Практичные, недорогие, технологичные полимерные материалы активно вытесняют металлы и древесину из производственных сфер, предполагающих эксплуатацию при комнатных и повышенных температурах. Однако для изготовления деталей, конструкций, работающих в низкотемпературной среде, инженеры пока отдают предпочтение проверенным вариантам из-за ограниченной морозостойкости пластиков. При достижении определенного минусового уровня полимеры становятся хрупкими, разрушаются от небольших по мощности механических воздействий.
ГОСТ 16783-2017 устанавливает правила определения одной из основных характеристик морозостойкости – температуры хрупкости. Изложенную в стандарте технологию используют для контроля качества продукции, для выбора конструкционного материала с учетом эксплуатационной специфики или определения способа упрочнения структурных связей пластмассы.
Определение температуры хрупкости по методике ГОСТа 16783-2017
У преобладающего большинства пластмасс с понижением температуры падают показатели пластичности и эластичности. При этом повышается жесткость, проявляется хрупкость. Изменения обусловлены макромолекулярной структурой пластмасс и зависимостью надмолекулярных связей от температуры. На падение температуры интенсивнее реагируют материалы, у которых выше подвижность фрагментов макромолекул.
Температурой хрупкости называется низкотемпературный уровень, при котором часть исследуемых образцов или все пробы признаются разрушенными. Стандарт декларирует методику, согласно которой разрушающая нагрузка прикладывается к сложенной петлей полоске полимера толщиной до 0,5 мм. Образец, охлажденный до заданной лаборантом температуры, считается разрушенным, если от давления на петлю образуется одна или более трещин.
ГОСТ 16783-2017 регламентирует технологические принципы динамических и статических испытаний. Оба варианта приложения нагрузки предусматривают по 3 технологические разновидности исследований, которые различаются полнотой тестирования. Режим приложения нагрузки и способ выбирают в соответствии с технической документацией на материал.
Способы испытаний:
- Вариант А. Для получения основной характеристики морозостойкости полимера образцы предварительно помещают в среду с температурой, близкой к предполагаемой температуре хрупкости. Исследуют по 10 экземпляров для каждого режима и заданного оператором температурного фона. Температуру пошагово изменяют до тех пор, пока не определят искомый параметр. Комплекс исследований предопределяет получение и предельных значений, при которых разрушаться все пробы и не разрушится ни один образец.
- Вариант Б. Исследования проводят в одной температурной среде, уровень которой определяют по техническим документам на полимерную продукцию. Тестируют 5 или 10 проб до тех пор, пока 50 % изучаемых экземпляров не разрушится.
- Вариант В. Для испытаний выставляют только одну температуру, изучают 5 проб. Считается, что материал прошел испытания, если ни на одном образце не выявлены разрушения.
Значение температуры хрупкости находят, анализируя полученные сведения или график, построенный по результатам тестирования. Допускается изучение 5 или 20 проб, если это количество указано в технической документации изучаемого материала.
Результаты испытаний по варианту А используют в качестве сравнительных характеристик для конструирования и научно-исследовательских работ в области материаловедения. На основании данных выбирают оптимальный пластификатор, армирующий наполнитель. Испытания типа Б и В проводят для подтверждения качества продукции.
Температура хрупкости не считается значением, при котором деталь, изделие обязательно разрушаются. Нижний предел работоспособности зависит от конкретных эксплуатационных условий. Влияют дополнительные разрушающие факторы, вид нагружения.
Лабораторные аппараты и вспомогательные средства для испытаний по ГОСТ 16783-2017
Для определения температуры хрупкости полимерных материалов в соответствии с правилами стандарта потребуются следующие испытательные установки и сопутствующие атрибуты:
- Универсальная испытательная машина МИМ. Детально продуманный лабораторный аппарат предназначен для имитации растягивающих, изгибающих, отрывающих, разрывающих, прокалывающих усилий. Нагрузка передается подвижной траверсой, которая перемещается с постоянной или постепенно увеличивающейся скоростью.
- Система температурных испытаний. Машина формирует температурную среду, необходимую для изучения механических свойств материалов, изделий в низко- и высокотемпературных условиях. Прибор, работающий в тандеме с основными испытательными установками, оборудован терморегулятором нового поколения. Заданные климатические параметры устройство поддерживает автоматически.
- Машина для усталостных испытаний МИМ. Установка моделирует много- и малоцикловые нагрузки для получения информации о механизмах разрушения. Испытательный аппарат серийно растягивает, чередует сжатие с растяжением, сжимает, многократно изгибает пробы.
- Приспособление для зажима образцов. Быстро устанавливать, правильно располагать, оперативно извлекать пробы из рабочей зоны испытательной машины помогают специфические конструкции, зажимающие образцы петлей.
Выбрать основные и дополнительные технические средства для исследований, проводимых согласно требованиям стандарта ГОСТ 16783-2017, помогут компетентные сотрудники экспертного уровня из компании «ГОСТ».