868 (DIN 53505, ASTM D2240) 3 Încercări de rezistență la impact 3.1 Conceptul de rezistență la impact 3.2 Interpretarea rezultatelor testelor de impact - compararea metodelor ISO și AST 3.3 Rezistența la impact Izod ISO 180 (ASTM D256) 3. Rezistența la impact Charpy ISO 179 (ASTM D256) 4 Încercări termice 4.1 Rezistența Vicat ISO 306 (DIN 53460, ASTM D1525) 4.2 Deformare Rezistența la căldură ionică și rezistența la căldură la deformare sub sarcină ISO 75 (DIN 53461, ASTM D648) 4.3 Rezistența la deformare la căldură (HDT) și materiale plastice amorfe și semicristaline 4.4 Indentarea bilei EC335-1 4.5 Conductivitate termică ASTM C177, indice de conductivitate relativă 4. RTI UL 746B 4.7 Coeficientul de dilatare termică liniară ASTM D696, DIN 53752 5. Teste de inflamabilitate 5.1 Informații generale despre inflamabilitate conform UL94 5.2 Scurtă descriere a categoriilor de clasificare ale UL94 5.3 Categoria UL94HB, Categoria VUL94HB 5.4, Categoria VUL94-V05. Indice limitat de inflamabilitate a oxigenului ISO 4589 ( ASTM D2863) 5.7 Test fir incandescent IEC 695-2-1 5.8 Testare la flacără cu ac IEC 695-2-2 6 Încercări electrice 6.1 Rigiditate dielectrică IEC 243-1 6.2 Rezistivitate de suprafață IEC D.2357 (ASTM6) Rezistivitate de volum IEC 93 (ASTM D257) 6.4 Diametru relativ constantă electrică IEC 250 6.5 Factor de disipare IEC 250 6.6 Rezistența arcului ASTM D495 6.7 Indice de antrenament comparat (Indice de avarie comparat) IEC112 6.8 Teste CTI 6,9 Teste CTI-M 6,10 PLC categorii UL746A 7.12 Teste de transmisie optică și D 7.12. (DIN 67530, ASTM D523) 7.3 Ceață și luciu 7.4 Indice de refracție DIN 53491, ASTM D542 8 Teste fizice 8.1 Densitate ISO 1183 (DIN 53479, ASTM D792) 8. 2 Absorbția de apă ISO 62 (ASTM D570) 9 Teste reologice 9.1 Contracția de turnare ISO 2577 (ASTM D955) 9.2 Debitul de topire / indicele de topire ISO 1133 (DIN 53735, ASTM D1238) 9.3 Debitul de topire / indicele de topire (ISO 353711) , ASTM D 1238) 9.4 Vâscozitatea topiturii DIN 54811 9.5 Aplicarea practică a caracteristicilor MV, MFR / MFI, MVI în producție

Proprietățile mecanice ale polimerilor- Acesta este un set de proprietăți care determină comportamentul mecanic atunci când sunt expuse la forțe externe.

Legile generale ale proprietăților mecanice ale polimerilor

Proprietățile mecanice ale polimerilor se caracterizează prin:

Abilitatea de a se dezvolta sub influența forțelor mecanice externe deformari mari reversibile (foarte elastice). ajungând la zeci, sute și chiar mii de procente. Această capacitate este caracteristică numai materialelor polimerice.
Natura relaxantă a reacției organismului la stres mecanic, adică dependenţa deformaţiilor şi solicitărilor de durata (frecvenţa) expunerii... Această dependență se datorează întârzierii deformării de la stres și se poate manifesta într-un interval de timp extrem de larg (de la fracțiuni de secundă la mulți ani).
Dependența polimerului mecanic de condițiile de producție, metoda de prelucrare și pretratare. Acest lucru se datorează existenței în corpurile polimerice a diferitelor forme ale structurii supramoleculare, ai căror timpi de rearanjare pot fi atât de lungi încât un polimer în aceleași condiții poate exista stabil în stări cu morfologii diferite.
Capacitatea de a dobândi sub acțiunea acțiunii mecanice anizotrope proprietăți mecanice ascuțite și păstrează-l după încetarea expunerii.
Capacitatea de a suferi transformări chimice sub influența forțelor mecanice.

Natura generală a comportării mecanice a unui anumit corp polimeric este determinată de condiție fizică este.

Polimeri liniari și ramificati poate în trei stări amorfe principale:

sticlos;
foarte elastic;
vâscos;

polimeri tridimensionali (spațiali, reticulați).- numai în primele două dintre aceste state.

Se pot găsi și mulți polimeri în stare cristalină, a cărei caracteristică esențială este că aproape întotdeauna într-un corp polimeric, alături de regiunile cristaline strict ordonate, se păstrează regiuni cu o structură amorfă (de aceea, această stare este numită și cristalin amorf, parțial cristalin sau semicristalin). Starea strict cristalină se realizează numai în monocristale polimerice.

Când se iau în considerare proprietățile mecanice ale polimerilor, se distinge un grup special stare orientată, care poate conţine atât polimeri amorfi cât şi cristalini şi care se caracterizează prin anizotropia proprietăților mecanice.

Zona de aplicare a polimerului este determinată în mare măsură de fapt în ce stare se află în intervalul de temperatură de funcționare(de obicei de la -40 la 40 ° C).

Polimeri din această gamă într-o stare foarte elastică sunt numite elastomeri... Dintre elastomeri, cauciucurile sunt utilizate pe scară largă în scopuri tehnice. Materialele polimerice care sunt în stare sticloasă sau cristalină în condiții de funcționare sunt numite materiale plastice. Acestea din urmă sunt utilizate sub formă de produse în vrac și filme. Polimerii orientați uniaxial sunt utilizați pe scară largă ca fibre.

Clasificarea și caracteristicile generale ale proprietăților mecanice ale polimerilor

Sub acțiunea forțelor mecanice, toate corpurile sunt deformate, iar sub influențe suficient de puternice sau prelungite sunt distruse. În conformitate cu aceasta, distingeți deformareși putere proprietăți. Un grup separat de proprietăți mecanice include proprietăți de frecare, manifestată atunci când un corp solid polimer se mișcă pe suprafața altui corp.

Pentru a studia proprietățile mecanice și a determina caracteristicile mecanice ale materialelor, se efectuează încercări mecanice după anumite metode.

Testele diferă în funcție de tipul de deformare:

tensiune și compresie uniaxiale și biaxiale,
compresie totală,
indoi,
schimb,
torsiune,
indentare etc.

și modul de încărcare:

sarcină care asigură creșterea liniară a deformării sau constanța acesteia,

lovitură etc.

Alegerea metodei de testare este determinată ca acestea obiectiveși tipul de material de testat.

Pentru descrierea calitativă și cantitativă a proprietăților mecanice ale polimerilor se folosesc aceleași concepte și caracteristici ca și pentru descrierea proprietăților mecanice ale materialelor nepolimerice. În același timp, particularitățile comportamentului polimerilor necesită introducerea de noi concepte și, uneori, unele schimbări în sensul celor adoptate.

Proprietățile de deformare ale polimerilor:

Proprietățile de rezistență ale polimerilor:

Proprietățile de frecare ale polimerilor

Pentru a descrie cantitativ aceste proprietăți, utilizați coeficient de frecare- raportul dintre forța tangențială și forța normală și rezistenta la uzura, care caracterizează rata de distrugere a materialului în timpul frecării.

Starea fizică a polimerului și proprietățile sale mecanice

Proprietățile mecanice ale polimerilor în stare amorfă

Distincția dintre stările fizice individuale ale polimerilor amorfi este în diferite reacții polimerice in aceste state, asupra solicitărilor mecanice:

elastic- în stare sticloasă,
în principal foarte elastic- foarte elastic,
- într-un flux vâscos.

Datorită naturii de relaxare a deformării foarte elastice și a curgerii vâscoase, natura reacției la acțiunea mecanică depinde în mod semnificativ asupra duratei expunerii... Într-un anumit interval de temperatură, organismul poate reacționa la expunerea pe termen scurt rezistent, iar pentru perioade lungi (de ordinul timpului de relaxare de deformare foarte elastică sau mai mult), expun elasticitate ridicată.

La temperaturi mai ridicate, din cauza scăderii timpului de relaxare odată cu creșterea temperaturii, organismul poate prezenta elasticitate ridicată cu expunere pe termen scurt și cu expunere prelungită să se comporte ca un lichid vâscos.

Astfel, împărțirea în stări sticloase, foarte elastice și de curgere vâscoasă este asociată cu un mod temporar de expunere.

Pentru a da certitudine împărțirii în stări, la găsirea temperaturilor de tranziție, se alege o anumită rata de incalzire(de exemplu, 1 ⁰C / sec) și temperaturile de tranziție sunt determinate de o schimbare bruscă a valorii deformației. Deoarece deformațiile elastice și foarte elastice au valori caracteristice, puternic diferite ale modulelor, împărțirea în state de asemenea efectua după valoarea modulului, măsurată în modul dinamic sau în modul de relaxare a stresului.

Starea sticloasă corespunde valorilor modulului 10 3 -10 4 Mn / m 2 (10 4 -10 5 kgf / cm 2),
Foarte elastic - comanda 10 -1 Mn / m 2 (10 kgf / cm 2),

trecerea la o stare vâscoasă (punct de curgere) fix la drop module la valori mai putine 10 -1,5 MN / m 2 (10 -0,5 kgf / cm 2)... Cu această metodă de separare într-o stare fizică specială (vâscoelastic) ieși în evidență uneori regiune de tranziție între stările sticloase și cele foarte elastice, căruia îi corespund valorile intermediare ale modulului. Această zonă se poate întinde pe zeci de grade.

V stare sticloasa sub temperatura fragilă T xp polimerul se comportă ca un solid fragil prăbușirea la deformații relative mici, de până la câteva procente (Figura 1, curba 1). De mai sus T xp, la tensiuni mari σ în- limită de curgere (elasticitate ridicată forțată), se dezvoltă deformare forțată foarte elastică, care poate ajunge la zeci și sute de procente; în același timp trecerea de la fractura fragilă la cvasi-plastic urmată de obicei de o creștere bruscă a rezistenței la impact(cu excepția cazurilor în care scăderea rezistenței are loc mai rapid decât creșterea deformației finale). Polimer care se întinde la temperaturi superioare T xp(Figura 1, curba 2) pentru mulți polimeri curge neomogen peste probă, se formează o îngustare locală - gâtîn care materialul este puternic orientat.

Pe măsură ce se întinde, gâtul se extinde pe întreg specimenul. Odată cu creșterea temperaturii Modulul Young, putere, duritate cad, dar modificarea lor nu depășește, de regulă, un ordin de mărime. Pe măsură ce temperatura crește, valorile punct de randament ajungând la zero la temperatura de tranziție vitroasă T cu... Reconstituirea formei probei se realizează prin încălzire la o temperatură care depășește ușor T s.

V stare foarte elastică se poate dezvolta o deformare foarte elastică la orice tensiune... Trecerea la această stare la T cuînsoțită de o schimbare rapidă a unor proprietăți fizice de echilibru, în special coeficientul de dilatare termică. Trecerea la starea sticloasă poate fi efectuată și prin schimbare factor temporar de influență asupra materialului, de exemplu, frecvența deformării.

În acest caz, ei vorbesc despre tranziție mecanică de sticlă... Fiecare frecvență corespunde unei anumite temperaturi T m, în care dezvoltarea deformațiilor este însoțită de cele mai mari pierderi mecanice. Poziția pierderii mecanice maxime determină temperatura de tranziție sticloasă, iar dependența sa de frecvență este natura cinetică (relaxare) a tranziției sticlei.

Închide T m creșterea deformării cu temperatura are loc cel mai brusc (Figura 2). Acest lucru se datorează faptului că în această zonă timpul relaxarea scade odată cu creșterea liniară a temperaturii(sau mai degrabă, cu o scădere liniară a temperaturii reciproce) după o lege apropiată de exponențială. Suprapunerea principiul temperatură-timp (temperatură-frecvență) cuantificarea echivalenței influența creșterii temperaturii și a reducerii timpului de expunere(creșterea frecvenței, vezi și metoda frecvență-temperatura Aleksandrova - Lazurkia). Pe măsură ce temperatura crește, reducerea frecării interne duce la scaderea timpului de relaxare, iar la temperaturi suficient de ridicate, dezvoltarea unei deformări foarte elastice are loc într-o fracțiune de secundă. Această zonă este uneori numită platou de elasticitate mare... Întinderea unui polimer într-o stare foarte elastică este în esență neliniară și, la solicitări mari, este însoțită de orientarea macromoleculelor care poate duce la cristalizare reversibilă. La deformări mari, apare o diferență semnificativă de comportament liniarși spațial (cusut) polimeri. Dacă deformarea polimerilor reticulați este reversibilă, atunci la polimerii liniari dezvoltarea unei deformări foarte elastice este însoțită și de dezvoltarea deformaţiilor ireversibile.

V stare vâscoasă dominantă este curgere vâscoasă efectuată ca urmare a mișcării ireversibile a macromoleculelor întregi sau chiar a agregatelor de macromolecule. O caracteristică a fluxului de corpuri polimerice este că în acelaşi timp se dezvoltă deformare reversibilă foarte elastică... Aceasta are ca rezultat o serie efecte specificeîn special la umflarea jetului care curge din conductă ( recuperare foarte elastică), efectul Weissenbergși altele.Pentru polimerii în stare de curgere vâscoasă, fenomenul este de asemenea caracteristic tixotropie- distrugerea reversibilă a structurii în timpul curgerii, ducând la o scădere a vâscozității.

Proprietățile polimerilor în stare de curgere vâscoasă sunt similare cu proprietățile soluțiilor de polimeri concentrați. Proprietățile mecanice ale soluțiilor de polimeri diluați sunt apropiate de proprietățile lichidelor simple vâscoase și, odată cu creșterea Concentrația polimerului, precum și vâscozitatea soluțiilor, crește. Chiar și în soluții de polimeri foarte diluate, dependenta de gradient de vascozitate.

Proprietățile mecanice ale polimerilor în stare (amorf-cristalină).

Proprietățile mecanice ale polimerilor în stare amorf-cristalină sunt în mare măsură determinate de faptul că în această stare polimerii sunt particulari microstructuri constând din elemente interconectate ( cristalinși zone amorfe) cu caracteristici mecanice diferite. Diferite zone ale polimerului se deformează în moduri diferite,și în cadrul aceleiași regiuni, diferite macromolecule sunt, de asemenea, tensionate și deformate diferit. Metodele fizice fac posibilă stabilirea caracteristicilor reacției elementelor structurale individuale la solicitarea mecanică. În special, studiul deplasării reflexiilor în modelele de difracție cu raze X cu unghi larg ale polimerilor cristalini în timpul extinderii lor a făcut posibilă calcularea valorilor de deformare și a modulelor Young ale regiunilor cristaline. Modulele calculate pentru toți polimerii au depășit modulele lui Young determinate din teste mecanice, iar pentru aproximativ 10% tensiune, fracțiunea regiunilor cristaline a reprezentat o deformare de numai 0,1% , iar modulul Young al rețelei cristaline a atins valoarea 25.000 Mn / m 2 (2500 kgf / mm 2), depășind valoarea modulului mecanic Young cu 2 ordine de mărime.

La solicitari si deformari reduse, datorita contributiei semnificative la deformarea totala, deformarea regiunilor amorfe, proprietățile mecanice ale polimerilor cristalini amorfi au asemănări cu proprietățile mecanice ale polimerilor amorfi. Odată cu creșterea temperaturii, modulul Young scade și la trecerea prin temperatura de tranziție vitroasăÎn zonele amorfe se observă uneori o scădere a modulului, dar nu cu 4-5, ca în cazul polimerilor amorfi, ci în total 1 - 2 ordine de mărime... Sub o anumită temperatură, polimerii amorfi-cristalini, ca și cei amorfi, se descompun de obicei fragili (cu excepția unor poliimide, de exemplu, polipiromellitimidă păstrând capacitatea de a suferi deformări mari până la temperatură -200°C).

La tensiuni înalte, se manifestă polimeri cristalini amorfi elasticitate ridicată forțată... În acest caz, atât regiunile amorfe, cât și cele cristaline sunt deformate, unele formațiuni cristaline sunt distruse și apar altele. În mulți polimeri, întinderea în stare cristalină este cu gât, în care are loc orientarea macromoleculelor, însoțită de obicei de o tranziție de la structură cristalină de sferulită La fibrilare; în acest caz, există o schimbare bruscă a proprietăților mecanice ale polimerului.

O creștere a temperaturii determină o modificare a caracteristicilor mecanice:

scăderea puterii;
reducerea stresului de curgere;
scăderea durității;
creșterea durității.

La punct de topire I polimerul cristalin trece într-o stare vâscoasă. Această tranziție este fază, dar punctul de topire depinde de condițiile de cristalizare. Proprietățile mecanice ale polimerilor cristalini amorfi depind de. Astfel, cu creșterea gradului de cristalinitate, modulul Young crește.

Proprietățile mecanice ale polimerilor în stare orientată.

V uniaxialeși stări orientate biaxiale se pot găsi atât polimeri cristalini cât şi amorfi. Proprietățile mecanice ale polimerilor orientați depind în mod substanțial de gradul de orientare. Odată cu creșterea gradului de orientare uniaxială, cel putere(mai mult decât un ordin de mărime) și deformabilitate de obicei cade. Creșterea forței este clar pronunțată anizotropși apare numai în direcția de orientare; în direcția perpendiculară, rezistența scade de obicei, uneori atât de mult încât poate apărea delaminarea polimerului (fibrei).