Полипропилен, его сополимеры и ПП композиты. Часть 36

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.

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.

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).

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.