Определение свойств инженерных пластиков. Часть 1

Долговременные механические, термические и электрические свойства являются отличительными чертами инженерных пластиков. Продвинутые марки сохраняют свойства при повышенных температурах и на электрических частотах до 109 Гц. Именно долговременное сохранение свойств при более высоких температурах и более высоких электрических частотах, в первую очередь, отличает передовые термопластики от стандартных технических. Кроме того, значения диэлектрической проницаемости для современных технических термопластов демонстрируют меньшие изменения, чем значения для стандартных технических термопластов на высоких частотах. Динамические механические свойства (DMP) относятся к механическим свойствам полимерного материала, такого как композит, когда периодическая нагрузка создает нагрузку (деформацию) на материал.

Динамический механический анализ (DMA) используется для определения усталости с низким циклом, усталости с высоким циклом и цикла усталостных трещин. DMA используется для исследований, разработки продуктов и контроля качества. Он также используется для определения вязкоупругих свойств, таких как модуль упругости (модуль накопления G′ или E′), модуль вязкости (модуль потерь G′′ или E′′) и коэффициент демпфирования (механическое демпфирование tan δ) как функция времени, температуры или частоты. Модуль накопления — это отношение напряжения в фазе с деформацией к величине деформации. Модуль накопления пропорционален резонансной частоте пластика. Данные наносятся на график в зависимости от времени, температуры или частоты. Расчеты основаны на упругой области, где зависимость между напряжением и деформацией является линейной, а деформация возвращается к нулю при снятии приложенной нагрузки.

Имеется ряд инструментов для определения характеристик материалов, и компании, оказывающие услуги по тестированию, включая, например, такие, как Rheologica Instruments AB (Лунд, Швеция), Netzsch Instruments (штаб-квартира для анализа и тестирования, Селб, Германия, отдел продаж и обслуживания в США, Берлингтон, штат Массачусетс), Datapoint Labs (службы тестирования, Итака, Нью-Йорк) и TA Instruments. TAInstruments приобрела активы Rheological Division корпорации Rheometric Instruments (Пискатавэй, Нью-Йорк) и консолидировала Rheometrics в бизнес TA Instruments в Нью-Касл (Санта-Барбара, Калифорния), которая производит приборы для определения молекулярных характеристик, такие, например, как светорассеивающие приборы. Динамические механические анализаторы TA Instruments используются в температурном диапазоне от -150 до +600 °C для измерения деформаций при сдвиге, растяжении, сжатии, трехточечном изгибе.

Приборы DMA более чувствительны, чем дифференциальная сканирующая калориметрия, для измерения небольших переходных областей. Приборы для DSC (дифференциальной сканирующей калориметрии) измеряют изменения фазы тепловой кристаллизации, плавление, стабильность продукта, окислительную стабильность, отверждение и кинетику отверждения. Термогравиметрический анализ (TGA) измеряет изменения массы материалов в диапазоне температур и времени, чтобы определить состав и термостабильность. Инженерные термопласты обладают лучшими динамическими механическими свойствами, чем другие термопласты. Они имеют текущие или потенциальные применения для труб и фитингов, зубчатых колес, клапанов, вращающихся лопастей, биомеханических средств, таких как протезы и ортопедические имплантаты, пружины, насосы, тонкопленочные мембраны, компоненты трансмиссии и приложения с пошаговой нагрузкой вибрации с малой амплитудой.

В стандартах ASTM D4065-01 и ISO 6721-1 «Стандартная практика определения и представления отчета о динамических механических свойствах пластмасс» описаны испытания на динамические свойства: на кручение, гибкость, сжатие или растяжение. Они включают лабораторные процедуры для определения динамических механических свойств пластмасс, подвергающихся различным колебательным деформациям на динамических термомеханических анализаторах (ТМА). Методы используются для вязкоупругих пластиков с модулем упругости от 0,5 МПа до 100 ГПа (от 73 до 1,45 × 107 фунтов на квадратный дюйм). Данные используются для определения вязкоупругих свойств, таких как модуль упругости и модуль потерь в зависимости от температуры, частоты или времени и температуры перехода.

Пятью методами испытаний на вибрационные, резонансные или не резонансные вынужденные вибрации в ASTM D4065-01 и ISO 6721-1 («Стандартная практика определения и составления отчетов о динамических механических свойствах пластмасс») являются: крутящий маятник, анализатор скручивания, динамический механический анализатор, вязкоэластометр и механический спектрометр. Данные крутильного маятника используются для расчета колебательной деформации, обычно прямоугольного сечения. Отношение модуля потерь к модулю накопления tan δ измеряется при сжатии, растяжении, изгибе и сдвиге. В методе испытания анализатора скручивания используется покрытая полимерной смолой оплетка из стекловолокна для определения колебательной деформации с упругим компонентом и демпфирующим компонентом. Методы испытаний динамического механического анализатора, вязкоэластометра и механического спектрометра используют прямоугольный или круглый образец для определения колебательного напряжения, упругого компонента и демпфирующего компонента.