Технические решения для промышленности
Закрыть
Технические решения для промышленности
Технологии

Полипропилен, его сополимеры и ПП композиты. Часть 36

7 ноября 2020
Полипропилен, его сополимеры и ПП композиты. Часть 36

Как мы выяснили в предыдущей части, широкое использование стандартизированных испытаний на ударопрочность в промышленности для спецификации материалов и проектирования требует тщательного анализа самих испытаний и получаемых данных. Первая и наиболее простая задача связана с установлением условий, при которых данные испытаний отражают истинные процессы разрушения, происходящие во время удара, и не содержат артефактов, таких как динамические эффекты и отскок. Вторая задача намного сложнее и включает оценку физического смысла полученных данных и их возможное соответствие внешним условиям испытаний и структуре материала. Присутствие естественных дефектов, изъянов и конструктивных особенностей, таких как острые кромки и ребра, требует, чтобы эти испытания проводились на образцах с предварительными трещинами или надрезами. Комбинация концентратора напряжений с высокими скоростями деформации и геометрией изгиба дает серьезные результаты испытаний на склонность материала к хрупкому разрушению, которые уже можно принимать во внимание.

В конечном счете, испытания должны обеспечивать наиболее консервативные значения вязкости разрушения для целей проектирования. Кроме того, эти тесты часто используются для выбора и разработки материалов. Достаточно низкая воспроизводимость результатов испытаний на ударопрочность отражает зависимый от испытаний характер наиболее часто используемой характеристики (то есть ударной вязкости). Чтобы понять истинное значение этой величины, следует поместить ее в контекст механики разрушения, обеспечивая четко определенные измерения вязкости, не зависящие от испытаний. Теперь рассмотрим стандартные испытания на ударную вязкость по Шарпи, которые менее популярны, чем испытания по Изоду, и надо сказать, не без оснований. Геометрия стандартного испытания на удар по Шарпи основана на трехточечном изгибе прямоугольной балки со свободно поддерживаемыми концами и нагрузке на половине расстояния между опорами. Ударник (опускаемое тело), создающий ударную силу, может быть маятником свободного хода, падающим грузом или элементом с сервогидравлическим приводом. Соответствующие стандарты, применяемые к этому испытанию,– это ASTM D256-84, ISO R 180 и DIN 53453. Однако эти стандарты не обеспечивают достаточного инструментария.

Полипропилен, его сополимеры и ПП композиты. Часть 36

Это связано с тем, что они ограничивают геометрию образцов для испытаний, особенно радиус надреза (за исключением ASTM D256-84, метод D) и отношение длины надреза к ширине образца. Более того, они не дают никаких указаний относительно изготовления образцов для испытаний, особенно в случае литья под давлением. Недостатки стандартных испытаний на удар были признаны давно. Однако в методологии произошли относительно небольшие изменения. Например, паз с квадратным сечением, предписанный немецким стандартом DIN 53453, плохо определен и неудовлетворителен в геометрическом плане. Значительная роль ширины образца или, другими словами, состояния напряжения на вершине надреза, лишь частично признается требованием указывать ширину образца вместе со значением ударной вязкости. Отсутствие четкого определения эталонного состояния, что имеет решающее значение, особенно в случае, когда ударная вязкость используется для сравнения материалов разного состава, является одним из основных недостатков всех стандартов по испытаниям пластмасс на ударную вязкость по Шарпи. В современной практике эти испытания во многом похожи на определение скорости течения расплава в качестве метода контроля качества для процессов производства композитов.

Полипропилен, его сополимеры и ПП композиты. Часть 36

Испытание на удар маятником с избыточной энергией приводит к количественному определению энергии, необходимой для разрушения стандартных образцов с использованием стандартного маятника при определенных условиях установки образца, надреза и скорости маятника при ударе. Согласно стандарту ASTM, энергия, теряемая маятником, представляет собой сумму энергий, необходимых для инициирования разрушения, распространения трещины, подбрасывания свободных концов образца, изгиба образца до точки разрушения, создания вибраций для преодоления трения в элементах маятника, для вдавливания образца в точке удара и для преодоления трения, вызванного трением ударной части о поверхность изогнутого образца. Инициирование разрушения являются наиболее важным для относительно хрупких материалов, при этом для перемещения свободных концов образца используется большая часть общей энергии для хрупких и плотных материалов. Предлагаемая поправка для кинетической энергии свободно движущихся частей является приблизительной, поскольку она не учитывает в достаточной степени вращательную и прямолинейную скорость. Для пластичных материалов распространение трещин может иметь большее значение по сравнению с инициированием разрушения, но остальные факторы (например, трение) также могут стать весьма значительными.

Другой сомнительный момент в стандартах – определение разрыва. Например, ASTM распознает четыре типа разрыва: полный разрыв, петельный разрыв, частичный разрыв и неразрыв. Чтобы правильно использовать данные в заданном наборе стандартных результатов, в отчеты не следует включать другие разрывы, кроме полного. Измеренную ударную вязкость нельзя сравнивать напрямую для любых двух материалов, которые испытывают различные типы разрушения, как определено выше. Согласно стандартам ASTM указанные средние значения должны быть получены для образцов, относящихся к группам с единичными отказами. Кроме того, если наблюдаются два режима отказа, среднее значение должно быть выполнено для каждого режима отдельно. Теперь рассмотрим стандартные испытания на ударную вязкость по Изоду Система испытания на удар по Изоду состоит из консольной балки, установленной вертикально в тисках до середины надреза. Для размещения испытуемого образца в тисках следует использовать специальный зажим. Верхняя плоскость тисков должна пересекать угол выемки пополам. Верхний край губки, закрепленной в тисках, должен иметь радиус 0,25 мм. Изменения в давлении зажима могут существенно изменить и результаты. Следовательно, необходимо стандартизировать величину зажимного давления, поскольку оно влияет на распространение трещин вручную нанесенных дефектов в испытательном образце (то есть, например, на то, в какой плоскости будут образовываться трещины).

Полипропилен, его сополимеры и ПП композиты. Часть 36

Однако следует иметь в виду, что стандартизация внешней прижимной силы не гарантирует равных напряжений внутри твердого тела. Хотя большая часть массы должна быть сосредоточена в головной части, зажим должен быть достаточно жестким, чтобы минимизировать потери энергии при колебаниях. Предлагаемый радиус передней части ударника составляет 0,79 мм. Высота падения ударника по вертикали составляет 610 мм, что обеспечивает скорость в точке удара около 3,46 м / с. Точка удара находится на стороне обработанной выемки на расстоянии 22 мм над верхней поверхностью тисков. Рекомендуется, чтобы рабочий диапазон молота не превышал 85% от общей энергии, которую он может передать. Однако для использования любого разумного математического анализа испытания, предполагающего постоянную скорость ударника во время удара, интервал энергии должен быть существенно сокращен. Процессы, способствующие потере энергии ударника во время удара, аналогичны описанным в предыдущих абзацах, посвященных испытаниям на удар по Шарпи. В следующей части продолжим рассмотрение механизма определения ударной вязкости по Изоду.

Полипропилен, его сополимеры и ПП композиты. Часть 36

Для получения более полной информации, надо обратиться к нашим специалистам по телефону
+7 (495) 268-0242, или почте info@nomitech.ru, они окажут помощь в подборе необходимого оборудования, которое будет соответствовать вашим требованиям как в части технических характеристик, так и в ценовом плане.

комментарии
Комментариев нет

Прежде, чем Вы сможете добавить свой комментарий, он будет проверен администратором.
вернуться назад