Технические решения для промышленности
Закрыть
Технические решения для промышленности
Технологии

Полипропилен, его сополимеры и ПП композиты. Часть 37

8 ноября 2020
Полипропилен, его сополимеры и ПП композиты. Часть 37

Согласно действующим европейским и американским стандартам, формованные образцы для испытания на ударопрочность по Изоду должны иметь определенную ширину. Как правило, она составляет от 3,17 до 12,7 мм. В стандарте ASTM E399-82, который используется для определения статической вязкости разрушения, толщина образца связана со свойствами материала на основе результатов анализа LEFM, который неявно содержит требование определенного эталонного состояния напряжения. В случае ASTM E399 эталонным состоянием является напряженное состояние с плоской деформацией, что позволяет проводить значимое сравнение относительной вязкости разрушения материалов различного состава или использовать данные для целей проектирования. Произвольный выбор ширины образца в пределах рекомендованного интервала может вызывать большой разброс данных и изменение режима отказа. В конечном итоге это приводит к уникальным результатам, не имеющим серьезного значения для сравнения материалов или для целей проектирования. Поэтому следует использовать LEFM для определения подходящей толщины образца.

Еще одна серьезная проблемная зона – это нанесение насечек на образец. Есть несколько параметров, которые могут повлиять на качество и воспроизводимость процедуры. Среди наиболее важных – скорость резака и подачи, выбор режущего инструмента и охлаждение. Специалисты недавно исследовали влияние техники обработки на стандартизованную ударную вязкость полипропилена. Как было показано в предыдущих разделах, было разработано множество эмпирических тестов для измерения поглощения энергии пластмассами во время удара. Испытания предназначены для измерения энергии разрушения для образцов стандартного размера, однако их самое большое достоинство – это легкость и быстрота оценки силы удара. Испытания не являются внутренними показателями прочности. Следовательно, нет очевидной корреляции как со структурой, так и с производительностью. Изменение геометрии испытания изменяет относительные вклады процессов поглощения энергии и не дает какой-либо соответствующей точки отсчета для сравнения шероховатости материалов (о коэффициенте шероховатости и его измерении мы уже писали не раз в других циклах статей). Некоторые из недостатков стандартизированных испытаний на удар можно устранить с помощью приборов для испытаний. Специальные маятники и зажимы для падающих грузов могут использоваться в тестах образцов любой геометрии, описанной в предыдущих разделах. В частности, тесты Шарпи позволяют наиболее полно описать поведение материала во время удара.

Полипропилен, его сополимеры и ПП композиты. Часть 37

Теперь рассмотрим температурные эффекты и опишем такое явление, как переход полипропилена и, шире, пластиков от вязкого состояния к хрупкому, который также называется вязко-хрупким переходом. Обычно эффекты температуры и толщины рассматриваются вместе, поскольку предполагается, что оба они возникают из-за изменений предела текучести. Здесь они рассматриваются отдельно для более глубокого понимания проблемы. Температурная зависимость параметров вязкости разрушения (Gc и Kc) для нескольких полимеров была определена в широком диапазоне температур. Этот порог часто и называют вязко-хрупким или пластично-хрупким переходом. Температура, при которой возникает такой переход, предполагает, что за этот в первую очередь механический переход ответственны прежде всего структурно-зависимые процессы. Существует несколько теорий корреляции вязко-хрупкого перехода, полученных в результате испытаний на ударопрочность, со структурными переменными, выраженными в терминах термодинамических параметров, таких как Tg (температура стеклования) полимера, с использованием ударной вязкости в качестве основного параметра. Однако сомнительно, что какой-либо вязкоупругий процесс может играть такую важную роль, поскольку разрушение – это сильно локализованный процесс, и вклад в Tg вносит весь объем испытуемого образца, тогда как вклад в энергию разрушения вносит только небольшой объем.

Полипропилен, его сополимеры и ПП композиты. Часть 37

Кроме того, наблюдаемое резкое изменение вязкости разрушения может быть связано с изменением режима разрушения. Единое значение ударной вязкости можно использовать для сравнения относительной вязкости материалов, испытанных при различных температурах, только в очень ограниченных условиях, описываемых режимами разрушения классов I и II. Переход из режима I или II в режим III (то есть образования трещин) может происходить в исследуемом диапазоне температур, вызывая значительное увеличение измеренных энергий разрушения. Однако данные, полученные для режима III, не сопоставимы с данными, полученными в режимах I и II. Более того, использование LEFM и терминов вязкости разрушения, определенных LEFM, в анализе разрушения режима III очень ограничено, и при этом следует проявлять особую осторожность. Вышеупомянутый термодинамический подход, вероятно, может быть использован в случае диффузного разрушения (режим IV), когда весь образец вносит вклад в диссипацию энергии при разрушении. Более реалистичная интерпретация вязко-хрупкого перехода, основанная на представлении о механической природе этого перехода, была предложена на основе исследований поликарбоната, ПММА, полиэтилена, упрочненного полипропилена и нейлона. Концепция смешанного режима разрушения была использована для анализа экспериментальных данных по температурной зависимости.

Сама природа полимеров делает их механический отклик очень чувствительным к изменениям скорости деформации твердых частиц полимера. Скорости деформации, рассматриваемые здесь, намного выше этих значений для стандартных испытаний на растяжение или изгиб и намного ниже скоростей баллистической деформации, при которых испытываются пуленепробиваемые жилеты и другие полимерные изделия. Скорость удара варьируется от 1 до 10 м / с по сравнению со скоростью при стандартных испытаний на растяжение. Фактические скорости деформации внутри нагруженного твердого тела зависят от нагрузки и геометрии образца. Скорость деформации имеет большое влияние на пластичность пластика. Однако очень сложно определить скорость деформации во время испытания на удар. На основании экспериментальных наблюдений, показывающих, что кривая напряжение-деформация для HIPS была относительно линейной, а пластическая зона развивалась примерно за 0,1 мс, специалисты оценили скорость деформации на вершине надреза во время нагружающей части испытания на удар. Еще труднее оценить скорость деформации перед распространяющейся трещиной. Исследователи оценили скорость деформации на краю трещины, предполагая упругопластическое поведение с деформацией, ограниченной областью размера пластической зоны вершины трещины.

Полипропилен, его сополимеры и ПП композиты. Часть 37

Расчетные скорости деформации в этих случаях на пять-семь порядков превышают максимальные скорости деформации, достигаемые с помощью универсальных устройств для испытания на растяжение. В соответствии с интерпретацией полуэмпирического уравнения Вильямса – Ланделя – Ферри, Tg полимера, деформированного при таких скоростях деформации, должна снизиться примерно на 30–40 °C по сравнению с Tg, измеренной с помощью динамической сканирующей калориметрии (DSC) или низкочастотной динамической механической обработки с термическим анализом. Иными словами, выполнение испытания полипропилена на ударную вязкость с надрезом при комнатной температуре должно дать результаты, аналогичные результатам испытания на статическое растяжение при температуре от -30 до -40 °C. Теперь рассмотрим разрушение при ударной нагрузке. Одной из причин такого широкого использования ударных испытаний является тот факт, что материалы, пластичные при малых скоростях деформации, демонстрируют хрупкое разрушение в условиях ударной нагрузки. Хрупкая природа разрушения полимеров во время удара, в сочетании с приведенными выше представлениями о динамических эффектах во время такого процесса, естественным образом приводит к попытке использовать концепции LEFM для анализа данных испытаний на удар. Похоже, что сама природа этого испытания требует использования критерия разрушения, основанного на энергии. Следовательно, для анализа экспериментальных данных используется подход, основанный на скорости выделения критической энергии деформации. В следующей части поговорим о металлоценовых пластомерах, используемых в качестве модификаторов ударной вязкости полипропилена.

Полипропилен, его сополимеры и ПП композиты. Часть 37

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