Испытания полимеров. Испытание полимерных материалов

1. Цель работы: . Студенты знакомятся с различными образцами полимерных материалов, предлагаемые преподавателем, исследуют такие основные свойства пластмасс, как теплостойкость, твердость, растяжение и др.

2.Теоретическое обоснование : Пластическими массами называют материалы, получаемые из синтетических или природных высокомолекулярных соединений (смол). Из них изготавливают разнообразные строительные материалы и изделия: для покрытия полов; облицовки стен и потолков, поганажные изделия, санитарно-техническое оборудование и др. Применение пластмасс позволяет повысить индустриальность строительных работ, сократить трудовые затраты, снизить стоимость строительства, а так же добиться значительной экономии цветных и черных металлов, древесины и др. Эффективность применения в строительстве материалов и изделий из пластмасс можно объяснить рядом их положительных физико-механических свойств - малой плотностью, высокой стойкостью к агрессивным средам, малой теплопроводностью, возможностью получения красиво окрашенных изделий. Недостатком их является низкая теплостойкость, сравнительно небольшая твердость и, кроме того, склонность к «старению» под воздействием солнечного света, воздуха и др. Следовательно, основными их физико-механическими свойствами следует считать твердость и теплостойкость. Для отдельных пластмасс и изделий из них важными свойствами являются истираемость (материал для полов), средняя плотность и теплопроводность (теплоизоляционные материалы), прочность (конструкционные материалы) и др.

3. Приборы и материалы .

3.1 Образцы полимерных материалов. 3.2 Прибор Мартенса для определения теплостойкости.

3.3 Прибор для определения твердости пластмасс. 3.4 Разрывная машина.

3.5 Штангенциркуль.

4. Программа работы .

4.1 Определение теплостойкости пластмасс на приборе Мартенса.

4.2 Определение твердости пластмассовых изделий по методу Бринелля.

4.3 Испытание пластмассовых изделий на разрыв.

5.Методика проведения работы .

5.1 Метод определения теплостойкости пластмасс по Мартенсу основан на установлении температуры, при котором образец под действием изгибающей нагрузки 5МПа прогибается. Прибор состоит из металлической плиты 14, на которой смонтировано зажимное устройство 13. В зажиме закрепляют образец 12 путем передвижения планок 10 винтом 11. Образец должен иметь форму бруска прямоугольного сечения размером 120*15*10мм. Способ и режим изготовления образцов предусмотрены в стандартах. Они должны быть ровными, гладкими, без вздутий, раковин, пор, заусенцев и трещин. Число образцов - не менее трех.

Испытываемый образец закрепляют в зажимах 10, верхний из которых имеет стержень 8 и груз 7. При этом следят за тем, чтобы образец был установлен строго вертикально, а стержни - горизонтально. Размещают груз на расстоянии l 1 от оси образца так, чтобы изгибающий момент М вызвал в образце напряжение 5МПа. Изгибающий момент определяют по формуле: M = /(b*h 2) , где p, p 1 и p 2 - вес стержня без груза, груза с винтом и указателя деформации, Н; l, l 1 и l 2 - расстояние от оси образца до центра тяжести стержня (без верхнего зажима), от оси образца до центра тяжести груза и от оси до точки опоры указателя, мм; b и h

Прибор устанавливают в термостат и выдерживают в нем 5 мин при температуре 25°С. Стрелку указателя прогиба устанавливают на нуль. Затем включают ток, температура при этом должна повышаться равномерно со скоростью 50°С/ч. Шарик термометра, которым измеряют температуру в термостате, должен находиться на уровне центра образца на расстоянии не более 25мм от него.

При соответствующей температуре пластмассовый образец деформируется под нагрузкой, вызывая опускание стержня 8 с указателем деформации. Как только указатель опустится по шкале на 6мм, отмечают температуру, которая определяет теплостойкость материала по Мартенсу. За окончательный результат принимают среднее арифметическое значение теплостойкости трех образцов. Результаты испытаний заносят в журнал для лабораторных работ, там же делают запись о внешнем виде образцов после испытания (сломался, расслоился, вспучился и тп.).

5.2Метод определения твердости по пластических масс по Бринеллю основан на вдавливании с определенной силой стального шарика в испытываемый материал и вычислении числа твердости по замеру глубины вдавливания. Нагрузка должна возрастать плавно до 2.5 кН.

Из подлежащего испытанию материала изготавливают образцы в форме пластин или брусков толщиной не менее 5 и шириной 15мм. Испытания проводят в лаборатории при температуре 20 ± 2°С.

Перед испытанием образцы следует выдержать не менее 16 часов. Образец помещают на опору 1 таким образом, чтобы шарик находился в центре ширины бруска. Затем шарик прижимают пружиной к испытываемому материалу и на рычаг помещают груз, сообщающий усилие 500Н. Стрелку на циферблате индикаторной головки устанавливают на нулевое деление. Нагрузку следует прикладывать плавно, без толчков, увеличивая ее от нуля до выбранного значения в течении 30 с. Максимальную нагрузку выдерживают 1 мин, после чего плавно снимают. Глубину отпечатка фиксируют с точностью до 0.01мм через 1 мин после начала приложения нагрузки и через 1 мин после снятия нагрузки. После проведения испытания повторно определяют твердость, переставляя образец на опоре так, чтобы центр второго отпечатка находился на расстоянии не менее 7.5 мм от центра первого. Испытанию подвергают 5 образцов, и на каждом образце проводят по два определения. Число твердости по Бринеллю НВ, МПа, определяют по формуле:

НВ = p / (p * d * h),

где p - нагрузка, прилагаемая к шарику, Н; d - диаметр шарика, мм;h - глубина отпечатка шарика, мм.

Окончательным результатом является среднее арифметическое определение твердости 5 образцов. Отношение упругой деформации к остаточной, Н, вычисляется по формуле, %:

Н = [(h - h 0) / h 0 ] * 100,

где h - глубина отпечатка шарика при нагрузке, мм;

h 0 - глубина отпечатка шарика при снятии нагрузки, мм.

Результаты испытаний заносят в журнал для лабораторных работ.

5.3 Испытание пластических масс на растяжение базируется на определении значения разрушающей силы.

Закрепив образец зажимами разрывной машины, включают электродвигатель и постепенно увеличивают нагрузку. Скорость движения зажимов при холостом ходе 10¸15 мм/мин для твердых пластмасс и 100¸500 мм/мин для эластичных. Испытания проводят до полного разрушения образца и отмечают разрушающую нагрузку. Предел прочности при растяжении, МПа:

Rp = p / (b * h),

b иh - ширина и толщина образца, мм.

При испытании пластических масс, растяжение которых сопровождается пластической деформацией (образование шейки), за величину для расчета предела прочности при растяжении принимают максимальную нагрузку. Результатом испытаний считают среднее арифметическое трех определений.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №21

Испытание линолеума.

1. Цель работы: . Студенты знакомятся с исследованиями связанными с линолеумом. Линолеум достаточно широко используется в качестве покрытия полов в строительном производстве, при возведении жилых и общественных зданий, замене старых покрытий. При этом не все линолеумы могут быть использованы для покрытия полов.

2.Теоретическое обоснование : Линолеум изготовляют в виде полотнищ, ковров и дорожек и применяют для покрытия полов в жилых, общественных и промышленных зданиях. Линолеумы подразделяются: по виду исходного сырья - на алкидные, поливинилхлоридные, коллоксилиновые, резиновые (релин) и др.; по внешнему виду - на одно- и многоцветные, гладкие, рифленые, тисненые и ворсовые; по структуре - без подосновные и с подосновой - тканевой, картонной и теплозвукоизолирующей (волокнистой и пористой). Линолеум отгружается заводом-изготовителем потребителю партиями. Размер партии линолеума одного цвета, узора и толщины устанавливается в количестве 3000м 2 .При поступлении линолеума в количестве менее 3000м 2 партия его принимается за целую. При оценке качества линолеума от поступившей партии отбирают 5% рулонов (но не менее двух рулонов) для внешнего осмотра и определения размеров. От одного из этих рулонов отрезают в любом месте (но не ближе 3 м от конца) полосу шириной 10 см по всей ширине рулона, из которой изготавливают образцы для испытаний на истираемость, твердость, упругость, водопоглощение.

3. Приборы и материалы .

3.1 Образцы линолеума.

3.2 Металлическая линейка.

3.3 Микрометр МК-25.

3.4 Металлический угольник.

3.5 Машина для истирания.

3.6 Шлифовальная мелкая шкурка на кожаной подкладке.

3.7 Индикаторная подставка.

3.8 Шариковый твердомер ТШМ-2.

4. Программа работы .

4.1 Проверка внешнего вида и размеров.

4.2 Определение истираемости.

4.3 Определение твердости.

5.Методика проведения работы .

5.1 Проверку внешнего вида и размеров начинают с осмотра отобранных рулонов. Длину и ширину линолеума с точностью до 1 мм измеряют металлической рулеткой. Толщину измеряют микрометром типа МК-25 в десяти точках, равномерно расположенных по ширине рулона, отступая от края кромки по 20 мм. Толщину вычисляют как среднее арифметическое 10 измерений, при этом разность между наибольшим измерением не должна превышать 0.4 мм. Размеры линолеума должны соответствовать требованиям стандарта на испытываемый материал.

Параллельность кромок проверяют прямоугольным металлическим шаблоном, измеряя ширину через каждый 1 м на длине участка равного 4м. По разности между предыдущими и последующими измерениями определяют параллельность кромок на 1м. Допускаемое отклонение параллельности кромок не должно превышать ±4 мм на 1 м. Кроме того, на кромках на должно быть заусенец. Лицевая поверхность должна быть гладкой, глянцевой или полуматовой без пятен, царапин, вмятин, раковин и бугров. Одноцветный линолеум должен иметь ровный, одинаковый тон окраски по всей поверхности. В многоцветном - рисунок должен иметь глубокую окраску в массе и быть четким, неискаженным.

Однородность строения цвета линолеума устанавливают следующим образом. В образце линолеума под углом 45° к его поверхности острым ножом делают в 5 местах разрезы. Поверхность свежих разрезов должна быть однородной по цвету и строению. Цвет линолеума не должен изменяться под воздействием воздуха, света и воды.

5.2 Испытание линолеума на истирание производится на испытательной машине (см. рис.1), которая состоит из площадки 1 , совершающей 40 возвратно-поступательных движений в 1 мин с амплитудой хода 106мм; диска 2 , вращающегося со скоростью 4 об/мин на котором укрепляется образец 8 испытываемого материала. Деталями машины являются также секторообразный груз 4 , массой 17 кг, с шириной в основании 140 мм с шлифовальной шкуркой 3 . Груз свободно вращается на оси 5 , проходящей через щелевые отверстия в грузе. Шлифовальную шкурку шириной 106 мм крепят на кожаной подкладке под основание груза. За время, когда образец вместе с площадкой пройдет расстояние 106 мм, он проскользнет на 36 мм. За счет этого проскальзывания и поворота образца он истирается на площади в виде круга диаметром 130 мм. Для замера изменения толщины образца применяют индикаторную подставку с индикатором, имеющим цену деления 0.01 мм. Индикатор закреплен на металлической стойке так, чтобы он мог перемещаться при изменении толщины

образца. Образцы размером 200*200 мм должны иметь толщину не более 20 мм. При определении истираемости более толстых материалов их разрезают так, чтобы толщина испытываемой части не превышала 20 мм. От одной партии линолеума берут не менее 3 образцов. Они должны иметь равную по всей площади толщину и поверхность.

5.3 Твердость является тем основным свойством, которое определяет эксплуатационные качества и долговечность линолеума. Для определения твердости используют шариковый твердомер ТШМ-2. На нем измеряют глубину погружения стального шарика диаметром 3 мм под нагрузкой 10 Н в течении 60 сек. Из испытываемого материала вырезают образец размером 50*50 мм, поверхность которого должна быть ровной и гладкой. Прибор устанавливают строго вертикально по уровню, и образец помещают под стальной шарик прибора. Вращая верхние звездочки 2 прибора, приводят шарик, запрессованный в наконечник, в соприкосновение с поверхностью образца и устанавливают стрелку индикатора на нуль. Вращением нижних звездочек 3 отпускают груз. Глубину погружения шарика по индикатору фиксируют с точностью 0.01 мм спустя 60 сек после начала движения стрелки. Вращением звездочек в обратную сторону приводят прибор в исходное положение. Испытание образца производят в 3 точках, расположенных на расстоянии 10мм друг от друга и от края образца. Показателями твердости служит глубина погружения шарика или число твердости. Глубину погружения (мм) определяют непосредственно на приборе, а число твердости (МПа) по формуле:

Н = Р / (p*d*h) , где

Р - вес груза, равный 1 Н; d - диаметр шарика, равный 0.3 см; h - глубина погружения шарика, см.

Показатель твердости линолеума вычисляют как среднее арифметическое значение трех испытаний.

6.1 Наименование работы.

6.2 Цель работы.

6.3 Приборы и материалы.

6.4 Ход работы.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №22

Методы испытаний полимерных материалов

Механические испытания. Испытания на твердость. Испытания на прочность при ударе. Тепловые испытания. Электрические испытания. Оптические испытания. Физические испытания. Реологические испытания. Испытания на воспламеняемость.

Механические испытания

1. Прочность, деформация и модуль упругости при растяжении ISO R527 (DIN 53455, DIN 53457, ASTM D638M)

Основой для понимания свойств материала являются сведения о том, как материал реагирует на любую нагрузку. Зная величину деформации, создаваемой данной нагрузкой (напряжением), конструктор может предсказать реакцию конкретного изделия на его рабочие условия. Зависимость напряжений и деформаций при растяжении являются наиболее широко публикуемыми механическими свойствами для сравнения материалов или конструирования конкретных изделий.

Лабораторная установка для проведения механических испытаний

Скорости при испытаниях:
Скорость А - 1 мм/мин - модуль растяжения.
Скорость В - 5 мм/мин - диаграмма напряжений при растяжении для смол со стекловолоконным наполнителем.
Скорость С - 50 мм/мин - диаграмма напряжений при растяжении для смол без наполнителя.

Зависимости напряжения-деформации при растяжении определяют следующим образом. Образец, имеющий форму двойной лопатки, растягивают с постоянной скоростью и регистрируют приложенную нагрузку и удлинение. После этого вычисляют напряжения и деформации:

Универсальный образец для испытаний ISO R527

Диаграмма напряжений
А: Предел пропорциональности.
B: Предел текучести.
С: Предел прочности.
Х: Разрушение.
0-А: Область предела текучести, упругие свойства.
После А: Пластичные свойства.

2. Прочность и модуль упругости при изгибе ISO 178 (DIN 53452, ASTM D790)

Современная установка для испытаний на изгиб: "Флексометр"

Прочность на изгиб является мерой, показывающей, насколько хорошо материал сопротивляется изгибу, или "какова жесткость материала". В отличие от нагрузки при растяжении, при испытаниях на изгиб все силы действуют в одном направлении. Обыкновенный, свободно опертый стержень нагружается в середине пролета: тем самым создается трехточечное нагружение. На стандартной машине для испытаний нагружающий наконечник давит на образец с постоянной скоростью 2 мм/мин.

Для вычисления модуля упругости при изгибе по зарегистрированным данным строится кривая зависимости прогиба от нагрузки. Начиная от исходной линейной части кривой, используют минимум пять значений нагрузки и прогиба.

Модуль упругости при изгибе (отношение напряжения к деформации) наиболее часто упоминают при ссылке на упругие свойства. Модуль упругости при изгибе эквивалентен наклону линии, касательной к кривой напряжения/деформации, в той части этой кривой, где пластик еще не деформировался.

Значения напряжений и модуля упругости при изгибе измеряются в МПа.

Испытания на изгиб

3. Испытания на износостойкость на машине Табера ISO 3537 (DIN 52347, ASTM D1044)

Испытания на износостойкость на машине Табера

При этих испытаниях измеряют величину потерь на истирание посредством абразивного истирания образца на машине Табера. Образец закрепляют на диске, вращающемся с частотой 60 об/мин. Силы, создаваемые грузами, прижимают абразивные круги к образцу. После заданного числа циклов испытания прекращают. Массу потерь на истирание определяют как массу частиц, которые были удалены с образца: эту массу выражают в мг/1000 циклов. Абразивные круги фактически представляют собой точильные камни в форме круга. Используются различные типы этих кругов.

4. Сравнение методов ISO (Международной организации по стандартизации) и ASTM (Американского общества по испытанию материалов).

Применение метода по стандарту ISO не только изменяет условия испытаний и размеры испытательной оправки (по сравнению с методом ASTM), но также требует стандартизованных конструкций пресс-формы и условий формования в соответствии со стандартом ISO 294. Это может привести к различиям в публикуемых значениях - не из-за изменения свойств материала, а из-за изменения метода испытаний. По методу ASTM образец для испытаний имеет толщину 3 мм, тогда как ISO выбрала образцы толщиной 4 мм.

Испытания на твердость

1. Сравнение твердостей по Бринеллю, Роквеллу и Шору

Соотношение шкал твердости

Испытание по Роквеллу определяет твердость пластиков после упругого восстановления деформации образца при испытании. В этом заключается отличие этого метода от испытаний на твердость по Бринеллю и Шору: при этих испытаниях твердость определяют по глубине проникновения под нагрузкой и, следовательно, исключают любое упругое восстановление деформации материала. Поэтому значения по Роквеллу не могут быть непосредственно соотнесены со значениями твердости по Бринеллю или Шору.

Диапазоны значений по шкалам A и D Шора могут быть сравнены с диапазонами значений твердости по отпечаткам, полученным по методу Бринелля. Однако линейной корреляции нет.

2. Твердость по Бринеллю ISO 2039-1 (DIN 53456)

Определение твердости по Бринеллю

Полированный закаленный стальной шарик диаметром 5 мм вдавливают в поверхность испытуемого образца (толщиной не менее 4 мм) с усилием 358 Н. Через 30 с после приложения нагрузки измеряют глубину отпечатка. Твердость по Бринеллю Н 358/30 рассчитывается как "приложенная нагрузка", деленная на "площадь поверхности отпечатка".

Результат выражают в Н/мм2.

3. Твердость по Роквеллу ISO 2039-2

Определение твердости по Роквеллу

Число твердости по Роквеллу непосредственно относится к твердости отпечатка на пластике: чем выше это число, тем тверже материал. Вследствии небольшого перекрытия шкал твердостей по Роквеллу для одного и того же материала можно получит два разных числа по двум разным шкалам, причем оба эти числа могут быть технически правильными.

Индентор, представляющий собой полированный закаленный стальной шарик, вдавливают в поверхность испытуемого образца. Диаметр шарика зависит от применяемой шкалы Роквелла. Образец нагружают "малой нагрузкой", затем "основной нагрузкой", после чего снова той же "малой нагрузкой". Фактическое измерение основано на общей глубине проникновения, эта глубина вычисляется как общая глубина после снятия основной нагрузки минус упругое восстановление после снятия основной нагрузки и минус глубина проникновения при малой нагрузке. Число твердости по Роквеллу вычисляется как "130 минус глубина внедрения в единицах по 0,002 мм".

Портативный тестер твердости по Роквеллу Лабораторный тестер твердости по Роквеллу

Числа твердости по Роквеллу должны находиться в пределах от 50 до 115. Значения, выходящие за эти пределы, считаются неточными: измерение необходимо повторить еще раз, используя следующую более жесткую шкалу. Шкалы возрастают по жесткости от R через L до М (с увеличением твердости материала). Нагрузки и диаметры инденторов более подробно указаны в таблице.

Шкала твердости	Диаметр шарика индентора Роквелла, мм
R	98,07	588,4	12,7
L	98,07	588,4	6,35
М	98,07	980,7	6,35

Если для более мягкого материала требуется менее жесткая шкала, чем шкала R, то определение твердости по Роквеллу не подходит. Тогда можно использовать метод определения твердости по Шору (ISO 868), который применяется для низкомодульных материалов.

4. Твердость по Шору ISO 868 (DIN 53505, ASTM D2240)

Определение твердости по Шору

Значениями твердости по Шору являются показания шкалы, полученные в результате проникновения в пластик определенного стального стержня. Эта твердость определяется склероскопами двух типов, оба из которых имеют калиброванные пружины для приложения нагрузки к индентору. Склероскоп А применяется для более мягких материалов, а склероскоп D - для более твердых.

Инденторы для склероскопов

Значения твердостей по Шору изменяются:
от 10 до 90 для склероскопа Шора типа А - мягкие материалы,
от 20 до 90 для склероскопа Шора типа D - твердые материалы.
Если измеренные значения >90А, то материал слишком тверд, и должен применяться склероскоп D.
Если измеренные значения <20D, то материал слишком мягок, и должен применяться склероскоп А.

Не существует никакой простой зависимости между твердостью, измеренной с помощью этого метода испытаний, и другими основными свойствами испытуемого материала.

Испытания на прочность при ударе

1. Понятие прочности при ударе

При стандартных испытаниях, например, испытаниях на растяжение и изгиб, материал поглощает энергию медленно. Реально материалы очень часто быстро поглощают энергию приложенного усилия, например, усилия от падающих предметов, ударов, столкновений, падений и т.д. Целью испытаний на прочность при ударе является имитация таких условий.

Для исследования свойств определенных образцов при заданных ударных напряжениях и для оценки хрупкости или ударной вязкости образцов применяются методы Изода и Шарпи. Результаты испытаний по этим методам не должны использоваться как источник данных для проектных расчетов компонентов. Информация о типовых свойствах материала может быть получена посредством испытания разных типов испытуемых образцов, приготовленных в различных условиях, с изменением радиуса надреза и температуры испытаний.

Испытания по обоим методам проводятся на ударном маятниковом копре. Образец зажимают в тисках, а маятниковый копер с закаленной стальной ударной поверхностью определенного радиуса отпускают с заданной высоты, что вызывает срез образца от резкой нагрузки. Остаточная энергия маятникого копра поднимает его вверх. Разность высоты падения и высоты возврата определяет энергию, затраченную на разрушение испытуемого образца. Эти испытания могут проводиться при комнатной температуре либо при пониженных температурах для определения хладноломкости. Испытуемые образцы могут быть разными по типу и размерам надрезов.

Результаты испытаний на удар падающим грузом, например, по методу Гарднера или изогнутой плитой, зависят от геометрии падающего груза и опоры. Их можно использовать только для определения относительного ранжирования материалов. Результаты испытаний на удар не могут считаться абсолютными, кроме случаев, когда геометрия испытательного оборудования и образца соответствуют требованиям конечного применения. Можно ожидать, что относительное ранжирование материалов по двум методом испытаний будет совпадать, если характер разрушения и скорости удара одинаковы.

2. Интерпретация результатов испытаний на удар - сравнение методов ISO и ASTM

Ударные характеристики могут в большой степени зависеть от толщины образца и ориентации молекул. Разные толщины образцов, используемых в методах ISO и ASTM, могут весьма значительно повлиять на значения прочности при ударе. Изменение толщины с 3 мм на 4 мм может даже привести к переходу характера разрушения от вязкого к хрупкому из-за влияния молекулярной массы и толщины образца с надрезом при использовании метода Изода, как это продемонстрировано для поликарбонатных смол. На материалы, уже показывающие хрупкий характер разрушения при толщине 3 мм, например, материалы с минеральными и стекловолоконными наполнителями, изменение толщины образца не влияет. Такими же свойствами обладают материалы с модифицирующими добавками, увеличивающими ударную прочность.

Влияние толщины и молекулярной массы образца с надрезом на результаты ударных испытаний поликарбонатных смол по Изоду

Необходимо четко представлять, что:
Изменились не материалы, а только методы испытаний;

Упомянутый переход от вязкого разрушения к хрупкому играет незначительную роль в реальной действительности: конструируемые изделия в преобладающем большинстве имеют толщину 3 мм и менее.

3. Ударная прочность по Изоду ISO 180 (ASTM D256)

Лабораторный прибор для измерения ударной прочности по Изоду

Результаты этих испытаний широко используются как справочные для сравнения ударных вязкостей материалов. Испытания образцов с надрезом на ударную прочность по Изоду лучше всего применимы для определения ударной прочности изделий, имеющих много острых углов, например ребер, пересекающихся стенок и других мест концентрации напряжений. При испытаниях на ударную прочность по Изоду образцов без надреза, применяется та же геометрия нагружения, за исключением того, что образец не имеет надреза (или зажат в тисках в перевернутом положении). Испытания этого типа всегда дают более высокие результаты по сравнению с испытаниями образцов с надрезом по Изоду из-за отсутствия места концентрации напряжений.

Ударной прочностью образцов с надрезом по методу Изода является энергия удара, затраченная на разрушение надрезанного образца, деленная на исходную площадь поперечного сечения образца в месте надреза. Эту прочность выражают в килоджоулях на квадратный метр: кДж/м2. Образец вертикально зажимают в тисках ударного копра.

Обозначения ISO отражают тип образца и тип надреза:
ISO 180/1A обозначает тип образца 1 и тип надреза А. Как можно увидеть на рисунке ниже, образец типа 1 имеет длину 80 мм, высоту 10 мм и толщину 4 мм.
ISO 180/1O обозначает тот же образец 1, но зажатый в перевернутом положении (указываемый как "ненадрезанный").
Образцы, используемые по методу ASTM, имеют подобные размеры: тот же радиус скругления у основания надреза и ту же высоту, но отличатся по длине - 63,5 мм и, что более важно, по толщине - 3,2 мм.

Результаты испытаний по ISO определяют как энергию удара в джоулях, затраченную на разрушение испытуемого образца, деленную на площадь поперечного сечения образца в месте надреза. Результат выражают в колоджоулях на квадратный метр: кДж/м2.

Результаты испытаний по методу ASTM определяют как энергию удара в джоулях, деленную на длину надреза (т.е. толщину образца). Их выражают в джоулях на метр: Дж/м. Практический коэффициент пересчета равен 10: т.е. 100 Дж/м равно приблизительно 10 кДж/м2.

Разная толщина образцов может отразиться на различных интерпретациях "ударной прочности", как показано отдельно.

Образцы для измерения ударной прочности

Метод измерения ударной прочности по Изоду

4. Ударная прочность по Шарпи ISO 179 (ASTM D256)

Прибор для измерения прочности по Шарпи

Основным отличием методов Шарпи и Изода является способ установки испытуемого образца. При испытании по методу Шарпи образец не зажимают, а свободно устанавливают на опору в горизонтальном положении.

Обозначения ISO отражают тип образца и тип надреза:
ISO 179/1C обозначает образец типа 2 и надрез типа CI;
ISO 179/2D обозначает образец типа 2, но ненадрезанный.

Метод измерения ударной прочности по Шарпи

Образцы, используемые по методу DIN 53453, имеют подобные размеры. Результаты по обоим методам ISO и DIN определяются как энергия удара в джоулях, поглощенная испытуемым образцом, деленная на площадь поперечного сечения образца в месте надреза. Эти результаты выражаются в килоджоулях на квадратный метр: кДж/м2.

Тепловые испытания

1. Теплостойкость по Вика ISO 306 (DIN 53460, ASTM D1525)

Лабораторный тестер теплостойкости по Вика

Эти испытания дают значение температуры, при которой пластик начинает быстро размягчаться. Круглую иглу с плоским концом, имеющую площадь поперечного сечения 1 мм², внедряют в поверхность пластикового испытуемого образца при определенной нагрузке, и температура повышается с равномерной скоростью. Теплостойкость по Вика (VST - температура размягчения по Вика) является температурой, при которой проникновение достигает 1 мм.

Определение теплостойкости по Вика

В стандарте ISO 306 описаны два метода:
Метод А - нагрузка 10 Н;
Метод В - нагрузка 50 Н.
... с двумя возможными скоростями повышения температуры:

50 °С/час;
120 °С/час.
Результаты испытаний по методу ISO обозначают в виде А50, А120, В50 или В120. Испытательную сборку погружают в нагревательную ванну с начальной температурой 23 °С. По истечении 5 мин прикладывают нагрузку 10 или 50 Н Температуру ванны, при которой наконечник индентора внедряется на глубину 1+0,01 мм, регистрируют как теплостойкость по Вика материала при выбранной нагрузке и скорости повышения температуры.

2. Интерпретация тепловых характеристик сравнение методов ISO и ASTM

Можно обнаружить некоторые различия в публикуемых результатах по методу ISO по сравнению со стандартами ASTM из-за разных размеров испытуемых образцов: значения деформационной теплостойкости, измеренные по методам ISO, могут быть ниже.

3. Деформационная теплостойкость и деформационная теплостойкость под нагрузкой ISO 75 (DIN 53461, ASTM D648)

Деформационная теплостойкость является относительной мерой способности материала выдерживать нагрузку в течение короткого периода времени при повышенных температурах. При этих испытаниях измеряют влияние температуры на жесткость: на стандартном испытуемом образце создаются определенные поверхностные напряжения, и температуру повышают с равномерной скоростью.

Образцы, используемые в испытаниях бывают отпущенные (annealed) и неотпущенные (unannealed). Отпуск представляет собой процесс, при котором образец нагревают до определенной температуры, некоторое время выдерживают при ней, а затем постепенно понижают температуру до уровня окружающей среды. Такие действия позволяют снизить или полностью удалить внутренние напряжения в теле образца, возникшие, например, в момент ускоренной полимеризации в термопластавтомате.

По обоим стандартам ISO и ASTM нагруженный испытуемый образец погружают в нагревательную ванну, заполненную силиконовым маслом.

Поверхностные напряжения образца бывают:

Низкими - для методов ISO и ASTM - 0,45 МПа;
Высокими - для метода ISO - 1,80 МПа, а для метода ASTM - 1,82 МПа.
Действие силы допускается в течение 5 мин, но этот период выдержки может быть пропущен, если испытуемые материалы не проявляют заметной ползучести в течение первых 5 минут. По истечении 5 мин исходную температуру ванны 23 °С повышают с равномерной скоростью 2 °С/мин.

За деформацией испытуемого образца ведется непрерывное наблюдение:

температуру, при которой прогиб достигает 0,32 мм (ISO) и 0,25 мм (ASTM), регистрируют как "деформационную теплостойкость под нагрузкой" или просто "деформационную теплостойкость" (температура тепловой деформации).

Несмотря на отсутствие упоминаний в обоих стандартах по испытаниям, обычно используют два сокращения:

DTUL- Деформационная теплостойкость под нагрузкой
HDT- Деформационная теплостойкость или теплостойкость при изгибе

Определение деформационной теплостойкости

В общей практике сокращение DTIL используется для результатов, полученных по методу ASTM, а сокращение HDT - для результатов по методу ISO.
В зависимости от созданного поверхностного напряжения к сокращению HDT добавляют буквы А или В:

HDT/A для нагрузки 1,80 МПа
HDT/B для нагрузки 0,45 МПа

4. Деформационная теплостойкость (HDT) и аморфные и полукристаллические пластики

Для аморфных полимеров значения HDT примерно совпадают со значениями температуры стеклования Tg материала.

Поскольку аморфные полимеры не имеют определенной температуры плавления, они обрабатываются в своем, высокоэластическом состоянии при температуре выше Tg.

Кристаллические полимеры могут иметь низкие значения HDT и еще обладать конструктивной полезностью при более высоких температурах: метод определения HDT более воспроизводим с аморфными пластиками, чем с кристаллическими. Для некоторых полимеров может потребоваться отпуск (отжиг) испытуемых образцов для получения достоверных результатов.

При добавлении стекловолокон в полимер, повышается его модуль. Поскольку HDT представляет собой температуру, при которой материал имеет определенный модуль, увеличение модуля также повышает значение HDT. Стекловолокно оказывает большее влияние на HDT кристаллических полимеров по сравнению с аморфными полимерами.

Несмотря на широкое использование для указания рабочей характеристики при высокой температуре, испытания по определению HDT имитируют только узкий диапазон условий. Во многих высокотемпературных вариантах применения изделия работают при более высоких температурах, большей нагрузке и без опор. Поэтому результаты, полученные при этом методе испытаний, не представляют максимальную температуру применения, поскольку в реальной действительности такие существенные факторы, как время, нагрузка и номинальные поверхностные напряжения могут отличаться от условий испытаний.

5. Вдавливание шарика EC335-1

Это испытания на теплостойкость, подобные испытаниям по методу Вика. Образец горизонтально устанавливают на опору в нагревательной камере и вдавливают в него шарик диаметром 5 мм с усилием 20 Н. По истечении одного часа шарик удаляют, образец охлаждают в воде в течении 10 сек и измеряют отпечаток, оставленный шариком. Если диаметр отпечатка менее 2 мм, то считают, что материал прошел испытания на вдавливание шарика при данной температуре.

Испытание на вдавливание шарика

В зависимости от варианта применения, температура испытаний может меняться:
75 °C для деталей, не находящихся под напряжением,
125 °C для деталей под напряжением.

6. Теплопроводность ASTM C 177

Термоизолирующие свойства пластиков определяются посредством измерения теплопроводности. Широкие пластины пластика устанавливают по обе стороны небольшой нагреваемой плиты, а к свободным поверхностям пластин прикрепляют теплоотводы. Термоизоляторы, расположенные вокруг испытательной камеры, предотвращают радиальные потери тепла. После этого можно измерить аксиальный поток тепла через пластиковые пластины. Результаты регистрируются в Вт/м°C.

7. Относительный теплопроводный индекс, RTI UL 746B

Называемый ранее Допустимой температурой непрерывного использования (CUTR) относительный температурный индекс (RTI) представляет собой максимальную эксплуатационную температуру, при которой все критические свойства материала остаются в допустимых пределах в течение длительного периода времени.

Согласно стандарту UL 746B одному материалу могут быть присвоены три независимых индекса RTI:

Электрический - посредством измерения электрической прочности диэлектрика.
Ударный механический - посредством измерения ударной прочности при растяжении.
Безударный механический - посредством измерения прочности на растяжение.
Эти три свойства были выбраны как критические показатели в испытаниях из-за их чувствительности к высоким температурам при использовании.

Тепловые характеристики материала в течение длительного времени испытывают в сравнении со вторым контрольным материалом, для которого уже определен индекс RTI и который показал хорошие характеристики.

Исходя из термина "относительный температурный индекс", контрольный материал применяется потому, что характеристикам, ухудшающимся при повышении температуры, присуща изначальная чувствительность к переменным факторам самой программы испытаний. На контрольный материал оказывают влияние те же специфические сочетания этих факторов в процессе испытания, что обеспечивает достоверную базу для сравнения с испытуемым материалом.

В идеальном случае измеряемые в течение длительного времени тепловые характеристики можно было бы оценивать посредством старения испытуемого материала при нормальной температуре в течение длительного периода времени. Однако это непрактично для большинства вариантов применения. Поэтому осуществляется ускоренное старение при значительно более высоких температурах. В процессе старения образцы испытуемого и контрольного материалов помещают в печи, в которых поддерживается заданная постоянная температура. Образцы испытуемого и контрольного материалов извлекают в заданные моменты времени, а затем испытывают на сохранение основных свойств. Посредством измерения трех упомянутых свойств в зависимости от времени и температуры можно математически вычислить "конец срока эксплуатации" для каждой температуры. Этот "конец срока эксплуатации" определяют как время, за которое свойства материала ухудшились на 50% по сравнению с исходными показателями. Подстановкой данных испытаний в уравнение Аррениуса можно определить максимальную температуру, при которой испытуемый материал будет иметь удовлетворительный срок эксплуатации. Эта расчетная температура является индексом RTI для каждого свойства материала.

Понимание методики определения индекса RTI позволяет конструктору использовать этот индекс для прогнозирования того, как детали, формируемые из данного материала, будут работать при реальной эксплуатации под действием повышенных температур.

8. Коэффициент линейного теплового расширения ASTM D696, DIN 53752

Каждый материал при нагревании расширяется. Полимерные детали, изготовленные методом литья под давлением, расширяются и изменяют размеры пропорционально повышению температуры. Для оценки этого расширения конструкторы используют коэффициент линейного теплового расширения (CLTE), определяющий изменения длины, ширины и толщины формованной детали. Аморфные полимеры в основном отличаются согласующимися скоростями расширения по всему своему практически используемому диапазону температур. Кристаллические полимеры в основном проявляют повышенные скорости расширения при температурах выше их температуры стеклования.

Дополнение наполнителей, создающих анизотропию, значительно влияет на коэффициент CLTE полимера. Стекловолокно обычно ориентированно в направлении фронта течения: при нагревании полимера волокна препятствуют расширению вдоль своей оси и снижают коэффициент CLTE. В направлениях, перпендикулярных направлению течения и толщине, коэффициент CLTE будет выше.

Полимеры могут быть составлены по рецептуре с коэффициентом CLTE, соответствующим коэффициентам теплового расширения металлов или других материалов, используемых в комбинированных конструкциях, например в автомобильных деталях.

Электрические испытания

1. Электрическая прочность диэлектрика IEC 243-1

Лабораторная установка для измерения электрической прочности

Электрическая прочность диэлектрика отражает электрическую прочность изоляционных материалов при разных частотах электропитания (от 48 Гц до 62 Гц) либо является мерой сопротивления пробою диэлектрического материала под приложенным напряжением. Приложенное напряжение непосредственно перед пробоем делят на толщину образца, чтобы получить результат в кВ/мм.

Окружающей средой могут быть воздух или масло. Зависимость от толщины может быть существенной, и поэтому все результаты регистрируются при данной толщине образца.

На результаты влияют многие факторы:

Толщина, однородность и содержание влаги в испытуемом образце;
Размеры и теплопроводность испытательных электродов;
Частота и форма кривой прикладываемого напряжения;
Температура, давление и влажность окружающей среды;
Электрические и тепловые характеристики окружающей среды.
2. Поверхностное удельное сопротивление IEC 93 (ASTM D257)

Когда изоляционный пластик находится под воздействием напряжения, часть общего тока протекает вдоль поверхности пластика, если имеется другой проводник или провод заземления, подсоединенные к этому изделию. Удельное поверхностное сопротивление является мерой способности сопротивления этому поверхностному току.

Оно измеряется как сопротивление, когда между смонтированными на поверхности единичной ширины электродами с единичным расстоянием между ними протекает постоянный ток. Это сопротивление измеряется в Омах, иногда называемых "Омах на квадрат".

3. Объемное удельное сопротивление IEC 93 (ASTM D257)

При приложении электрического потенциала поперек изолятора, протекание тока будет ограничено свойствами сопротивления материала. Объемное удельное сопротивление представляет собой электрическое сопротивление при приложении электрического напряжения к противоположным граням единичного куба.

Измеряется в Ом*см. На объемное удельное сопротивление оказывают влияние окружающие условия, действующие на материал. Оно изменяется обратно изменению температуры и немного уменьшается во влажной окружающей среде. Материалы с объемным удельным сопротивлением более 108 Ом*см считаются изоляторами. Частичные проводники имеют значения объемного удельного сопротивления от 103 до 108 Ом*см.

4. Относительная диэлектрическая постоянная IEC 250

Как указано в стандарте IEC 250, "относительная диэлектрическая постоянная изоляционного материала представляет собой отношение емкости конденсатора, в котором пространство между и вокруг электродов заполнено изоляционным материалом, к емкости конденсатора с той же конфигурацией электродов в вакууме".

В вариантах применения диэлектриков с переменным током требуемыми характеристиками являются хорошее удельное сопротивление и низкое рассеяние энергии. Рассеяние электроэнергии приводит к неэффективности функционирования электронных компонентов и вызывает повышение температуры пластиковой детали, которая служит диэлектриком. В идеальном диэлектрике, например в вакууме, отсутствуют потери энергии на дипольное перемещение молекул. В сплошных материалах, например в пластиках, дипольное перемещение становится одним из влияющих факторов. Мерой такой неэффективности является относительная диэлектрическая постоянная (ранее называвшаяся диэлектрической константой).

Это безразмерный коэффициент, получаемый делением параллельной емкости системы с пластиковым диэлектрическим элементом на емкость системы с вакуумом в качестве диэлектрика. Чем меньше это число, тем лучше характеристики материала в качестве изолятора.

5. Коэффициент рассеяния IEC 250

Как указано в стандарте IEC 250, "угол диэлектрических потерь изоляционного материала представляет собой угол, на который разность фаз между приложенным напряжением и полученным током отклоняется от величины Пи/2 радиан, когда диэлектрик конденсатора состоит исключительно из испытуемого диэлектрического материала. Коэффициент рассеивания tg d диэлектрического изоляционного материала является тангенсом угла потерь d".

В идеальном диэлектрике кривые напряжения и тока не совпадают по фазе точно на 90°. Когда диэлектрик становится эффективным менее чем на 100%, волна тока начинает отставать от напряжения прямо пропорционально. Величина волны тока, которая отклоняется от несовпадения на 90° по фазе с напряжением, определяется как "угол потерь диэлектрика". Тангенс этого угла называют "тангенсом потерь" или "коэффициентом рассеяния".

Низкий коэффициент рассеяния является весьма важным для пластиковых изоляторов в высокочастотных вариантах применения, например, в радиолокационном оборудовании и деталях, работающих в условиях воздействия СВЧ: меньшие значения соответствуют более лучшим диэлектрическим материалам. Высокий коэффициент рассеивания имеет важное значение для производительности сварки.

Относительную диэлектрическую постоянную и коэффициент рассеивания измеряют на одном и том же испытательном оборудовании. Полученные результаты испытаний в большой степени зависят от температуры, содержания влаги, частоты и напряжения.

6. Дугостойкость ASTM D495

В тех случаях, когда допускают прохождение электрического тока через поверхность изолятора, эта поверхность повреждается через некоторое время и становится проводимой.

Дугостойкость (Arc Resistance) является величиной времени в секундах, требующегося для создания проводимости изоляционной поверхности при высоком напряжении и низкоамперной дуге. В другом варианте дугостойкостью называют время, в течение которого поверхность пластика может сопротивляться образованию непрерывной токопроводящей дорожки под воздействием высокого напряжения с низкоамперной дугой при особых условиях.

7. Сравнительный индекс трекинга (Сравнительный индекс пробоя) IEC 112

Индекс трекинга представляет собой относительное сопротивление электроизоляционных материалов образованию проводящей дорожки, когда поверхность, находящаяся под электростатическим напряжением, подвергается воздействию загрязнителей, содержащих воду. Определение сравнительного индекса трекинга (CTI) и испытания CTI-M проводятся для оценки безопасности компонентов, на которых имеются детали, находящиеся под напряжением: изоляционный материал между деталями под напряжением должен быть стойким к диэлектрическому трекингу. Индекс CTI определяют как максимальное напряжение, при котором не происходит отказа изоляции после воздействия 50 капель водного раствора хлорида аммония. Желательны высокие значения индекса CTI. Материалы, отвечающие требованиям к индексу CTI при напряжении 600 В, называют смолами "с высоким трекингом".

Испытательная процедура определения индекса CTI сложна. Факторами влияния являются состояние электродов, электролита и поверхности образца, а также прилагаемое напряжение.

Результаты могут быть снижены внесением добавок, например:

Пигментов, в частности углеродной сажи,
Антипиринов,
Стекловолокна.
Следовательно, в общем случае не рекомендуется применять материалы с антипиринами, углеродной сажей и стекловолокном, когда определение стойкости к диэлектрическому трекингу является основным требованием.

Минералы (TiO2) имеют тенденцию к повышению значений индекса CTI.

8. Испытания CTI

Испытания CTI проводятся с применением двух платиновых электродов с заданными размерами, ровно опирающимися немного скругленными "стамесочными" кромками на испытуемый образец.

Минимальное напряжение, приложенное к электродам, обычно равно 175 В. Если детали находятся под высоким электростатическим напряжением, то задается разность потенциалов в 250 В. Напряжение прикладывается поэтапно ступенями по 25 В: максимальное напряжение составляет 600 В.

Поверхность испытуемого материала увлажняют 50 каплями 0,1%-ного раствора хлорида аммония в дистиллированной воде (так называемым раствором А), падающими по центру между двумя электродами. Размеры и частота падения капель электролита регламентированы. Если при выбранном напряжении ток отсутствует, то испытание повторяют с напряжением, повышенным на 25 В, до тех пор, пока не появится ток. Это напряжение, пониженное на одну ступень 25 В, называют индексом CTI. После этого испытание повторяют с напряжением на 25 В ниже напряжения CTI, но со 100 каплями электролита вместо 50. Определяют напряжение, при котором 100 капель не вызывают ток. Это значение можно указать в скобках () в дополнение к значению CTI при воздействии 50 капель электролита.

Испытание на определение CTI

9. Испытания CTI-M

Испытания CTI-M подобны испытаниям CTI, за исключением того, что в них используется более агрессивный смачивающий агент (М означает сокращение от французского слова "mouille" - "увлажненный"). Раствор В содержит 0,1% хлорида аммония и 0,5% алкилнафталенсульфоната. Отверстия, создаваемые эрозией, можно также измерить и зарегистрировать их глубину.
Пример регистрации: CTI 375 (300) M-0,8 означает:

50 капель раствора В не создают ток при напряжении 375 В.
100 капель не создают ток при напряжении 300 В.
Глубина эрозионных отверстий в поверхности образца может составлять 0,8 мм.

В соответствии со стандартом UL94, для классификации безопасности материалов, использующихся для компонентов электрических приборов, были разработаны комплексы тестов на сопротивляемость полимера электрическому току и возгораниям.

По результатам данных тестов, материалы делятся на категории PLC (Performance Level Categories):

Сравнительный индекс трекинга

Дугостойкость, D495

Индекс пробоя дугой высокого напряжения (HVTR)

Испытание на возгораемость раскаленной проволокой (HWI)

Воспламенение от дуги высокого тока (HAI)

NA - Количество разрядов до воспламенения Категория PLC
120 <= NA 0
60 <= NA < 120 1
30 <= NA < 60 2
15 <= NA < 30 3
0 <= NA < 15 4

Оптические испытания

1. Мутность и светопропускание ASTM D1003

Мутность вызывается рассеянием света в материале и может быть следствием влияния молекулярной структуры, степени кристаллизации либо посторонних включений на поверхности или внутри образца полимера. Мутность свойственна только полупрозрачным или прозрачным материалам и не относится к непрозрачным материалам. Мутность иногда считают противоположностью к глянцу, который собственно может быть поглощением падающего пучка света. Однако согласно методу испытания на мутность, фактически измеряют поглощение, пропускание и отклонение луча света полупрозрачным материалом.

Образец помещают на пути узкого пучка света таким образом, что часть света проходит через образец, а другая часть не встречает препятствия. Обе части пучка проходят в сферу, оснащенную фотодетектором.

Можно определить две величины:

Общую интенсивность пучка света;
Количество света, отклоненного более чем на 2,5° от исходного пучка.
По этим двум величинам можно вычислить следующие два значения:

Мутности, или процента подающего света, рассеянного более чем на 2,5°,
Коэффициента светопропускания, или процента падающего света, который пропускается через образец.

2. Глянец DIN 67530, ASTM D523

Глянец связан со способностью поверхности отражать больше света в некотором направлении по сравнению с другими направлениями. Глянец можно измерить с помощью глянцемера. Яркий свет отражается от образца под углом, а яркость отраженного света измеряют фотодетектором. Наиболее часто используют угол 60°. Более блестящие материалы можно измерять под углом 20°, а матовые поверхности - под углом 85°. Глянцемер калибруют при помощи эталона из черного стекла, имеющего значение глянца 100.

Пластики имеют меньшие значения - они строго зависят от способа формования.

Метод измерения глянца

3. Мутность и глянец

В методах испытаний мутности и глянца измеряют, насколько хорошо материал отражает или пропускает свет. Эти методы количественно определяют классификацию материала, например "прозрачный" или "блестящий". Тогда как мутность свойственна только прозрачным или полупрозрачным материалам, глянец можно измерить для любого материала. Оба вида испытаний на мутность и глянец являются точными. Но они часто используются для оценки внешнего вида, который более субъективен. Корреляция между значениями мутности и глянца, а также то, как люди оценивают "прозрачность" или "блеск" пластика, являются неопределенными.

4. Коэффициент преломления DIN 53491, ASTM D542

Определение коэффициента преломления

Пучок света пропускают через прозрачный образец под определенным углом. Отклонение пучка, вызываемое материалом при прохождении пучка через образец, представляет собой коэффициент преломления, который определяют делением sin a на sin b.

Физические испытания

1. Плотность ISO 1183 (DIN 53479, ASTM D792)

Плотность представляет собой массу, деленную на единицу объема материала при 23° С, и обычно выражается в граммах на сантиметр кубический (г/см3) или в граммах на миллилитр (г/мл). "Удельная плотность" является отношением массы данного объема материала к массе того же объема воды при указанной температуре.

Плотность можно измерить несколькими методами, как описано в стандарте ISO 1183:

Метод погружения пластиков в готовом состоянии.

Пикнометрический метод для пластиков в виде порошков, гранул, таблеток или формованных изделий, уменьшенных до небольших частиц.

Метод титрования для пластиков формы, подобной формам, требующимся для метода А.

Метод градиентных столбиков плотности для пластиков, подобных требуемым для метода А.

Градиентные столбики плотности представляют собой столбики жидкости, плотность которых равномерно увеличивается от верха вниз. Они особенно пригодны для измерения плотности малых образцов изделий и для сравнения плотностей.

2. Водопоглощение ISO 62 (ASTM D570)

Пластики поглощают воду. Содержание влаги может привести к изменению размеров или таких свойств, как сопротивление электроизоляции, электрические потери диэлектриков, механическая прочность и внешний вид.

Определение водопоглощения пластикового образца определенных размеров осуществляется посредством погружения образца в воду на заданный период времени и при заданной температуре. Результаты измерений выражают либо в миллиграммах поглощенной воды, либо как процент увеличения массы. Сравнить водопоглощение разными пластиками можно только тогда, когда испытуемые образцы идентичны по размерам и находятся в одинаковом физическом состоянии.

Испытуемые образцы предварительно подвергают сушке при 50 оС в течении 24 часов, охлаждают до комнатной температуры и взвешивают, перед тем как погрузить в воду заданной температуры на заданный период времени.

Водопоглощение может быть измерено:

Образцы помещают в сосуд с дистиллированной водой при температуре 23° С.

Через 24 часа образцы осушают и взвешивают.

Образцы помещают в кипящую воду на 30 мин, охлаждают в течение 15 мин в воде при температуре 23°С и снова взвешивают.

До насыщения

Образцы погружают в воду при температуре 23°С до их полного насыщения водой.

Водопоглощение можно выразить как:

Массу поглощенной воды,
Массу поглощенной воды на единицу площади поверхности,
Процент поглощенной воды по отношению к массе испытуемого образца.

Реологические испытания

1. Усадка при формовании ISO 2577 (ASTM D955)

Усадка при формовании представляет собой разность между размерами формы и формованной детали, полученной в этой форме. Она регистрируется в % или в миллиметрах на миллиметр.

Значения усадки при формовании регистрируются как параллельно течению материала ("в направлении течения"), так и перпендикулярно течению ("в направлении, поперечном течению"). Для стекловолоконных материалов эти значения могут значительно отличаться. Усадка при формовании может также изменяться и от других параметров: например, конструкции детали, конструкции формы, температуры формы, удельного давления впрыска и времени цикла формования.

Значения усадки при формовании (при измерении на простых деталях типа образца для испытаний на разрыв или диска) являются только типовыми данными для выбора материала. Их нельзя применять к конструкциям деталей или инструмента.

2. Скорость течения расплава/Индекс расплава ISO 1133 (DIN 53735, ASTM D 1238)

При испытаниях на скорость течения расплава (MFR) или индекс расплава (MFI) измеряют течение расплавленного полимера через выдавливающий пластометр при заданных условиях температуры и нагрузки. Выдавливающий пластометр состоит из вертикального цилиндра с небольшой головкой диаметром 2 мм в нижней части и съемного поршня в верхней части. Заряд материала помещают в цилиндр и предварительно нагревают в течение нескольких минут. Поршень устанавливают на верхнюю поверхность расплавленного полимера, и его вес продавливает полимер через головку на сборную плиту. Период времени испытаний изменяется от 15 с до 6 мин в зависимости от вязкости пластиков. Используемые значения температуры: 220, 250 и 300°С. Массы прилагаемых нагрузок составляют 1.2, 5 и 10 кг.

Количество полимера, собранного после заданного периода испытаний, взвешивают и пересчитывают в количество граммов, которое могло быть выдавлено через 10 мин. Скорость течения расплава выражают в граммах на эталонное время.

Пример: MFR (220/10)=хх г/10 мин - означает скорость течения расплава при испытательной температуре 220°С и массе номинальной нагрузки 10 кг.

Метод измерения индекса расплава

Скорость течения расплава полимеров зависит от скорости сдвига. Скорости сдвига при этих испытаниях значительно меньше скоростей, используемых в нормальных условиях изготовления. Поэтому данные, полученные этим методом, могут не всегда соответствовать их свойствам при фактическом использовании.

3. Объемный расход расплава/Объемный индекс расплава ISO 1133 (DIN 53735, ASTM D 1238)

В стандарте DIN 53735 описаны три метода измерения течения:
"Verfahren A"

"Verfahren B", включающий, в свою очередь, два метода:

Метод Verfahren A заключается в измерении массы при выдавливании пластика через заданную головку.

Метод Verfahren B заключается в измерении перемещения поршня и плотности материала при подобных условиях.

По методу Verfahren B/Mebprinzip 1 измеряют расстояние, на которое перемещается поршень.

По методу Verfahren B/Mebprinzip 2 измеряют время, в течение которого перемещается поршень.

Подводя итого по этим методам, можно сказать, что индекс течения по Verfahren A стандарта DIN 53735 равен скорости течения MFR по стандарту ISO 1133.

В верхней части описания этих различных методов в стандарте DIN 53735 описан объемный индекс течения (MVI). (В стандарте ISO 1133 индекс MVI не упоминается.)

Индекс MVI определяют как объем пластика, который выдавливается через головку в течение заданного времени.

Индекс MFI определяют как массу пластика, выдавливаемого через головку в течение заданного времени. Индекс MVI выражается в см³/10 мин, а индекс MFI в г/10 мин.

Используемые значения температуры равны 220, 250, 260, 265, 280, 300, 320 и 360°С. Масса используемых грузов - 1.2; 2.16; 3.8; 5; 10 и 21 кг.

Пример: MVI (250/5) означает объемный индекс течения в см³/10 мин для испытательной температуры 250°С и номинальной массы груза 5 кг.

4. Вязкость расплава DIN 54811

Свойства расплава определяют в капиллярном вискозиметре. Измеряют либо давление при заданном объемном расходе потока и данной температуре, либо объемный расход потока при данном давлении. Вязкость расплава (MV) представляет собой коэффициент фактического напряжения сдвига t и фактического напряжения сдвига f. Она выражается в Па*с.

5. Практическое применение характеристик MV, MFR/MFI, MVI в производстве

Метод MV с измерением в капиллярном вискозиметре имеет большое сходство с нормальным процессом экструзии. Как таковой, метод MV является хорошей основой для сравнения течения материалов, отливаемых под давлением: он представляет вязкость при прохождении расплава через насадку. Методы MFR/MFI и MVI, при которых скорость сдвига слишком мала, не пригодны к использованию в процессе литья под давлением. Они являются хорошими справочными сведениями для контроля изготовителем и переработчиком, получаемыми легко, быстро и недорого, но не годятся для выбора материала с точки зрения его ожидаемого течения при формовании.

Испытания на воспламеняемость

1. Общие сведения о воспламеняемости по стандарту UL94

Наиболее широко распространенными стандартами по характеристикам воспламеняемости являются стандарты категорий UL94 (научно-исследовательских лабораторий страховых компаний) для пластиков. Эти категории определяют способность материала к гашению пламени после воспламенения. Может быть присвоено несколько категорий на основе скорости горения, времени гашения, стойкости к образованию капель и в зависимости от того, горючи или негорючи образующиеся капли. Каждому испытуемому материалу может быть присвоено несколько категорий в зависимости от цвета и/или толщины. При конкретном выборе материала для применения категория UL должна определяться по самой тонкой стенке пластиковой детали. Категория UL всегда должна указываться вместе с толщиной: простое указание категории UL без толщины недостаточно.

2. Краткое описание классификационных категорий стандарта UL94

HB
Медленное горение горизонтального образца.
Скорость горения менее 76 мм/мин при толщине менее 3 мм.

Скорость горения менее 38 мм/мин при толщине более 3 мм.

V-0
Горение вертикального образца прекращается в пределах 10 с;

V-1

образование капель не допускается.

V-2
Горение вертикального образца прекращается в пределах 30 с;

допускаются капли горящих частиц.

5V
Горение вертикального образца прекращается в пределах 60 с после пяти воздействий пламенем с длительностью каждого воздействия на испытуемый образец по 5 с.

5VB
Образцы в виде широких пластин могут прогорать насквозь с образованием отверстий.

5VA
Образцы в виде широких пластин не должны прогорать насквозь (т.е. не образовывать отверстия) - это самая жесткая категория UL.

Если воспламеняемость является требованием по безопасности, то применение материалов категории HB обычно не допускается. В общем случае, материалы категории HB не рекомендуется для применения в электротехнике, за исключением механических и/или декоративных изделий. Иногда возникает неправильное понимание: неогнестойкие материалы (или материалы, которые не упоминаются как огнестойкие) автоматически не соответствуют требованиям к категории HB. Категория UL94HB, хотя и наименее жесткая, является категорией воспламеняемости и должна проверяться посредством испытаний.

Испытание на воспламенение горизонтального образца

При испытаниях вертикальных образцов используют те же образцы, что и при испытаниях HB. Регистрируются все параметры: Время горения, время тления, момент появления капель и воспламенение (или невоспламенение) хлопковой подкладки. Отличием V1 от V2 являются горящие капли, которые являются основным источником распространения пламени или пожара.

Испытание на воспламенение вертикального образца

1-ый Этап испытания 5V

Стандартные образцы для определения воспламеняемости закрепляют вертикально и подвергают каждый образец пятикратному воздействию пламени с высотой факела 127 мм каждый раз в течении 5 с. Для соблюдения условий испытания ни один образец не должен гореть с появлением пламени или тления более 60 с после пятого воздействия пламени. Кроме того, не допускается образование горящих капель, которые воспламеняют хлопковую подкладку под образцами. Вся процедура повторяется с пятью образцами.

2-ой Этап испытания 5VA и 5VB

Широкая пластина той же толщины, что и пластинчатые образцы, испытывается в горизонтальном положении таким же пламенем. Вся процедура повторяется с тремя пластинами.
По этим горизонтальным испытаниям определяют две классификационных категории: 5VB и 5VA.

Категория 5VB допускает сквозное прогорание (с образованием отверстий).
Категория 5VA не допускает образование отверстий.
Испытания по категории UL94-5VA являются наиболее жесткими по сравнению со всеми испытаниями по методу UL. Материалы этой категории применяются для противопожарных кожухов крупногабаритных конторских машин. В этих вариантах применения с ожидаемой толщиной стенок менее 1,5 мм должны использоваться сорта материалов со стекловолоконным наполнителем.

6. Воспламеняемость по стандарту CSA (CSA C22.2 № 0,6, испытание А)

Эти испытания на воспламеняемость Канадской ассоциации стандартов (CSA) проводятся подобно испытаниям UL94-5V. Но условия этих испытаний строже: каждое воздействие пламени длится 15 сек. Кроме того, во время первых четырех воздействий пламени образец должен погаснуть в пределах 30 сек, а после пятого воздействия - в пределах 60 сек (сравните испытания по методу UL94-5V с пятью воздействиями пламени по пять секунд каждое).
Результаты этих испытаний по методу CSA должны считаться соответствующими результатами испытаний по методу UL94-5V.

Целью определения индекса воспламеняемости при ограниченном содержании кислорода (LOI) является измерение относительной воспламеняемости материалов при горении их в контролируемой окружающей среде. Индекс LOI представляет собой минимальное содержание кислорода в атмосфере, которое может поддерживать пламя на термопластичном материале.
Испытательной атмосферой является внешнерегулируемая смесь азота и кислорода. Закрепленный образец поджигают вспомогательным пламенем, которое затем гасят. При последовательных циклах испытаний концентрацию кислорода снижают до тех пор, пока образец больше не может поддерживать горение.

Индекс LOI определяют как минимальную концентрацию кислорода, при которой материал может гореть в течение трех минут, или может сохранять распространение горения образца на расстояние 50 мм.

Чем выше индекс LOI, тем ниже вероятность сгорания.

Испытание на определение кислородного индекса

8. Испытания раскаленной проволокой IEC 695-2-1

Испытания раскаленной (Hot Wire Ignition - HWI) проволокой имитируют тепловые напряжения, которые могут быть вызваны источником тепла или воспламенения, например, перегруженными резисторами или раскаленными элементами.

Образец изоляционного материала прижимают в течение 30 сек с усилием 1 Н к концевой части электрически нагретой раскаленной проволоки. Внедрение концевой части раскаленной проволоки в образец ограниченно. После извлечения проволоки из образца регистрируют время гашения пламени и наличие любых горящих капель.

Образец считают выдержавшим испытание раскаленной проволокой при возникновении одной из следующих ситуаций:

В случае отсутствия пламени или тления;
Если пламя или тление образца, окружающих его деталей и нижнего слоя гаснет в пределах 30 сек после удаления раскаленной проволоки, а также, если окружающие детали и нижний слой не выгорели полностью. В случае использования тонкой бумаги в качестве нижнего слоя, эта бумага не должна загораться, или не должно быть подпаливания сосновой доски, в случае использования ее в качестве подложки.
Реальные детали под напряжением или кожухи испытывают аналогичным способом. Уровень температуры раскаленного конца проволоки зависит от того, как используется готовая деталь:

Под наблюдением или без наблюдения,
С непрерывной нагрузкой или без,
Расположена вблизи или вдали от центральной точки подачи питания,
Контактирует с деталью под напряжением или используется как кожух или крышка,
В менее или более строгих условиях.

Испытание раскаленной проволокой

В зависимости от требуемого уровня строгости условий окружающей готовую деталь среды предпочтительны следующие значения температур: 550, 650, 750, 850 или 960 °С. Соответствующая температура испытаний должна быть выбрана путем оценки риска выхода из строя из-за недопустимого нагрева, воспламенения и распространения пламени.

Лабораторный стенд для проведения испытаний на воспламеняемость

9. Испытания игольчатым пламенем IEC 695-2-2

Испытание игольчатым пламенем

Испытания игольчатым пламенем имитируют влияние небольших факелов пламени, которые могут возникнуть из-за неисправности внутри электрооборудования. Для оценки вероятного распространения пламени (горящих или тлеющих частиц) под образец подкладывают либо слой испытуемого материала, либо компоненты, обычно окружающие образец, либо один слой тонкой бумаги. Испытательным пламенем воздействуют на образец в течение определенного периода времени: обычно 5, 10, 20, 30, 60 или 120 сек. Для особых требований могут быть приняты другие уровни строгости условий.

При отсутствии особых указаний в соответствующих технических условиях образец считают выдержавшим испытание игольчатым пламенем, если возникает одна из следующих четырех ситуаций:

Если образец не воспламеняется.
Если пламя либо горящие или тлеющие частицы, падающие с образца, приводят к распространению огня на окружающие детали или на слой, подложенный под образец, и если отсутствует пламя или тление на образце в конце воздействия испытательным пламенем.
Если продолжительность горения не превышает 30 сек.
Если распространение горения, заданное в соответствующих технических условиях, не было превышено.

по материалам www.polimer.net

Объявления о покупке и продаже оборудования можно посмотреть на

Обсудить достоинства марок полимеров и их свойства можно на

Зарегистрировать свою компанию в Каталоге предприятий

Испытания свойств термопластичных древесно-полимерных композиционных материалов за рубежом проводят в соответствии с указанными ниже методами:

Испытания на износостойкость на машине Табера ISO 3537 (DIN 52347, ASTM D1044)

Твердость по Бринеллю ISO 2039-1 (DIN 53456)
Твердость по Роквеллу ISO 2039-2 - Твердость по Шору ISO 868 (DIN 53505, ASTM D2240)

Понятие прочности при ударе
Ударная прочность по Изоду ISO 180 (ASTM D256)

Теплостойкость по Вика ISO 306 (DIN 53460, ASTM D1525)
Деформационная теплостойкость и деформационная теплостойкость под нагрузкой ISO 75 (DIN 53461, ASTM D648)
Деформационная теплостойкость (HDT) и аморфные и полукристаллические пластики
Вдавливание шарика EC335-1
Теплопроводность ASTM C 177
Относительный теплопроводный индекс, RTI (UL 746B)
Коэффициент линейного теплового расширения ASTM D696, DIN 53752

Общие сведения о воспламеняемости по стандарту UL94
Краткое описание классификационных категорий стандарта UL94
Категория UL94HB
Категория UL94V0, V1, V2
Категория UL94-5V
Воспламеняемость по стандарту CSA (CSA C22.2 № 0,6, испытание А)
Индекс воспламеняемости при ограниченном содержании кислорода ISO 4589 (ASTM D 2863)
Испытания расскаленной проволокой IEC 695-2-1
Испытания игольчатым пламенем IEC 695-2-2

Электрическая прочность диэлектрика IEC 243-1
Поверхностное удельное сопротивление IEC 93 (ASTM D257)
Объемное удельное сопротивление IEC 93 (ASTM D257)
Относительная диэлектрическая постоянная IEC 250
Коэффициент рассеяния IEC 250
Дугостойкость ASTM D495
Сравнительный индекс трекинга (Сравнительный индекс пробоя) IEC 112
Испытания CTI-M
Категории PLC (UL746A)

Мутность и светопропускание ASTM D1003
Глянец DIN 67530, ASTM D523
Мутность и глянец
Коэффициент преломления DIN 53491, ASTM D542

Плотность ISO 1183 (DIN 53479, ASTM D792)
Водопоглощение ISO 62 (ASTM D570)

Усадка при формовании ISO 2577 (ASTM D955)
Скорость течения расплава/Индекс расплава ISO 1133 (DIN 53735, ASTM D 1238)
Объемный расход расплава/Объемный индекс расплава ISO 1133 (DIN 53735, ASTM D 1238)
Вязкость расплава DIN 54811
Практическое применение характеристик MV, MFR/MFI, MVI в производстве

1. Механические испытания

Прочность, деформация и модуль упругости при растяжении ISO R527

(DIN 53455, DIN 53457, ASTM D638M)

Скорости при испытаниях:

Скорость А – 1 мм/мин – модуль растяжения.
Скорость В – 5 мм/мин – диаграмма напряжений при растяжении для смол со стекловолоконным наполнителем.
Скорость С – 50 мм/мин – диаграмма напряжений при растяжении для смол без наполнителя.

Другими механическими свойствами, определяемыми по зависимости напряжения деформации, являются:

Прочность и модуль упругости при изгибе ISO 178 (DIN 53452, ASTM D790)

Прочность на изгиб является мерой, показывающей, насколько хорошо материал сопротивляется изгибу, или "какова жесткость материала". Обыкновенный, свободно опертый стержень нагружается в середине пролета: тем самым создается трехточечное нагружение. На стандартной машине для испытаний нагружающий наконечник давит на образец с постоянной скоростью 2 мм/мин.

Значения напряжений и модуля упругости при изгибе измеряются в МПа.

Испытания на износостойкость на машине Табера ISO 3537 (DIN 52347, ASTM D1044)

Рис. 4: Испытания на износостойкость на машине Табера

Сравнение методов ISO (Международной организации по стандартизации) и ASTM (Американского общества по испытанию материалов).

2. Испытания на твердость

Сравнение твердостей по Бринеллю, Роквеллу и Шору

Испытание по Роквеллу определяет твердость пластиков росле упрогого восстановления деформации образца при испытании. В этом заключается отличие этого метода от испытаний на твердость по Бринеллю и Шору: при этих испытаниях твердость определяют по глубине проникновения под нагрузкой и, следовательно, исключают любое упругое восстановление деформации материала.

Поэтому значения по Роквеллу не могут быть непосредственно соотнесены со значениями твердости по Бринеллю или Шору.

Твердость по Бринеллю ISO 2039-1 (DIN 53456)

Полированный закаленный стальной шарик диаметром 5 мм вдавливают в поверхность испытуемого образца (толщиной не менее 4 мм) с усилием 358 Н. Через 30 с после приложения нагрузки измеряют глубину отпечатка. Твердость по Бринеллю Н 358/30 расчитывается как "приложенная нагрузка", деленная на "площадь поверхности отпечатка". Результат выражают в Н/мм 2

Твердость по Роквеллу ISO 2039-2

Число твердости по Роквеллу непосредственно относится к твердости отпечптка на пластике: чем выше это число, тем тверже материал. Вследствии небольшого перекрытия шкал твердостей по Роквеллу для одного и того же материала можно получит два разных числа по двум разным шкалам, причем оба эти числа могут быть технически правильными

Числа твердости по Роквеллу должны находиться в пределах от 50 до 115. Значения, выходящие за эти пределы, считаются неточными: измерение необходимо повторить еще раз, используя следующую более жесткую шкалу. Шкалы возрастают по жесткости от R через L до М (с увеличением твердости материала). Нагрузки и диаметрв инденторов более подробно указаны в таблице.

Твердость по Шору ISO 868 (DIN 53505, ASTM D2240)

Значениями твердости по Шору являются показания шкалы, полученные в результате проникновения в пластик определеного стального стержня. Эта твердость определяется склероскопами двух типов, оба из которых имеют калиброванные пружины для приложения нагрузки к индентору. Склероскоп А применяется для более мягких материалов, а склероскоп D - для более твердых.

Значения твердостей по Шору изменяются:

от 10 до 90 для склероскопа Шора типа А - мягкие материалы,
от 20 до 90 для склероскопа Шора типа D - твердые материалы.

Если измеренные значения >90А, то материал слишком тверд, и должен применяться склероскоп D.

Если измеренные значения

3. Испытания на прочность при ударе

Понятие прочности при ударе

Для исследования свойств определенных образцов при заданных ударных напряжениях и для оценки хрупкости или ударной вязкости образцов применяются методы Изода и Шарпи. Результаты испытаний по этим методам не должны ипользоваться как источник данных для проектных расчетов компонентов. Информация о типовых свойствах материала может быть получена посредством испытания разных типов испытуемых образцов, приготовленных в различных условиях, с изменением радиуса надреза и температуры испытаний.

Интерпретация результатов испытаний на удар - сравнение методов ISO и ASTM

Рис. 10: Влияние толщины и молекулярной массы образца с надрезом на результаты ударных испытаний поликарбонатных смол по Изоду

Необходимо четко представлять, что:

изменились не материалы, а только методы испытаний;
упомянутый переход от вязкого разрушения к хрупкому играет незначительную роль в реальной действительности: конструируемые изделия в преобладающем большинстве имеют толщину 3 мм и менее

Ударная прочность по Изоду ISO 180 (ASTM D256)

Испытания образцов с надрезом на ударную прочность по Изоду стали стандартным методом для сравнения ударной прочности пластиков. Однако результаты этого метода испытаний мало соответствуют реакции формованного изделия на удар в реальной обстановке. Из-за разной чувствительности материалов к надрезу этот метод испытаний позволяет отбраковывать некоторые материалы. Несмотря на то, что результаты этих испытаний часто запрашивались как значимые меры ударной прочности, эти испытания проявляют тенденцию к измерению чувствительности материала к надрезу, а не к способности пластика выдерживать удар. Результаты этих испытаний широко используются как справочные для сравнения ударных вязкостей материалов. Испытания образцов с надрезом на ударную прочность по Изоду лучше всего применимы для определения ударной прочности изделий, имеющих много острых углов, например ребер, пересекающихся стенок и других мест концентрации напряжений. При испытаниях на ударную прочность по Изоду образцов без надреза, применяется та же геометрия нагружения, за исключением того, что образец не имеет надреза (или зажат в тисках в перевернутом положении). Испытания этого типа всегда дают более высокие результаты по сравнению с испытаниями образцов с надрезом по Изоду из-за отсутствия места концентрации напряжений.

Ударной прочностью образцов с надрезом по методу Изода является энергия удара, затраченная на разрушение надрезанного образца, деленная на исходную площадь поперечного сечения образца в месте надреза. Эту прочность выражают в килоджоулях на квадратный метр: кДж/м 2 . Образец вертикально зажимают в тисках ударного копра.

ISO 180/1A обозначает тип образца 1 и тип надреза А. Как можно увидеть на рисунке ниже, образец типа 1 имеет длину 80 мм, высоту 10 мм и толщину 4 мм.
ISO 180/1O обозначает тот же образец 1, но зажатый в перевернутом положении (указываемый как "ненадрезанный").

Образцы, используемые по методу ASTM, имеют подобные размеры: тот же радиус скругления у основания надреза и ту же высоту, но отличабтся по длине - 63,5 мм и, что более важно, по толщине - 3,2 мм.

Результаты испытаний по ISO определяют как энергию удара в джоулях, затраченную на разрушение испытуемого образца, деленную на площадь поперечного сечения образца в месте надреза. Результат выражают в килоджоулях на квадратный метр: кДж/м 2 .

Рис. 11: Образцы для измерения ударной прочности

Ударная прочность по Шарпи ISO 179 (ASTM D256)

Обозначения ISO отражают тип образца и тип надреза:

ISO 179/1C обозначает образц типа 2 и надрез типа CI;
ISO 179/2D обозначает обозначает образц типа 2, но ненадрезанный.

Рис. 13: Метод измерения ударной прочности по Шарпи и прибор для ее измерения

Образцы, используемые по методу DIN 53453, имеют подобные размеры. Результаты по обоим методам ISO и DIN апределяются как энергия удара в джоулях, поглощенная испытуемым образцом, деленная на площадь поперечного сечения образца в месте надреза. Эти результаты выражаются в килоджоулях на квадратный метр: кДж/м 2 .

Экспериментальное изучение прочностных и деформационных свойств полимеров включает несколько этапов:

- выбор типа образцов и их изготовление;
- подготовку приспособлений для закрепления образцов в испытательных машинах;
- подготовку испытательных машин и приборов для измерения деформации.

Особенностью испытаний полимеров является необходимость с точностью

до градуса выдерживать заданный температурный режим. Для этого используют специальные термостаты с автоматическими устройствами для поддержания температурного режима. Очень удобно проводить испытания в термостатированном помещении, но это, как правило, приемлемо для испытаний в условиях комнатной температуры.

Форма полимерных образцов определяется обычно особенностями технологии их изготовления. Образцы из изотропных материалов могут быть как цилиндрическими, так и плоскими, а образцы из анизотропных материалов с несущей основой (гетинакс, текстолит, стеклопластики) - только плоскими.

При испытаниях плоских образцов на растяжение или сжатие определяется прочность в осевом направлении, модуль упругости и коэффициенты Пуассона

во взаимно перпендикулярных направлениях. В соответствии с ГОСТ 11262 для испытаний применяют образцы типов 1-3, форма и размеры которых указаны на рис. 2.60 и в табл. 2.11.

Рис. 2.60.

Таблица 2.11. Размеры основных образцов для испытания на растяжение

Примечание. Допускается применение образцов 2 и 3 толщиной 1 мм при изготовлении их из листовых материалов и образцов типа 2 толщиной 3 мм при изготовлении их из наполненных полимерных материалов.

В случае отработки рецептуры материала, режимов переработки и при научно-исследовательских работах допускается применять образцы типа 4 и 5, показанные на рис. 2.61 и табл. 2.12.

Рис. 2.61.

Таблица 2.12. Размеры образцов для испытания на растяжение, используемых при отработке рецептуры материала, режимов переработки и при научно-исследовательских работах

При изготовлении образцов механической обработкой из изделий и полуфабрикатов, в том числе из листов и пластин, максимально допустимая толщина должна быть 3 мм для образцов типа 1, соответствовать толщине изделия или полуфабриката, но не более 10 мм для образца типа 2.

При изготовлении образца типа 2 из плиты или изделия, толщина которых более 10 мм, механической обработкой ее доводят до 10 мм. Обработку до требуемой толщины осуществляют с двух сторон в продольном направлении образца, если в нормативно-технической документации на материал нет иных указаний.

Образцы должны иметь гладкую ровную поверхность, без вздутий, сколов, трещин, раковин и других видимых дефектов.

Для испытания изотропных материалов используют не менее пяти образцов, для испытания анизотропных материалов не менее пяти образцов, отобранных в местах и направлениях, которые должны соответствовать нормативно-технической документации на материал,

Образцы кондиционируют не менее 16 ч по ГОСТ 12423 при температуре 23±2 °С и относительной влажности (50±5)%, если в нормативно-технической документации на материал нет других указаний.

Время от окончания изготовления формованных образцов до их испытания должно составлять не менее 16 ч, включая и время на их кондиционирование.

При изготовлении образцов из полуфабрикатов или изделий время от окончания формования полуфабрикатов или изделий до начала испытаний образцов из них должно составлять не менее 16 ч, включая и время на их

кондиционирование, если в нормативно-технической документации на материал нет других указаний.

Образцы для испытания на сжатие согласно ГОСТ 4651 должны иметь форму прямоугольной призмы, прямого цилиндра или прямой трубки. Опорные плоскости образца должны быть перпендикулярны направлению приложения нагрузки при сжатии и параллельны между собой в пределах 0,1% от высоты образца.

Высоту образцов А в миллиметрах вычисляют в зависимости от отношения коэффициента гибкости к наименьшему радиусу инерции по следующим формулам: - для прямоугольной призмы с квадратным или прямоугольным поперечным сечением

Для прямого цилиндра

Для прямой трубки с основание в виде цилиндрического венца

где X - коэффициент гибкости; а - длина стороны основания призмы с квадратным основанием; Ъ - длина меньшей стороны основания прямоугольной призмы с прямоугольным поперечным сечением; d - диаметр прямого цилиндра; d x - внутренний диаметр трубки; D - наружный диаметр трубки.

Коэффициент гибкости X вычисляют по формуле

где h p - приведенная высота образца, равная при испытании образцов без зажимов А 0 , а для испытаний образцов с зажимами Л,/2; А, - расстояние между зажимами; I - минимальный радиус инерции, вычисляемый по формуле i = V(//А); I - основной минимальный момент инерции поперечного сечения образца; Л - площадь поперечного сечения образца.

Коэффициент гибкости образца должен быть равен 10. В тех случаях, когда в процессе испытания образец теряет устойчивость, коэффициент гибкости уменьшают до 6.

Высоту образца устанавливают от 10 до 40 мм. Предпочтительная высота образца - 30 мм.

Предел прочности при растяжении большинства пластмасс составляет 30-80 МПа, поэтому для испытаний полимеров практически пригодны любые машины мощностью 0,25-5 т. Кроме того, испытательная машина должна иметь достаточно малую цену деления шкалы нагружающего устройства (5-50 Н), а также вариатор скоростей перемещения нагрузочного захвата, включая и его ручной привод.

Обязательным условием при работе на машинах, предназначенных для испытаний полимеров, является обеспечение постоянной скорости деформирования.

В машинах с маятниковым силоизмерителем скорость перемещения, задаваемая движением нижнего захвата, не будет соответствовать скорости деформирования образца. Это объясняется тем, что при увеличении нагрузки по мере отклонения маятника происходит перемещение и верхнего захвата, связанного с маятниковой системой рычагов. В машинах с динамометром, соединенным с верхним захватом, необходимо учитывать погрешность, возникающую вследствие малой жесткости динамометра. Чем выше жесткость динамометра, тем точнее выдерживается условие постоянства скорости деформирования. В современных конструкциях испытательных машин силоизмеритель жесткий.

Применение электрических методов записи усилий в жестких динамометрах, выполненных в виде упругого элемента малой податливости, обеспечивает практически любую точность измерения и исключает необходимость внесения поправок на заданную скорость деформирования. Измерение усилий с помощью жесткого упругого элемента особенно удобно при проведении испытаний на релаксацию полимеров. В этом случае обеспечиваются практически идеальные условия сохранения постоянства деформации образца.

Полимеры вследствие их малой жесткости и прочности можно испытывать на простейших стендах. Нагружение при этом осуществляется грузами, действующими на образец непосредственно или с помощью рычажных устройств. Плавного увеличения нагрузки на образец достигают путем медленного заполнения нагружающего устройства водой или путем использования винтового привода. Для уменьшения габаритов нагружающего устройства применяют свинцовые диски или свинцовую дробь, что в последнем случае также позволяет плавно регулировать нагрузку.

Замер деформаций растянутого образца производят, как правило, с помощью тензометров (механических, электрических или оптических). Для измерения малых упругих деформаций образца можно успешно применять механические тензометры.

Широко используются и электрические методы замера деформации при механических испытаниях образцов из пластмасс. При этом используют деформируемые датчики сопротивления (тензорезисторы) проволочные или из фольги, наклеиваемые на рабочий участок образца.

Как уже говорилось, длительные испытания на долговечность осуществляют обычно в режиме ползучести, причем подавляющее большинство таких исследований организуется при действии растягивающей силы. Существуют несколько

принципиально различных схем установок для испытания на долговечность в условиях ползучести при растяжении. На рис. 2.62 в качестве примера приведены две схемы установок для испытаний при постоянно действующем напряжении. При развитии деформации происходит уменьшение площади поперечного сечения рабочей части образца (образование «шейки»), в результате чего, если на образец действует постоянная сила, напряжения в рабочей части образца будут со временем возрастать. Главная особенность первой установки (рис. 2.62, а) состоит в том, что для поддержания постоянного напряжения задающий напряжение механизм (рычаг) выполнен в виде кулачка («улитка» Журкова), позволяющего уменьшать плечо рычага R, а следовательно, и действующую силу, пропорционально изменению площади поперечного сечения образца. Таким образом, обеспечивается постоянство напряжений.

Рис. 2.62. Схемы установок для испытания в условиях ползучести при растяжении: в режиме постоянного напряжения с помощью «улитки» Журкова (а), с помощью груза Андраде (б) и в режиме постоянной силы (в): 1 - образец; 2 - рычаг; 3 - груз; 4 - трос

Во второй установке (рис. 2.62, б) для того, чтобы компенсировать увеличение напряжения и поддерживать его на постоянном уровне, используется так называемый прибор Андраде, в котором профиль фигурного груза рассчитывается по формуле

где т - масса груза; р - плотность жидкости.

По третьей схеме (рис. 2.62, в) плечо рычага 1 2 , с помощью которого создается напряжение, остается практически постоянным, то есть на образец действует постоянная нагрузка. Если на такой установке испытываются образцы материалов, обладающих незначительным удлинением в момент разрыва, например стекло-, угле- и бороп ласти ков, органических стекол и т. п., то можно полагать, что на образец действует постоянное напряжение вплоть до момента его разрушения.

Испытания на долговечность проводят при различных напряжениях и температурах, доводя образцы до разрушения. В ходе испытаний снимают показания о деформации образцов, по которым строят кривые ползучести.

Нужно заметить, что при проведении испытаний на долговечность в жидких средах в материале будут создаваться напряжения набухания за счет диффузии в него среды; учет таких напряжений затруднен условиями испытаний. В этом случае улитка Журкова и прибор Андраде не будут обеспечивать постоянство напряжений.

В установке, изображенной на рис. 2.63, сосуд 3 и устройство для крепления в нем образца выполнены из коррозионно-стойких металлов. Механизм нагружения 6 позволяет изменять действующую силу и поддерживать постоянное напряжение в образце.

Рис. 2.63. Установка для испытаний пластмасс в агрессивных средах под нагрузкой (а) и узел крепления образца {б): 1 - стол; 2 - ванна с горячей водой; 3 - сосуд с агрессивной жидкостью; 4 - образец; 5 - шариковый холодильник; 6 - механизм нагружения; 7 - грузы; 8 - подвижная планка; 9 - шпилька; 10 - болт; 11 - образец; 12 - опорная планка

В установке, представленной на рис. 2.64, рабочая часть образца помещена в термостатируемый сосуд 7 с двумя горловинами. Образец проходит через специально изготовленные резиновые пробки, герметично закрывающие сосуд. Жидкость с помощью воронки, присоединенной к резиновому шлангу, заливается через штуцер 10 (их в верхней части сосуда два, один из них предназначен для выхода воздуха). В процессе испытаний к этим штуцерам можно присоединять обратные холодильники шарикового типа для предотвращения испарения жидкости. Для обеспечения необходимой температуры испытаний к греющей рубашке сосуда в штуцеры 11 через гибкие шланги можно подавать теплоноситель от термостата, снабженного центробежным насосом.

Рис. 2.64. Схема установки для испытания пластмасс на долговечность и ползучесть: 1 - система рычагов; 2 - зажимные обоймы; 3 - рифленые губки; 4 - резиновая пробка; 5 - грузы; 6 - образец; 7 - сосуд с агрессивной средой; 8 - рама; 9 - индикатор часового типа; 10, 11 - штуцеры

С помощью основных приспособлений (рис. 2.63 и 2.64) можно собирать установки с любым количеством образцов. Установки можно снабдить устройствами, позволяющими измерять и фиксировать деформацию в ходе испытаний, а также строить кривые ползучести.

На рис. 2.65 приведена схема испытаний на долговечность в условиях ползучести при сжатии.

Рис. 2.65. Схема устройствадля испытаний при сжатии: / - образец; 2- станина; 3- термостат; 4 , 13 - штампы; 5 , 12 - центрирующие шарниры; 6,8 - пластины; 7 - рычаг; 9 - ячейка; 10 - направляющая; 11 - нагреватель; 14 - груз

При определении величины усадки того или иного полимерного материала используют образцы, изготовленные по ГОСТ 12015 из реактопластов и по ГОСТ 12019 из термопластов. Для определения технологической и эксплуатационной усадки применяют образцы, форма и размеры которых указаны в табл. 2.13.

Таблица 2.13. Форма и размеры образцов для определения усадки

При испытании термореактивных материалов применяют образцы типа 1,3.

Испытания проводят не менее чем на трех образцах, полученных последовательным формованием в одном и том же гнезде литьевой (для термопластов) или прессовой (для реактопластов) формы.

При определении технологической усадки реактопластов точно фиксируются размеры матрицы пресс-формы и образца в направлении, перпендикулярном направлению формования. При испытании термопластов фиксируются размеры матрицы литьевой формы и образца в направлениях, перпендикулярном и параллельном направлению формования.

При определении эксплуатационной усадки устанавливают размеры образца до и после термообработки в направлении, перпендикулярном и параллельном направлению формования.

Образцы из реактопластов после извлечения из пресс-формы охлаждают до комнатной температуры, помещая их под груз на материал с низкой теплопроводностью во избежание коробления. До измерения образцы хранят при температуре 23±2 °С и относительной влажности 50±5%. Размеры образцов после их прессования измеряют через 16-72 ч.

Длину брусков измеряют от торца до торца или между метками с погрешностью не более 0,02 мм. Перед определением длины образцы помещают на гладкую металлическую или стеклянную поверхность для обнаружения деформаций и прогибов. Образцы с такими дефектами для испытания не применяют. За ширину бруска принимают среднее арифметическое трех измерений по длине.

Образцы из термопластов измеряют после выдержки их с момента изготовления не менее 16 ч и не более 24 ч при температуре 23±2 °С, включая время на кондиционирование.

Для определения эксплуатационной усадки измерение производят таким же образом, как и при определении усадки технологической. Для проведения термообработки образцы помещают в термостат. Во избежание деформации измеренные образцы из реактопластов помещают в термостат на подставке так, чтобы они между собой не соприкасались.

Условия термообработки реактопластов обычно указываются в нормативнотехнической документации на материал. При отсутствии этих указаний температура термообработки должна быть для мочевиноформальдегидных формовочных масс 80±3 °С, а для всех других видов материалов - 110±3 °С. Время термообработки обычно составляет 168 ±2 ч, при ускоренном испытании - 48± 1 ч. Температуру измеряют непосредственно в месте нахождения образцов.

При определении эксплуатационной усадки при другой температуре необходимо учитывать коэффициент линейного расширения образцов.

После окончания термообработки образцы из термореактивных формовочных масс вынимают из термостата, охлаждают до температуры 23±2 °С и выдерживают при этой температуре и относительной влажности воздуха 50±5% не менее 3 ч, после чего снова измеряют образцы при этой же температуре с погрешностью не более 0,02 мм.

Условия термообработки термопластов строго не регламентированы и выбираются в зависимости от вида материала и условий эксплуатации изделий.

Технологическую усадку 5 Т в процентах вычисляют по формуле

где / 0 - размер формы, мм; /, - размер образца, мм.

где /, - размер образца перед термообработкой, мм; / 2 - размер образца после термообработки, мм.

Анизотропию усадки вычисляют по формуле (20).

Механические свойства полимеров - это комплекс свойств, определяющих механическое поведение при воздействии на них внешних сил.

Общие закономерности механических свойств полимеров

Для механических свойств полимеров характерны:

Способность развивать под действием внешних механических сил большие обратимые (высокоэластические) деформации , достигающие десятков, сотен и даже тысяч процентов. Эта способность характерна только для полимерных материалов.
Релаксационный характер реакции тела на механическое воздействие, то есть зависимость деформаций и напряжений от длительности (частоты) воздействия . Эта зависимость обусловлена отставанием деформации от напряжения и может проявляться в чрезвычайно широком временном диапазоне (от долей секунды до многих лет).
Зависимость механических полимера от условий его получения, способа переработки и предварительной обработки. Это связано с существованием в полимерных телах разнообразных форм надмолекулярной структуры, времена перестройки которых могут быть настолько велики, что полимер при одних и тех же условиях может устойчиво существовать в состояниях с различной морфологией.
Способность под действием анизотропного механического воздействия приобретать резкую механических свойств и сохранять ее после прекращения воздействия .
Способность претерпевать под действием механических сил химические превращения.

Общий характер механического поведения конкретного полимерного тела определяется тем, в каком физическом состоянии оно находится.

Линейные и разветвленные полимеры могут находиться в трех основных аморфных состояниях:

стеклообразном;
высокоэластическом;
вязкотекучем;

трехмерные (пространственные, сшитые) полимеры - только в первых двух из этих состояний.

Многие полимеры могут также находиться в кристаллическом состоянии , существенной особенностью которого является то, что практически всегда в полимерном теле наряду со строго упорядоченными кристаллическими областями сохраняются области с аморфной структурой (поэтому такое состояние называют также аморфно-кристаллическим , частично кристаллическим или полукристаллическим ). Строго кристаллическое состояние реализуется только в полимерных монокристаллах.

При рассмотрении механических свойств полимеров в особую группу выделяют ориентированное состояние, в котором могут находиться как аморфные, так и кристаллические полимеры и для которого характерна анизотропия механических свойств.

Область применения полимера во многом определяется тем, в каком состоянии находится он в температурном интервале эксплуатации (обычно от -40 до 40 °С).

Полимеры, находящиеся в этом интервале в высокоэластическом состоянии , называются эластомерами . Из эластомеров широкое техническое применение находят резины. Полимерные материалы, находящиеся в условиях эксплуатации в стеклообразном или кристаллическом состоянии, называются пластическими массами. Последние используют в виде объемных изделий и пленок. Одноосноориентированные полимеры широко применяют в качестве волокон.

Классификация и общая характеристика механических свойств полимеров

Под действием механических сил все тела деформируются, а при достаточно сильных или длительных воздействиях разрушаются. В соответствии с этим различают деформационные и прочностные свойства. В отдельную группу механических свойств выделяют фрикционные свойства , проявляющиеся при движении твердого полимерного тела по поверхности другого тела.

Для изучения механических свойств и определения механических характеристик материалов проводятся по определенным методикам механические испытания.

Испытания различаются типом деформации:

одноосное и двухосное растяжение и сжатие,
всестороннее сжатие,
изгиб,
сдвиг,
кручение,
вдавливание и др.

и режимом нагружения:

нагрузка, обеспечивающая линейный рост деформации или ее постоянство,

удар и др.

Выбор метода испытаний определяется как их целями , так и типом исследуемого материала .

Для качественного и количественного описания механических свойств полимеров пользуются теми же понятиями и характеристиками, что и для описания механических свойств неполимерных материалов. Вместе с тем особенности поведения полимеров требуют введения новых понятий, а иногда и некоторого изменения смысла принятых.

Деформационные свойства полимеров:

Прочностные свойства полимеров:

Фрикционные свойства полимеров

Для количественного описания этих свойств используют коэффициент трения - отношение тангенциальной силы к нормальному усилию и износостойкость , характеризующую скорость разрушения материала при трении.

Физическое состояние полимера и его механические свойства

Механические свойства полимеров в аморфном состоянии

Различие между отдельными физическими состояниями аморфных полимеров состоит в разной реакции полимеров , находящихся в этих состояниях, на механическое воздействие :

упругой – в стеклообразном состоянии,
главным образом высокоэластической – в высокоэластическом,
– в вязкотекучем.

Из-за релаксационного характера высокоэластической деформации и вязкого течения характер реакции на механическое воздействие существенно зависит от длительности воздействия . В определенном диапазоне температур тело может реагировать на кратковременное воздействие упруго , а при длительных (порядка времени релаксации высокоэластической деформации или большего) проявлять высокоэластичность.

При более высоких температуpax вследствие уменьшения с ростом температуры времени релаксации тело может проявлять высокоэластичность при кратковременных воздействиях, а при длительных вести себя как вязкая жидкость .

Таким образом, разделение на стеклообразное, высокоэластическое и вязкотекучее состояния связано с временным режимом воздействия.

Чтобы придать определенность разделению на состояния, при нахождении температур переходов выбирают некоторую скорость нагревания (например, 1 ⁰С/сек) и по резкому изменению величины деформации определяют температуры переходов. Поскольку упругая и высокоэластическая деформации имеют характерные, сильно различающиеся между собой значения модулей, деление на состояния проводят также по значению модуля, измеряемого в динамическм режиме или в режиме релаксации напряжений.

Стеклообразному состоянию отвечают значения модуля 10 3 -10 4 Мн/м 2 (10 4 -10 5 кгс/см 2) ,
Высокоэластическому - порядка 10 -1 Мн/ м 2 (10 кгс/см 2) ,

переход в вязкотекучее состояние (температуpa текучести) фиксируется по падению модуля до значений менее 10 -1,5 Мн/м 2 (10 -0,5 кгс/см 2) . При таком способе разделения в особое физическое состояние (вязкоупругое) выделяют иногда переходную область между стеклообразным и высокоэластическим состояниями , которой отвечают промежуточные значения модуля. Эта область может охватывать десятки градусов.

В стеклообразном состоянии ниже температуры хрупкости T хр полимер ведет себя как хрупкое твердое тело, разрушаясь при небольших, до нескольких процентов, относительных деформациях (рисунок 1, кривая 1). Выше Т хр , при напряжениях, больших σ в - предела текучести (вынужденной высокоэластичности), развивается вынужденная высокоэластическая деформация , которая может достигать десятков и сотен процентов; при этом происходит переход от хрупкого разрушения к квазипластическому , сопровождающийся обычно резким ростом ударной вязкости (кроме тех случаев, когда падение прочности происходит быстрее роста предельной деформации). Растяжение полимера при температуpax выше T хр (рисунок 1, кривая 2) у многих полимеров протекает неоднородно по образцу, образуется локальное сужение - шейка , в которой материал сильно ориентирован .

По мере растяжения шейка распространяется на весь образец. С ростом температуры модуль Юнга , прочность , твердость падают, однако их изменение не превышает, как правило, одного порядка. С ростом температуры уменьшаются также значения предела текучести , достигая нуля при температуре стеклования Т с . Восстановление формы образца достигается нагреванием до температуры, несколько превышающей Т с.

В высокоэластическом состоянии высокоэластическая деформация может развиться при любом напряжении . Переход в это состояние при Т с сопровождается быстрым изменением некоторых равновесных физических свойств, в частности коэффициента теплового расширения. Переход в стеклообразное состояние может быть осуществлен также изменением временного фактора воздействия на материал , например, частоты деформирования.

В этом случае говорят о механическом стекловании . Каждой частоте отвечает определенная температуpa Т м , при которой развитие деформаций сопровождается наибольшими механическими потерями. Положение максимума механических потерь определяет значение температуры стеклования , а его зависимость от частоты - кинетический (релаксационный) характер стеклования.

Вблизи Т м рост деформации с температурой происходит наиболее резко (рисунок 2). Это связано с тем, что в этой области время релаксации падает при линейном росте температуры (вернее при линейном уменьшении обратной температуры) по закону, близкому к экспоненциальному. Описать единым образом деформацию полимера в переходной области в определенном интервале времен и частот воздействия позволяет суперпозиции принцип температурно-временной (температурно-частотный) , устанавливающий количественно эквивалентность влияния роста температуры и уменьшения времени воздействия (увеличения частоты, см. также Александрова - Лазуркииа частотно-температурный метод). С ростом температуры происходит уменьшение внутреннего трения , приводящее к уменьшению времени релаксации , и при достаточно высоких температуpax развитие высокоэластической деформации происходит за доли секунды. Эту область называют иногда плато высокоэластичности . Растяжение полимера в высокоэластическом состоянии носит существенно нелинейный характер и при больших деформациях сопровождается ориентацией макромолекул , которая может приводить к обратимой кристаллизации. При больших деформациях проявляется существенное различие в поведении линейных и пространственных (сшитых) полимеров. Если деформация сшитых полимеров обратима, то у линейных полимеров развитие высокоэластической деформации сопровождается также развитием необратимых деформаций .

В вязкотекучем состоянии доминирующим является вязкое течение , осуществляемое в результате необратимого перемещения целых макромолекул или даже агрегатов макромолекул. Особенностью течения полимерных тел является то, что одновременно с ним развивается обратимая высокоэластическая деформация . Это приводит к ряду специфичных эффектов , в частности к разбуханию струи , вытекающей из трубы (высокоэластическое восстановление ), Вайссенберга эффекту и др. Для полимеров в вязкотекучем состоянии характерно также явление тиксотропии - обратимое разрушение структуры в процессе течения, приводящее к падению вязкости.

К свойствам полимеров в вязкотекучем состоянии близки свойства концентрированных растворов полимеров. Механические свойства разбавленных растворов полимеров близки к свойствам вязких простых жидкостей, причем с ростом концентрации полимера, а также вязкость растворов растет. Даже в очень разбавленных растворах полимеров наблюдается градиентная зависимость вязкости .

Механические свойства полимеров в (аморфно-кристаллическом) состоянии.

Механические свойства полимеров в аморфно-кристаллическом состоянии во многом определяются тем, что в этом состоянии полимеры представляют собой своеобразные микроконструкции , состоящие из связанных между собой элементов (кристаллических и аморфных областей ) с различными механическими характеристиками. Различные области полимера деформируются по-разному, а в пределах одной области разные макромолекулы напряжены и деформированы также различно. Физические методы позволяют установить особенности реакции отдельных структурных элементов на механическое воздействие. В частности, исследование смещения рефлексов на широкоугловых рентгенограммах кристаллических полимеров при их растяжении позволило рассчитать величины деформации и модули Юнга кристаллических участков. Рассчитанные модули для всех полимеров превышали модули Юнга, определенные по механическим испытаниям, причем для при растяжении примерно на 10% на долю кристаллических участков пришлась деформация всего в 0,1% , а модуль Юнга кристаллической решетки достиг значения 25 000 Мн/м 2 (2500 кгс/мм 2) , превысив значение механического модуля Юнга на 2 порядка.

При небольших напряжениях и деформациях благодаря существенному вкладу в общую деформацию деформации аморфных областей, механические свойства аморфно-кристаллических полимеров имеют сходство с механическими свойствами аморфных полимеров. При повышении температуры происходит уменьшение модуля Юнга, причем при переходе через температуру стекловани я аморфных участков иногда наблюдается падение модуля, однако не на 4-5, как в случае аморфных полимеров, а всего на 1 - 2 порядка . Ниже определенной температуры аморфно-кристаллические полимеры, как и аморфные, разрушаются обычно хрупко (исключение составляют и некоторые полиимиды, например, полипиромеллитимид , сохраняющие способность к большим деформациям до температуры -200 °С ).

При больших напряжениях аморфно-кристаллические полимеры проявляют вынужденную высокоэластнчность . При этом деформируются как аморфные, так и кристаллические области, разрушаются одни кристаллические образования и возникают другие. У многих полимеров растяжение в кристаллическом состоянии идет с образованием шейки , в которой происходит ориентация макромолекул, сопровождающаяся обычно переходом от сферолитной кристаллической структуры к фибриллярной ; при этом происходит резкое изменение механических свойств полимера.

Повышение температуры вызывает изменение механических характеристик:

уменьшение прочности;
уменьшение предела текучести;
уменьшение твердости;
увеличение ударной вязкости.

При температуре плавлени я кристаллический полимер переходит в вязкотекучее состояние. Этот переход является фазовым, но температуpa плавления зависит от условий кристаллизации. Механические свойства аморфно-кристаллических полимеров зависят от . Так, с ростом степени кристалличности растет модуль Юнга.

Механические свойства полимеров в ориентированном состоянии.

В одноосном и двухосном ориентированных состояниях могут находиться и кристаллические, и аморфные полимеры. Механические свойства ориентированных полимеров существенно зависят от степени ориентации. С повышением степени одноосной ориентации возрастает прочность (более чем на порядок), а деформируемость , как правило, падает. Повышение прочности носит четко выраженный анизотропный характер и происходит только в направлении ориентации; в перпендикулярном направлении прочность, как правило, падает, причем иногда настолько сильно, что может произойти расслоение полимера (волокна).