Ударные испытания с помощью маятниковых копров
Существуют 4 нормативных методики:
- Испытание по Шарпи (ISO 179-1, ASTM D 6110)
- Инструментированное испытание по Шарпи (ISO 179-2)
- Испытание по Изод (ISO 180, ASTM D 256, ASTM D 4508), а также "Unnotched cantilever beam impact" (ASTM D 4812)
- Испытания на ударное растяжение (ISO 8256 и ASTM D 1822)
- Испытание на ударный изгиб Dynstat (DIN 53435)
Различия ударных испытаний по ISO и ASTM:
Каждый маятник разрешено по ISO использовать в диапазоне от 10 % до 80 % от своего номинального энергоресурса. В ASTM эксплуатация разрешена в диапазоне до 85 %.
Принципиальное различие между ISO и ASTM состоит в выборе размера маятника. По ISO следует использовать наибольший возможный маятник, причем наложения между ступенями часто очень невелики. Это требование основано на убеждении, что спад скорости при разбивании образца должен быть как можно меньшим. В ASTM стандартный маятник обладает номинальным энергоресурсом в 2.7 Дж, а все другие размеры являются следствием удваивания. Здесь для испытания следует выбирать соответственно наименьший маятник.
Испытание на ударный изгиб по Шарпи (ISO 179-1, ASTM D 6110)
В рамках стандарта для одноточечных характеристик ISO 10350-1 испытание по Шарпи (ISO 179-1) является предпочтительной методикой. При этом предпочтительно проводятся испытания образцов без надреза, удар проводится по узкой стороне (1eU). Если образец в такой конфигурации не разрушается, то испытывают образцы с надрезом. При этом результаты испытаний нельзя сравнивать напрямую. Если и образцы с надрезом все еще не разрушаются, то используется методика ударного растяжения.
Преимущества ударных испытаний по Шарпи:
- В отличие от Изод, испытание по Шарпи обладает широким диапазоном применения и лучше всего подходит для испытаний материалов, проявляющих междуслойное разрушение среза или поверхностные эффекты.
- Кроме того, методика Шарпи предлагает преимущества при проведении низкотемпературных испытаний. Т.к. опоры образца удалены от надреза, предотвращается быстрая передача тепла на критические зоны образца.
Инструментированное испытание на ударный изгиб по Шарпи (ISO 179-2)
Благодаря регистрации кривой усилия/времени, можно посредством двойной интеграции при качественно высокоценной измерительной технике получать диаграмму усилия/перемещения с превосходной точностью. Полученные таким образом данные можно использовать по-разному.
- Дополнительные характеристики, позволяющие лучше понять свойства материала
- Характеристики механики разрушения
- Автоматическое, не зависимое от оператора определение типа разрушения на основе прохождения кривой на диаграмме усилия/перемещения
На измеренных кривых всегда показаны характерные колебания. При этом речь идет о колебаниях образца, частота которых находится в определенной функциональной связи с геометрией и размерами образца, а также значением модуля полимера.
Другим большим преимуществом инструментирования является большой диапазон измерения. В отличие от традиционных маятниковых копров, измеряется не энергия, а усилие. Т.к. электроника обеспечивает точные измерения уже при 1/100 номинального усилия, то нижний конец измеряемой энергии удара определяется, как правило, по длительности испытания и по собственной частоте измерительных элементов. По этой причине весь указанный в стандарте ISO 179-2 диапазон измерения можно покрыть двумя инструментированными маятниками: инструментированным маятником на 5 Дж для скорости удара 2,9 м/с и маятником на 50 Дж для скорости удара 3,5 м/с. Следуя этой методике, также проводится инструментирование испытаний по Изод и испытаний на ударное растяжение.
Испытание на ударный изгиб по Изод (ISO 180, ASTM D256, ASTM D4508, ASTM D4812)
- В рамках стандартов ASTM обычно проводят испытания по методу Изод, регламентированному в стандарте ASTM D256. При этом всегда испытывают образцы с надрезом.
- Реже используется регламентированный в стандарте ASTM D4812 метод "Unnotched cantilever beam impact", он похож на метод по Изод, только испытываются образцы без надреза.
- Если возможно изготовление только маленьких образцов, то можно использовать метод "Chip-impact" по ASTM D4508, являющийся копией испытания на ударный изгиб Dynstat.
Испытание на ударный изгиб Dynstat (DIN 53435)
- Некоторые немецкие автопроизводители используют для испытаний малых образцов метод ударного изгиба Dynstat. Преимущество этого метода состоит в использовании очень малых образцов, которые можно извлекать из относительно малых изделий.
- Этот метод регламентирован исключительно в стандарте DIN.
Испытание плиток на пробой
При определении характеристик формовочных масс особенный интерес вызывает испытание на пробой. Суть испытания состоит в многоосном напряжении тонкой плиты, прикладываемом с высокой скоростью деформации. Результат: диаграмма усилия/времени или усилия/перемещения, а также одноточечные характеристики, описывающие наряду с максимальным усилием также и прогиб в характеризующих точках диаграммы.
Испытание плит на пробой регламентировано в стандартах ISO 6603-2 и ASTM D 3763. Вариантом стандарта для испытаний пленок является ISO 7765-2.
Испытания проводятся при высоте сброса 1 м, что соответствует скорости удара в 4,43 м/с. Потенциальная энергия падающего груза должна как минимум в 2,73 раза превышать поглощаемую образцом энергию пробоя. Таким образом соблюдается требования стандарта к ограничению падения скорости максимум на 20 % от скорости удара.
При испытаниях вязких полимеров (например, поликарбоната) на наконечнике ударного снаряда возникает трение, которое может привести к значительному искажению результатов испытания. По этой причине стандарт предписывает слегка смазывать ударный снаряд.
Для низкотемпературных испытаний плиты следует достаточное время выдерживать при соответствующей температуре. Для этого используются стандартные холодильные камеры, устанавливаемые поблизости от испытательного прибора. Для испытания образцы извлекают из камеры, загружают в копер с падающим грузом и испытывают в течение нескольких секунд.
Копры с падающим грузом модельного ряда HIT 230F сконструированы таким образом, чтобы обеспечить свободный доступ к столу для образцов. При активации двуручного механизма сброса зажим закрывается и закрывает все подвижные грузы. Это предотвращает риск для оператора и позволяет проводить испытание в течение секунд. В отличие от приборов со встроенными термокамерами, конструкция копра HIT 230F характеризуется высокой пропускной способностью образцов в процессе испытаний на пробой и простотой в управлении.
Испытания на удар с помощью высокоскоростных испытательных машин
Высокоскоростные испытательные машины HTM находят универсальное применение при испытаниях пластмасс, т.к. обладают как очень большим диапазоном скорости испытания и усилия, так и высокой чувствительностью в области растяжения и сжатия. Установка термокамер позволяет проводить испытания в широком температурном диапазоне.
Сравнение методик испытаний с помощью высокоскоростных испытательных машин:
Многоосное испытание плит или пленок на пробой, например, по ISO 6603-2, ASTM D 3763 или по ISO 7765-2
Испытание на быстрый разрыв по ISO 18872 или заводским стандартам автомобильной промышленности
