Определение ударной вязкости пластмасс и применение в контроле качества

Пластмассы могут подвергаться внезапным механическим воздействиям при производстве, сборке, транспортировке и эксплуатации. Поведение компонента при ударе является важным критерием при выборе материала и оценке качества продукции. Испытания по Изоду и Шарпи позволяют исследовать реакцию образцов на ударную нагрузку в установленных условиях. Полученные результаты используют для сравнительной оценки хрупкости и вязкости материалов.

Цифровой маятниковый копёр для испытаний по Изоду и Шарпи определяет энергию, затраченную при ударе маятника по образцу. Цифровая система измерения и обработки данных облегчает считывание и регистрацию результатов.

Удар выполняется нажатием кнопки управления. После испытания результаты автоматически рассчитываются, сохраняются и отображаются на экране. При необходимости их можно распечатать. Эти функции упрощают проведение лабораторных испытаний и ведение записей.

Основное назначение прибора

Основное назначение прибора — определение сопротивления образцов пластмасс внезапному ударному воздействию и сравнение материалов в установленных условиях испытания.

Такая оценка может использоваться при исследовании сырья, контроле различий между производственными партиями и разработке материалов. Для получения сопоставимых результатов необходимо согласованно учитывать метод испытания, подготовку образцов и условия их кондиционирования.

Что представляют собой испытания по Изоду и Шарпи?

Изод и Шарпи — два метода исследования разрушения образцов под действием удара маятника. Основное различие между ними заключается в способе расположения и закрепления образца.

Испытание по Изоду

При испытании по Изоду образец устанавливают вертикально и жёстко закрепляют одним концом. Маятник наносит удар по свободной части образца. Правильное расположение и надлежащее закрепление имеют важное значение для повторяемости испытания.

Испытание по Шарпи

При испытании по Шарпи образец располагают горизонтально на двух опорах. Маятник наносит удар по центральной части между опорами. Такая схема позволяет оценить поведение образца при изгибе и разрушении под действием удара.

В обоих методах образец и схему испытания выбирают в соответствии с применяемым стандартом. Использование образцов с надрезом или без надреза определяется требованиями выбранного метода.

Значение и цели испытаний на удар

Испытания на удар позволяют контролировать свойства материалов в процессе производства и при проверке качества. Существенные различия между результатами испытаний образцов одного материала могут стать основанием для исследования сырья или условий переработки.

Например, сравнение результатов до и после изменения производственных параметров помогает оценить влияние этого изменения на поведение материала. Чтобы сравнение было обоснованным, условия испытания и процедуры подготовки образцов должны оставаться одинаковыми.

Результат испытания на удар необходимо рассматривать вместе с условиями его получения. Подготовка образца, качество надреза и условия кондиционирования могут влиять на измеренное значение. Поэтому в протоколе следует указывать соответствующие условия наряду с числовыми результатами.

Научные основы испытания

При маятниковом испытании на удар маятник обладает потенциальной энергией в исходном положении. После освобождения эта энергия преобразуется в энергию движения, и маятник ударяет по образцу.

Во время удара часть энергии расходуется на деформацию образца, зарождение трещины и её распространение. Движение разрушенных фрагментов также может вносить вклад в измеренную энергию. Таким образом, результат представляет собой характеристику ударного поведения, полученную при определённой схеме и установленных условиях испытания.

В традиционных маятниковых системах энергию оценивают по разнице положений маятника до и после удара. Для получения достоверных измерений необходимо учитывать механическое трение, состояние системы и необходимые поправки.

Следует также различать энергию удара и ударную вязкость, указываемую в протоколе. Энергия выражается в джоулях, тогда как применяемый метод может требовать отнесения результата к соответствующему размерному параметру образца или площади его поперечного сечения. Необходимо соблюдать правила расчёта и единицы представления результатов, установленные выбранным стандартом.

Использование прибора

Процедура начинается с выбора подходящего метода. Затем подготавливают образец и оснастку для испытания по Изоду или Шарпи.

1. Подготовка образца. Проверяют его конфигурацию, состояние поверхности и, при наличии, характеристики надреза в соответствии с требованиями выбранного стандарта.

2. Подготовка испытательной системы. Используют соответствующий маятник, боёк и зажимное или опорное приспособление.

3. Установка образца. При испытании по Изоду образец закрепляют и выравнивают; при испытании по Шарпи его центрируют на опорах.

4. Нанесение удара. После завершения подготовки удар запускают кнопкой управления в соответствии с инструкцией по эксплуатации прибора.

5. Оценка результата. Рассчитанное значение просматривают, сохраняют и при необходимости распечатывают.

Указание метода, идентификационных данных образца, условий кондиционирования и наблюдаемого характера разрушения облегчает последующий анализ результатов.

Технические характеристики

Скорость удара определяет условия динамического нагружения при испытании. Используемая скорость должна соответствовать требованиям выбранного метода и конфигурации прибора.

Угол испытания 150° связан с исходным положением маятника. Правильная установка начального положения является одним из основных условий оценки энергии.

Дискретность отображения угла 0,05° и энергии 0,01 Дж указывает шаг представления значений на экране. Точность и неопределённость измерений зависят от механического состояния прибора, измерительной системы и результатов калибровки.

Различные единицы энергии позволяют представлять результаты в формате, принятом лабораторией или установленном заказчиком.

Преимущества

Технические преимущества

Цифровое отображение облегчает считывание результатов. Автоматический расчёт и сохранение уменьшают количество ручных операций при обработке данных, а функция печати упрощает ведение записей об испытаниях.

Возможность проведения испытаний по Изоду и Шарпи на одном приборе позволяет работать с различными схемами установки образцов при использовании соответствующей оснастки.

Вклад в контроль качества

Испытания на удар могут применяться при входном контроле материалов, мониторинге производства и оценке соответствия спецификациям. Результаты, полученные одним методом, позволяют сравнивать производственные партии и выявлять неожиданные изменения.

Анализ характера разрушения вместе с измеренной энергией способствует более точной интерпретации результатов.

Поддержка экспортных и сертификационных процедур

Записи, подготовленные в соответствии с методом испытания, требуемым заказчиком, создают общую техническую основу для представления свойств материалов. Чёткое указание стандарта, условий испытания и единиц измерения облегчает техническую оценку между организациями.

Протоколы, предназначенные для сертификации или приёмки заказчиком, должны оформляться с учётом требований соответствующей программы оценки к лаборатории и представлению результатов.

Области применения

С учётом области применения стандартов к образцам пластмасс возможны следующие направления использования прибора:

Разработка полимерного сырья и компаундов. Различные составы можно сравнивать по поведению при ударе. Результаты помогают оценивать изменения в составе добавок и наполнителей.

Литьё под давлением и экструзия. Подходящие образцы позволяют отслеживать влияние изменений условий переработки на поведение материала.

Автомобильные пластмассы. Испытания могут использоваться при сравнении и выборе материалов для элементов внутренней и наружной отделки.

Электротехнические и электронные изделия. Результаты могут поддерживать оценку пластмасс, применяемых в корпусах, крышках и соединительных деталях.

Строительные изделия и потребительские товары длительного пользования. Испытания предоставляют данные для контроля качества материалов, используемых в пластмассовых компонентах.

Научно-исследовательские лаборатории. Новые составы и результаты производственных экспериментов можно сравнивать при использовании одинакового метода и условий испытания.

Стандарты испытаний

ASTM D6110

Стандарт распространяется на определение сопротивления ударному разрушению по Шарпи образцов пластмасс с надрезом. Оценивается энергия, затраченная на разрушение образца ударом маятника. Подготовка образцов, условия испытания и представление результатов должны соответствовать требованиям данного метода.

ASTM D256

Стандарт охватывает методы определения сопротивления пластмасс маятниковому удару по Изоду. На результат влияют закрепление образца, характеристики надреза и условия удара. Методы применяют для сравнения материалов и контроля качества.

ISO 179

Серия стандартов, посвящённая определению ударных характеристик пластмасс по Шарпи. Она устанавливает схемы испытаний в зависимости от материала и типа образца. Методы позволяют оценивать поведение образцов при заданных условиях удара и сравнивать сходные материалы.

ISO 180

Стандарт распространяется на определение ударной вязкости пластмасс по Изоду. Он устанавливает условия испытания с учётом материала, образца и типа надреза. Метод используют для исследования хрупкости или вязкости образцов в заданных условиях.

GB/T 1843

Национальный стандарт Китая для определения ударной вязкости пластмасс по Изоду. Он устанавливает соответствующие требования к оценке образцов пластмасс данным методом.

GB/T 1043

Серия национальных стандартов Китая, посвящённая определению ударных характеристик пластмасс по Шарпи. Она охватывает методы оценки образцов при соответствующей схеме испытания.

При каждом испытании подготовка образцов, выбор маятника, конфигурация бойка, зажимные или опорные приспособления и процедуры расчёта должны в совокупности соответствовать требованиям выбранного стандарта.

Заключение

Цифровой маятниковый копёр для испытаний по Изоду и Шарпи представляет собой лабораторную систему для оценки ударного поведения образцов пластмасс. Цифровое отображение, автоматический расчёт, сохранение и печать упрощают управление результатами испытаний.

Испытания правильно подготовленных образцов с использованием оснастки, соответствующей выбранному методу, предоставляют данные для сравнения материалов, мониторинга производства и принятия решений в области контроля качества. Постоянство условий испытания и указание применяемого стандарта в протоколе способствуют эффективной оценке полученных данных.