Испытания пластмассы при повышенных температурах

Пластмассы — сложные композиции на основе полимеров с различными наполнителями и добавками — стали неотъемлемой частью промышленности, выступая в качестве прекрасных заменителей традиционных материалов, таких как металлы и дерево. Их популярность обусловлена такими свойствами, как легкость, высокая эластичность, химическая устойчивость и диэлектрические характеристики. Однако пластмассы обладают и отрицательными качествами, среди которых часто отмечается относительно низкая теплостойкость, которая может варьироваться от +70 до +200 °С. Эксплуатация многих конструкций и деталей, изготовленных из полимерных материалов, нередко предполагает их стабильное или периодическое пребывание в среде, нагретой выше общепринятых норм. В условиях повышенного нагрева физико-механические свойства пластмасс неизбежно меняются: происходит ослабление молекулярных связей, что приводит к уменьшению ударной прочности, сопротивляемости изгибу и растяжению. Конструкторы, разрабатывающие новые изделия и выбирающие технологические процессы, нуждаются в точных и достоверных данных о поведении полимеров при высоких температурах.

Исследование изменения свойств под нагревом

Для прогнозирования эксплуатационного ресурса изделия и определения предела износа проводятся лабораторные испытания пластмасс в условиях нагрева. Долгосрочное изучение износа при обычных температурах признано нерациональным из-за чрезмерных временных затрат. Поэтому широко применяется экспресс-методика, которая ускоряет процесс «старения» материалов за счет интенсивного нагрева образцов в специализированных печах перед проведением механических испытаний.

Цель таких исследований — определить предел износа для каждой конкретной температуры. Полученные результаты сопоставляются с продолжительностью воздействия. Критерием завершения эксплуатационного ресурса обычно считается ухудшение первоначальных характеристик материала на 50%.

Помимо механической нагрузки и температуры, на скорость износа пластмасс влияют и другие факторы, такие как повышение давления, влажность окружающей среды или работа в агрессивных жидких средах. При изучении механических качеств материалов, эксплуатируемых в таких сложных условиях, лабораторные исследования должны воспроизводить согласованную с реальными условиями среду.

Основные методы термических испытаний пластмасс

Для получения полного набора данных о термической устойчивости и поведении пластмасс под нагрузкой используются несколько ключевых методов, которые часто включают в себя приложение механических сил в сочетании с повышенным нагревом:

1. Деформационная теплостойкость: Этот метод позволяет определить, как жесткость материала зависит от уровня температуры. В ходе испытания измеряется предел сопротивляемости образца давлению, которое оказывает индентор в виде металлического шарика.
2. Теплоустойчивость по Вика: Данное исследование направлено на выявление предельной температуры, при которой полимерные соединения начинают размягчаться. Это позволяет четко определить нормальные и нежелательные условия для использования конечного изделия.
3. Устойчивость к прогибу под нагрузкой: Тестирование дает представление о сопротивляемости образцов приложенному прогибающему усилию, распределенному в трех точках, при одновременном постоянном повышении температуры и давления. Результатом является определение предельного значения напряжения, которое материал способен выдержать.
4. Сопротивляемость растяжению: В этом испытании деформационные параметры пластичных полимерных соединений тестируются при приложении статического растягивающего усилия в условиях линейно нарастающего нагрева. Устойчивость к растяжению может быть изучена как по безударной, так и по ударной методике. Последний вариант сочетает приложение растягивающих и ударных нагрузок.
5. Термическая стойкость: Этот параметр является важной технологической характеристикой, влияющей на выбор метода изготовления и дальнейшей обработки заготовки (например, литьевого формования, вулканизации или прессования). Исследование заключается в регистрации температуры, при которой изменяется агрегатное состояние пластмассы.

Стандартизация испытаний (ГОСТы)

Для обеспечения точности, надежности и сопоставимости результатов испытаний, а также для унификации требований к оборудованию и методикам, используются национальные стандарты. Для испытаний пластмасс при повышенных температурах ключевыми являются следующие ГОСТы.

ГОСТ 9550-81

Пластмассы. Методы определения модуля упругости при растяжении, сжатии и изгибе. Этот стандарт устанавливает методы определения модуля упругости пластмасс при трех основных типах воздействия: растяжении, сжатии и изгибе. Знание модуля упругости, также известного как модуль Юнга, имеет первостепенное значение для проектирования изделий, поскольку оно описывает, насколько упруго материал деформируется под напряжением. Стандарт регламентирует, как именно следует нагружать образец и измерять соответствующие деформации, обеспечивая ключевую информацию для компонентов, подвергающихся компрессионным и изгибающим нагрузкам в процессе эксплуатации.

ГОСТ 14359-69

Пластмассы. Методы механических испытаний. Данный стандарт регламентирует общие требования к проведению всех механических испытаний пластмасс. Он устанавливает общие требования к испытательному оборудованию, подготовке и использованию образцов, а также к самим методам испытаний. Применение этого стандарта необходимо для оценки качества, прочности и долговечности пластмассовых изделий и обеспечивает возможность сравнения характеристик различных видов пластмасс между собой.

ГОСТ 19109-2017

Пластмассы. Метод определения ударной вязкости по Изоду. Этот документ устанавливает метод определения ударной вязкости по Изоду. Ударная вязкость — это важнейшее свойство, позволяющее проверить хрупкость или вязкость пластмассы, то есть ее способность сопротивляться ударам. Стандарт определяет типы образцов и надрезов, а также условия проведения испытаний. Хотя сам метод, как правило, проводится при стандартной температуре, информация о разрушающей способности материала критически важна для прогнозирования его поведения в экстремальных условиях, особенно после термического старения.

Оборудование для высокотемпературных испытаний

Для точного и надежного проведения испытаний пластмасс при повышенных температурах требуется высокотехнологичное лабораторное оборудование. В основе комплекса лежат универсальные испытательные машины, которые способны моделировать статические нагрузки, а также специализированные системы для создания и поддержания необходимого термического фона. Компания Эталон-Профит производит и поставляет необходимое оборудование, отвечающее требованиям государственных и международных стандартов.

Универсальные испытательные машины

Эти многофункциональные устройства предназначены для приложения обширного спектра статических нагрузок, таких как растяжение, сжатие и изгиб. Они оснащены электронными модулями управления и высокочувствительными сенсорами, регистрирующими показания.

Системы температурных испытаний

Для создания температурного фона, необходимого для исследований, используются специализированные системы и печи. Это оборудование воссоздает температурный фон, соответствующий производимым исследованиям, и обеспечивает равномерность и точность нагрева.

Вспомогательное оборудование

Помимо основных машин, для точной регистрации деформационных изменений требуются экстензометры. Навесные и длинноходовые датчики перемещения применяются для регистрации деформационных изменений образцов с высокой точностью, что критически важно при оценке термопластичных пластмасс.

Заключение

Испытания пластмасс при повышенных температурах являются неотъемлемой частью процесса контроля качества и разработки новых полимерных материалов. Получение точных данных о деформационной теплостойкости, теплоустойчивости по Вика и других механических параметрах в условиях нагрева позволяет инженерам и разработчикам выбрать наиболее рациональный способ производства и спрогнозировать ресурс детали. Использование унифицированных методов, регламентированных национальными стандартами, такими как ГОСТ 9550-81, ГОСТ 14359-69 и ГОСТ 19109-2017, в сочетании с высокоточным испытательным оборудованием, произведенным компанией Эталон-Профит, обеспечивает комплексный и надежный подход к оценке физико-механических характеристик полимерных изделий.

Контакты Эталон-Профит 8 (4932) 57-43-34 , office@etalon-profit.ru