Ensayo del comportamiento de deformación de polímeros. Pruebas de polímeros El aumento de temperatura provoca cambios en las propiedades mecánicas

Los ensayos de las propiedades de los materiales compuestos termoplásticos de madera y polímero en el exterior se realizan de acuerdo con los métodos que se indican a continuación:

Ensayo de desgaste en máquina Taber ISO 3537 (DIN 52347, ASTM D1044)

Dureza Brinell ISO 2039-1 (DIN 53456)
Dureza Rockwell ISO 2039-2 - Dureza Shore ISO 868 (DIN 53505, ASTM D2240)

Concepto de fuerza de impacto
Resistencia al impacto ISO 180 Izod (ASTM D256)

Resistencia al calor según Vicat ISO 306 (DIN 53460, ASTM D1525)
Resistencia al calor de deformación y resistencia al calor de deformación bajo carga ISO 75 (DIN 53461, ASTM D648)
Resistencia al calor de deformación (HDT) y plásticos amorfos y semicristalinos
Indentación de bola EC335-1
Conductividad térmica ASTM C 177
Índice de conductividad térmica relativa, RTI (UL 746B)
Coeficiente de expansión térmica lineal ASTM D696, DIN 53752

Información general sobre inflamabilidad UL94
Breve descripción de las categorías de clasificación UL94
Categoría UL94HB
Categoría UL94V0, V1, V2
Categoría UL94-5V
Inflamabilidad CSA (CSA C22.2 No. 0.6 Prueba A)
Índice de inflamabilidad limitado por oxígeno ISO 4589 (ASTM D 2863)
Prueba de hilo incandescente IEC 695-2-1
Pruebas de llama con aguja IEC 695-2-2

Rigidez dieléctrica IEC 243-1
Resistividad superficial IEC 93 (ASTM D257)
Resistividad de volumen IEC 93 (ASTM D257)
Constante dieléctrica relativa IEC 250
Factor de disipación IEC 250
Resistencia al arco ASTM D495
Índice de seguimiento comparativo (Índice de desglose comparativo) IEC 112
Pruebas CTI-M
Categorías de PLC (UL746A)

Transmisión de luz y neblina ASTM D1003
Brillo DIN 67530, ASTM D523
Neblina y brillo
Índice de refracción DIN 53491, ASTM D542

Densidad ISO 1183 (DIN 53479, ASTM D792)
Absorción de agua ISO 62 (ASTM D570)

Contracción del moldeo ISO 2577 (ASTM D955)
Tasa de flujo de fusión/Índice de fusión ISO 1133 (DIN 53735, ASTM D 1238)
Flujo volumétrico de fusión/Índice de volumen de fusión ISO 1133 (DIN 53735, ASTM D 1238)
Viscosidad en estado fundido DIN 54811
Aplicación práctica de las características MV, MFR/MFI, MVI en producción.

1. Pruebas mecánicas

Resistencia, deformación y módulo de tracción ISO R527

(DIN 53455, DIN 53457, ASTM D638M)

La base para comprender las propiedades de un material es información sobre cómo reacciona el material ante cualquier carga. Al conocer la cantidad de deformación producida por una carga determinada (esfuerzo), el diseñador puede predecir la respuesta de un producto particular a sus condiciones de funcionamiento. Las relaciones tensión-deformación son las propiedades mecánicas más publicadas para comparar materiales o diseñar productos específicos.

Velocidades de prueba:

Velocidad A – 1 mm/min – módulo de tracción.
Velocidad B - 5 mm/min - Diagrama de tensiones de tracción para resinas rellenas de fibra de vidrio.
Velocidad C – 50 mm/min – diagrama de tensión de tracción para resinas sin carga.

Las relaciones tensión-deformación se determinan de la siguiente manera. La muestra con forma de doble cuchilla se estira a una velocidad constante y se registran la carga aplicada y el alargamiento. Después de esto, se calculan las tensiones y deformaciones:

Otras propiedades mecánicas determinadas a partir de la relación tensión-deformación son:

Resistencia y módulo de flexión ISO 178 (DIN 53452, ASTM D790)

La resistencia a la flexión es una medida de qué tan bien resiste un material a la flexión o "qué tan rígido es el material". Una varilla ordinaria, simplemente apoyada, se carga en el medio del tramo: creando así una carga en tres puntos. En una máquina de prueba estándar, la punta de carga presiona la muestra a una velocidad constante de 2 mm/min.

Para calcular el módulo de elasticidad de flexión, se construye una curva de deflexión versus carga a partir de los datos registrados. A partir de la parte lineal inicial de la curva, utilice un mínimo de cinco valores de carga y deflexión.

El módulo de flexión (la relación entre tensión y deformación) se menciona con mayor frecuencia cuando se hace referencia a las propiedades elásticas. El módulo de elasticidad de flexión es equivalente a la pendiente de la línea tangente a la curva tensión/deformación en esa parte de la curva donde el plástico aún no se ha deformado.

Los valores de tensión y módulo de elasticidad en flexión se miden en MPa.

Ensayo de desgaste en máquina Taber ISO 3537 (DIN 52347, ASTM D1044)

Arroz. 4: Prueba de desgaste en máquina Taber

Estas pruebas miden la cantidad de pérdida por abrasión al desgastar la muestra usando una máquina Taber. La muestra se fija sobre un disco que gira a una frecuencia de 60 rpm. Las fuerzas creadas por los pesos presionan las muelas abrasivas contra la muestra. Después de un número específico de ciclos, las pruebas se detienen. La masa de pérdida por abrasión se define como la masa de partículas que se eliminaron de la muestra: esta masa se expresa en mg/1000 ciclos. Las muelas abrasivas son en realidad piedras de afilar con forma de círculo. Se utilizan varios tipos de estos círculos.

Comparación de los métodos ISO (Organización Internacional de Normalización) y ASTM (Sociedad Estadounidense de Pruebas y Materiales).

La aplicación del método ISO no solo cambia las condiciones de prueba y las dimensiones del mandril de prueba (en comparación con el método ASTM), sino que también requiere diseños de moldes y condiciones de moldeo estandarizados de acuerdo con ISO 294. Esto puede resultar en diferencias en los valores publicados, no debido a un cambio en las propiedades del material, sino debido a un cambio en el método de prueba. Según el método ASTM, la probeta tiene un espesor de 3 mm, mientras que ISO ha seleccionado probetas con un espesor de 4 mm.

2. Pruebas de dureza

Comparación de durezas Brinell, Rockwell y Shore

La prueba de Rockwell determina la dureza de los plásticos basándose en la recuperación elástica de la deformación de la muestra durante la prueba. Esto difiere de los ensayos de dureza Brinell y Shore: en estos ensayos, la dureza está determinada por la profundidad de penetración bajo carga y, por tanto, excluye cualquier recuperación elástica de la deformación del material.

Por lo tanto, los valores de Rockwell no pueden correlacionarse directamente con los valores de dureza Brinell o Shore.

Los rangos de dureza Shore A y D se pueden comparar con los rangos de dureza Brinell. Sin embargo, no existe una correlación lineal.

Dureza Brinell ISO 2039-1 (DIN 53456)

Se presiona una bola de acero templado y pulido con un diámetro de 5 mm sobre la superficie de la muestra de prueba (de al menos 4 mm de espesor) con una fuerza de 358 N. 30 s después de aplicar la carga se mide la profundidad de la indentación. La dureza Brinell H 358/30 se calcula como la "carga aplicada" dividida por la "superficie de impresión". El resultado se expresa en N/mm 2

Dureza Rockwell ISO 2039-2

El número de dureza Rockwell se relaciona directamente con la dureza de la impresión en el plástico: cuanto mayor es el número, más duro es el material. Debido a la ligera superposición de las escalas de dureza Rockwell para el mismo material, es posible obtener dos números diferentes en dos escalas diferentes, y ambos números pueden ser técnicamente correctos.

El penetrador, que es una bola de acero endurecido pulido, se presiona contra la superficie de la muestra de prueba. El diámetro de la bola depende de la escala Rockwell utilizada. La muestra se carga con una “carga menor”, luego con una “carga principal” y luego nuevamente con la misma “carga menor”. La medición real se basa en la profundidad de penetración total; esta profundidad se calcula como la profundidad total después de retirar la carga principal menos la recuperación elástica después de retirar la carga principal y menos la profundidad de penetración con carga ligera. El número de dureza Rockwell se calcula como "130 menos la profundidad de penetración en unidades de 0,002 mm".

Los números de dureza Rockwell deben estar entre 50 y 115. Los valores fuera de estos límites se consideran inexactos: la medición debe repetirse nuevamente utilizando la siguiente escala más dura. Las escalas aumentan en dureza de R a L a M (a medida que aumenta la dureza del material). Las cargas y diámetros de los penetradores se indican con más detalle en la tabla.

Si un material más blando requiere una escala menos severa que la escala R, entonces la prueba de dureza Rockwell no es apropiada. Luego puede utilizar el método de dureza Shore (ISO 868), que se utiliza para materiales de bajo módulo.

Dureza Shore ISO 868 (DIN 53505, ASTM D2240)

Los valores de dureza Shore son las lecturas de escala que se obtienen cuando una varilla de acero específica penetra en el plástico. Esta dureza está determinada por dos tipos de escleroscopios, los cuales tienen resortes calibrados para aplicar una carga al penetrador. El escleroscopio A se utiliza para materiales más blandos y el escleroscopio D se utiliza para materiales más duros.

Los valores de dureza Shore varían:

de 10 a 90 para escleroscopio Shore tipo A - materiales blandos,
de 20 a 90 para escleroscopio Shore tipo D - materiales duros.

Si los valores medidos son >90A, el material es demasiado duro y se debe utilizar un escleroscopio D.

Si los valores medidos

No existe una relación simple entre la dureza medida por este método de prueba y otras propiedades fundamentales del material que se está probando.

3. Pruebas de impacto

Concepto de fuerza de impacto

En pruebas estándar, como las de tracción y flexión, el material absorbe energía lentamente. En realidad, los materiales muy a menudo absorben rápidamente la energía de una fuerza aplicada, por ejemplo, fuerzas de la caída de objetos, impactos, colisiones, caídas, etc. El propósito de las pruebas de impacto es simular tales condiciones.

Los métodos de Izod y Charpy se utilizan para estudiar las propiedades de ciertas muestras bajo tensiones de impacto dadas y para evaluar la fragilidad o tenacidad de las muestras. Los resultados de las pruebas de estos métodos no deben usarse como fuente de datos para los cálculos de diseño de componentes. Se puede obtener información sobre las propiedades típicas del material probando diferentes tipos de especímenes de prueba preparados en diferentes condiciones, variando el radio de la muesca y la temperatura de prueba.

Las pruebas que utilizan ambos métodos se llevan a cabo en un controlador de impacto de péndulo. La muestra se sujeta en un tornillo de banco y desde una altura determinada se suelta un impulsor de impacto pendular con una superficie de impacto de acero endurecido de cierto radio, lo que hace que la muestra se corte bajo una carga repentina. La energía residual del martinete pendular lo eleva hacia arriba. La diferencia entre la altura de caída y la altura de retorno determina la energía gastada en la destrucción de la muestra de prueba. Estas pruebas se pueden realizar a temperatura ambiente o a temperaturas reducidas para determinar la fragilidad en frío. Las muestras de prueba pueden diferir en el tipo y tamaño de los cortes.

Los resultados de las pruebas de impacto de peso, como el método Gardner o la prueba de placa curva, dependen de la geometría del peso y del soporte. Sólo se pueden utilizar para determinar la clasificación relativa de los materiales. Los resultados de la prueba de impacto no pueden considerarse absolutos a menos que la geometría del equipo de prueba y la muestra cumplan con los requisitos de la aplicación final. Se puede esperar que la clasificación relativa de los materiales según los dos métodos de prueba sea la misma si la naturaleza de la destrucción y las velocidades de impacto son las mismas.

Interpretación de los resultados de las pruebas de impacto: comparación de los métodos ISO y ASTM

Las características de impacto pueden depender en gran medida del espesor de la muestra y la orientación molecular. Los diferentes espesores de probeta utilizados en los métodos ISO y ASTM pueden tener un efecto muy significativo en los valores de resistencia al impacto. Cambiar el espesor de 3 mm a 4 mm puede incluso dar como resultado un cambio en el modo de falla de dúctil a frágil debido a la influencia del peso molecular y el espesor de la muestra entallada usando el método Izod, como se demuestra para las resinas de policarbonato. Los materiales que ya muestran un patrón de fractura frágil con un espesor de 3 mm, por ejemplo, materiales con cargas minerales y de fibra de vidrio, no se ven afectados al cambiar el espesor de la muestra. Los materiales con aditivos modificadores que aumentan la resistencia al impacto tienen las mismas propiedades.

Arroz. Figura 10: Influencia del espesor y el peso molecular de la muestra entallada en los resultados de las pruebas de impacto Izod de resinas de policarbonato.

Es necesario entender claramente que:

No son los materiales los que han cambiado, sino sólo los métodos de prueba;
la mencionada transición de fractura dúctil a frágil juega un papel insignificante en la realidad: la gran mayoría de los productos diseñados tienen un espesor de 3 mm o menos

Resistencia al impacto ISO 180 Izod (ASTM D256)

Las pruebas de impacto Izod de muestras con muescas se han convertido en un método estándar para comparar la resistencia al impacto de los plásticos. Sin embargo, los resultados de este método de prueba no se corresponden estrechamente con la respuesta al impacto del producto moldeado en un entorno del mundo real. Debido a las diferentes sensibilidades a las entallas de los materiales, este método de prueba puede permitir que algunos materiales sean rechazados. Aunque los resultados de estas pruebas a menudo se solicitan como medidas significativas de resistencia al impacto, estas pruebas tienden a medir la sensibilidad del material a las muescas en lugar de la capacidad del plástico para resistir el impacto. Los resultados de estas pruebas se utilizan ampliamente como referencia para comparar las resistencias al impacto de los materiales. La prueba de impacto Izod de muestras con muescas es más adecuada para determinar la resistencia al impacto de productos que tienen muchas esquinas afiladas, como nervaduras, paredes que se cruzan y otras áreas de concentración de tensiones. Cuando se prueba la resistencia al impacto Izod de muestras sin entallas, se utiliza la misma geometría de carga, excepto que la muestra no tiene entallas (o está sujeta en un tornillo de banco en posición invertida). Este tipo de ensayo siempre da mejores resultados que los ensayos con entalladura de Izod debido a la ausencia de puntos de concentración de tensiones.

La resistencia al impacto de las muestras con muescas utilizando el método Izod es la energía de impacto gastada para destruir la muestra con muescas, dividida por el área de la sección transversal original de la muestra en el sitio de la muesca. Esta fuerza se expresa en kilojulios por metro cuadrado: kJ/m 2. La muestra se sujeta verticalmente en el tornillo de banco de un destornillador de impacto.

ISO 180/1A designa el tipo de muestra 1 y el tipo de muesca A. Como se puede ver en la figura siguiente, el tipo de muestra 1 tiene 80 mm de largo, 10 mm de alto y 4 mm de espesor.
ISO 180/1O representa la misma muestra 1 pero sujeta en una posición invertida (reportada como "sin cortar").

Las probetas ASTM tienen dimensiones similares: el mismo radio en la base de la muesca y la misma altura, pero difieren en longitud: 63,5 mm y, lo que es más importante, en espesor: 3,2 mm.

Los resultados de las pruebas ISO se determinan como la energía de impacto en julios gastada para fracturar la muestra de prueba dividida por el área de la sección transversal de la muestra en la ubicación de la muesca. El resultado se expresa en kilojulios por metro cuadrado: kJ/m 2.

Los resultados de las pruebas ASTM se determinan como la energía de impacto en julios dividida por la longitud de la muesca (es decir, el espesor de la muestra). Se expresan en julios por metro: J/m. El factor de conversión práctico es 10: es decir 100 J/m equivalen aproximadamente a 10 kJ/m2.

Diferentes espesores de muestra pueden dar lugar a diferentes interpretaciones de "dureza", como se muestra por separado.

Arroz. 11: Muestras para mediciones de resistencia al impacto.

Resistencia al impacto Charpy ISO 179 (ASTM D256)

Las designaciones ISO reflejan el tipo de muestra y el tipo de corte:

ISO 179/1C designa el tipo de muestra 2 y el tipo de muesca CI;
ISO 179/2D indica una muestra de tipo 2, pero sin cortar.

La principal diferencia entre los métodos Charpy e Izod es el método de instalación de la muestra de prueba. Cuando se prueba con el método Charpy, la muestra no se sujeta, sino que se coloca libremente sobre un soporte en posición horizontal.

Arroz. 13: Método Charpy de medición de la resistencia al impacto e instrumento para medirla.

Las muestras utilizadas según el método DIN 53453 tienen dimensiones similares. Los resultados para los métodos ISO y DIN se determinan como la energía de impacto en julios absorbida por la muestra de prueba dividida por el área de la sección transversal de la muestra en la ubicación de la muesca. Estos resultados se expresan en kilojulios por metro cuadrado: kJ/m2.

Es difícil seleccionar usted mismo un polímero que garantice la plena conformidad del material con las condiciones de funcionamiento previstas. Además de la necesidad de considerar múltiples impactos, tanto permanentes como de corto plazo, también es necesario considerar una combinación de impactos. Después de todo, un material con excelentes propiedades mecánicas puede colapsar cuando se expone a la más mínima carga en contacto con cualquier producto químico o temperatura desfavorable para el plástico, mientras que otro, inicialmente con características mecánicas relativas, es capaz de soportar la misma carga en condiciones similares.

Para poder comparar las propiedades de distintos plásticos, los fabricantes de piezas en bruto de polímeros realizan una serie de pruebas. Por lo general, los indicadores se ingresan en tablas especiales, cuyo uso simplifica el proceso de elección de un polímero. Sin embargo, cabe señalar que todos estos indicadores no son máximos ni mínimos. Estos son promedios de pruebas normales realizadas en condiciones estándar y pretenden ser una proyección de las propiedades del material únicamente. Naturalmente, si alguna condición cambia, los datos de prueba pueden ser completamente diferentes de los declarados por el fabricante.

En cualquier caso, son necesarias pruebas individuales; sólo ellas pueden confirmar la posibilidad de utilizar el plástico que ha elegido. Para seleccionar un material, no es aconsejable realizar pruebas individuales de cada tipo de polímero y sus modificaciones, por lo que primero se “detifican” los polímeros que no cumplen con las condiciones de operación. El “cribado” se realiza precisamente sobre la base de los datos proporcionados por los fabricantes de piezas en bruto de polímero. Luego están los polímeros, cuyo uso eficaz es posible con una alta probabilidad. En esta etapa hay que tener mucho cuidado, porque... Los métodos o condiciones de prueba para materiales de diferentes fabricantes pueden ser diferentes. El primer paso para tomar una decisión es cotejar y comparar los resultados de las pruebas realizadas por el fabricante. Normalmente, para polímeros de ingeniería y de alta temperatura, las pruebas se llevan a cabo en:

Propiedades mecánicas
Propiedades de temperatura
Propiedades electricas
Propiedades químicas
Otras propiedades (físicas, ópticas, etc.)

Pero al tener a mano datos sobre todos los materiales antes de compararlos, es necesario prestar atención a los métodos que se utilizaron en el proceso de prueba. Teniendo en cuenta que los estándares GOST rusos a los que estamos acostumbrados no son válidos en todo el mundo y que los métodos de prueba en diferentes países a menudo difieren, es difícil comparar el rendimiento de las pruebas de acuerdo con GOST y cualquier ISO, ASTM, EN DIN. E incluso si los procesos de prueba, los equipos y los cálculos de indicadores según GOST e ISO son los mismos, las muestras o condiciones pueden ser diferentes, por lo que los resultados de las pruebas no se pueden utilizar para comparar materiales con precisión. Las normas más utilizadas para probar plásticos son: Métodos de prueba internacionales para materiales poliméricos (ISO), Métodos de prueba estándar para materiales termoplásticos (ASTM) y Normas rusas para métodos de prueba para plásticos (GOST). Veamos algunos de los métodos de prueba más populares y también comparemos algunos de ellos con estándares internacionales.

Absorción de agua (GOST 4650-80). La esencia de los métodos es determinar la masa de agua absorbida por la muestra como resultado de su exposición al agua durante un tiempo específico a una determinada temperatura. La norma cumple con ISO 62-80 y ASTM D570.

Inflamabilidad (GOST 21207-81). El método consiste en determinar la longitud de la parte carbonizada de la muestra y el tiempo que arde como resultado de la exposición a la llama de un quemador de gas durante 60 segundos.

Combustión (GOST 28157-89). La esencia del método es determinar la velocidad de propagación de la llama a lo largo de una muestra fijada horizontal y/o verticalmente. El principio de prueba general es similar al estándar UL 94 pero los parámetros de prueba son diferentes.

Punto de fusión (GOST 21533-76). La esencia del método es medir la temperatura a la que desaparece la birrefringencia de una muestra de plástico calentada a una velocidad controlada en la platina de un microscopio polarizador. El método se utiliza para cristalizar plásticos. La norma cumple con las normas internacionales ISO 3146-74 en cuanto al método PHA e ISO 1218-75 método A en cuanto al método BA.

Tracción (GOST 11262-80). El método se basa en estirar una muestra a una velocidad de deformación determinada, en la que se determinan los siguientes indicadores: alargamiento, límite elástico, curva carga-alargamiento, resistencia a la tracción, resistencia a la tracción, límite elástico a la tracción, alargamiento a la rotura, alargamiento a la carga máxima. , alargamiento al límite elástico, etc. Los ensayos de tracción mecánica (tensión, deformación, módulo elástico, límite elástico, resistencia a la tracción, deformación de rotura, límite proporcional, etc.) según las normas internacionales se determinan de acuerdo con la norma ISO 527 (DIN 53455, 53457 , ASTM D 638M).

Compresión (GOST 4651-82). El método se basa en cargar la muestra de prueba con una carga de compresión creciente a una tasa de deformación establecida. Con este método se determinan los siguientes indicadores: tensión de compresión, deformación por compresión, tensión de compresión en el límite elástico, tensión de rotura por compresión, coeficiente de flexibilidad, etc.

Doblado estático (GOST 4648-71). La esencia del método es que la muestra de prueba, que se encuentra libremente sobre dos soportes, se carga brevemente en el medio entre los soportes. En este caso se determina: tensión de flexión y valor de deflexión en el momento de la destrucción para plásticos que fallan en un valor de deflexión determinado o antes de alcanzar este valor; esfuerzo de flexión en un valor de deflexión dado para plásticos que no fallan en un valor de deflexión dado o antes de alcanzar este valor; esfuerzo de flexión con carga máxima para plásticos en los que, para un valor de deflexión dado o antes de alcanzar este valor, la carga pasa por un máximo; esfuerzo de flexión en caso de falla o carga máxima, cuando la deflexión excede el valor de deflexión especificado, si así lo establece la documentación reglamentaria y técnica para plástico. Los ensayos de flexión mecánica según normas internacionales están definidos de acuerdo con la norma ISO 178 (DIN 53452, ASTM D 790).

Fuerza de impacto (fuerza).

Según Charpy (GOST 4647-80). La determinación de la resistencia al impacto Charpy en determinadas condiciones se utiliza para estudiar el comportamiento de muestras de plástico bajo pruebas de impacto, así como para determinar la resistencia al impacto. La esencia del método es una prueba en la que una muestra que se encuentra sobre dos soportes se somete a un impacto pendular, con la línea de impacto ubicada en el medio entre los soportes y directamente opuesta a la muesca para muestras con muescas. El estándar cumple totalmente con la norma ISO 179-82 (ASTM D256). Este método tiene un área de cobertura más amplia en comparación con ISO 180.

Según Izod (GOST 19109-84). La esencia del método es destruir una muestra fijada en voladizo con una muesca golpeando la muestra con un péndulo a una cierta distancia del lugar de fijación. La norma cumple con la norma ISO 180-82 (ASTM D256) excepto por la tolerancia en el espesor de la muestra.

Módulo de elasticidad en tensión, compresión y flexión (GOST 9550-81).

Extensión. La esencia del método es determinar el módulo de elasticidad a la tracción como la relación entre el incremento de tensión y el incremento correspondiente de alargamiento relativo. El módulo de tracción, así como otros ensayos de tracción según normas internacionales, se determinan según ISO 527-2 (DIN 53455, 53457, ASTM D 638M).

Compresión. La esencia del método es determinar el módulo de elasticidad en compresión como la relación entre el incremento de la tensión y el incremento correspondiente en la deformación compresiva relativa. El módulo de elasticidad a la compresión según las normas internacionales se determina según la norma ISO 604.

Doblar. La esencia del método es determinar el módulo de elasticidad en flexión como la relación entre el incremento de tensión y el incremento correspondiente de deformación relativa. El módulo de flexión, así como otros ensayos de flexión según normas internacionales, se determinan según ISO 178 (DIN 53452, ASTM D790).

Fluencia por tracción (GOST 18197-82). La esencia del método es aplicar una carga de tracción constante a la muestra de prueba durante un tiempo prolongado en condiciones de temperatura y humedad constantes. El comportamiento de los plásticos cuando se someten a pruebas de fluencia en tensión caracteriza su resistencia bajo una exposición prolongada a cargas estáticas. Los resultados de las pruebas de fluencia por tracción se pueden utilizar para predecir el comportamiento de las piezas de plástico (su deformación y falla) bajo las mismas condiciones de prueba y uso del plástico.

Resistencia al corte (GOST 17302-71). El método consiste en determinar la magnitud de la fuerza cortante al cortar una muestra en dos planos.

Desgaste abrasivo (GOST 11012-69). La esencia del método es determinar la reducción del volumen de la muestra como resultado de la abrasión. El índice de abrasión está destinado a una evaluación comparativa del desgaste de los plásticos durante la abrasión sin lubricación. Los equipos y modos de prueba según GOST e ISO son diferentes. Los métodos internacionales de prueba de desgaste se especifican en ISO 3537 (DIN 52347, ASTM D1044) y se llevan a cabo en una máquina Taber.

Coeficiente de fricción (GOST 11629-75). Un método para determinar el coeficiente de fricción de plásticos deslizando muestras a lo largo de un plano de acero de un contracuerpo sin lubricación.

Determinación de la dureza.

(GOST 4670-91, ISO 2039/1-87). Método de indentación de una bola cargada.

(GOST 24622-91, ISO 2039/2-87). El índice de dureza Rockwell depende directamente de la dureza del plástico cuando se indenta con el penetrador; cuanto mayor sea el índice de dureza Rockwell, más duro será el material.

(GOST 24621-91, ISO 868-85). La dureza Shore se determina mediante indentación utilizando dos tipos de durómetros.

Los métodos para determinar la dureza según las normas rusas e internacionales son idénticos.

Densidad (GOST 15139-69). La esencia del método es determinar la densidad de una sustancia mediante la relación entre la masa de la muestra y su volumen, determinada directamente pesando y midiendo, o por el volumen de líquido desplazado para muestras de forma irregular o difícil de medir. El principio general de prueba es similar al de ISO 1183 (DIN 53479, ASTM D792).

Coeficiente promedio de expansión térmica lineal (GOST 15173-70). La esencia del método es probar una muestra de plástico, en la que se determina lo siguiente: el coeficiente promedio de expansión térmica lineal en el rango mínimo de temperatura; el coeficiente promedio de expansión térmica lineal en un rango de temperatura específico. El principio general del método es similar al ASTM D696, DIN 53752.

Capacidad calorífica específica (GOST 23630.1-79). La norma establece un método para determinar la capacidad calorífica específica en el rango de temperatura de -100°C a +400°C. La esencia del método es medir el flujo de calor absorbido por la muestra durante el modo de calentamiento monótono de un calorímetro dinámico, caracterizado por el tiempo de retardo de temperatura en un medidor de calor con una conductividad térmica efectiva conocida. Según la normativa internacional, la capacidad calorífica específica se determina según la norma ISO 22007-4:2008.

Conductividad térmica (GOST 23630.2-79). La norma establece un método para determinar la capacidad calorífica específica en el rango de temperatura de -100°C a +400°C. La esencia del método es medir la resistencia térmica de una muestra durante un modo de calentamiento monótono a temperaturas de prueba específicas. Según la normativa internacional, la conductividad térmica se determina según la norma ISO 22007-4:2008.

Temperatura de ablandamiento Vicat (GOST 15088-83). La esencia del método es determinar la temperatura a la que un penetrador estándar, bajo la influencia de una fuerza, penetra en la muestra de prueba, calentada a velocidad constante, hasta una profundidad de 1 mm. La norma cumple totalmente con la norma ISO 306 (DIN 53460, ASTM D1525).

Temperatura de flexión bajo carga (GOST 12021-84). La esencia del método es determinar la temperatura a la que la muestra de prueba, ubicada horizontalmente sobre dos soportes, bajo la influencia de una carga constante (bajo una tensión de 0,45 o 1,8 MPa) y calentada a una velocidad constante, se dobla a una velocidad determinada. cantidad. La norma corresponde a ISO 75 (DIN 53461, ASTM D648), sin embargo, debido a los diferentes tamaños de las muestras de prueba, los valores de resistencia al calor de deformación medidos con métodos ISO pueden ser menores. Además, para el método ASTM se utiliza una presión de 1,82 MPa.

Pruebas de resistencia a la temperatura (GOST 9.715-86). La resistencia de un material a la temperatura se establece con base en los resultados de las pruebas de muestras de material al determinar: rangos de temperatura en los que ocurren procesos químicos y (o) físicos en el material, incluidos los procesos acompañados de un cambio en la masa de la muestra; el rango de tensiones y temperaturas en las que las muestras conservan su forma e integridad (para plásticos de ingeniería).

Envejecimiento de plásticos bajo la influencia de factores climáticos naturales y artificiales (GOST 9.708-83). La esencia del método es que las muestras se exponen a factores climáticos naturales en estaciones climáticas durante una duración determinada de la prueba y la resistencia al impacto especificado se determina mediante cambios en uno o más indicadores de propiedades (físico-mecánico, eléctrico, óptico, apariencia, etc. . ).

Transcripción

1 53 En el laboratorio, las pruebas de fricción y desgaste a menudo se llevan a cabo utilizando tribómetros mecanizados, y los científicos han podido desarrollar una amplia variedad de métodos estandarizados y no estandarizados que pueden usarse para determinar las características tribológicas de los materiales. En condiciones reales de funcionamiento, predecir el comportamiento de los materiales bajo fricción es bastante difícil por varias razones: 1. Una amplia gama de combinaciones de materiales que se mueven entre sí y la rugosidad de la superficie de los cuerpos fabricados con estos materiales; 2. La capacidad de utilizar una variedad de lubricantes que afectan la intensidad de la fricción entre los cuerpos; 3. No linealidad de la relación entre carga (presión de contacto), velocidad de movimiento y coeficiente de fricción; 4. La influencia de la temperatura en el valor del coeficiente de fricción y la liberación de calor cuando dos cuerpos se frotan entre sí. Pruebas mecánicas de películas poliméricas. En los capítulos siguientes de este libro se presentarán tablas y dependencias gráficas, que presentarán la Propiedades de permeabilidad y valores de diversas características mecánicas de películas obtenidas de diversos materiales poliméricos. Los valores de muchos, pero no todos, los indicadores de propiedad dependen de la temperatura, la deformación relativa, la humedad relativa y otros factores. Esta sección presenta algunos métodos estándar que se utilizan para determinar las propiedades mecánicas. En este capítulo se presenta información más detallada sobre los métodos utilizados para determinar los valores de las propiedades mecánicas. Los métodos de prueba estándar suelen ser desarrollados y publicados por especialistas de ambas organizaciones. La primera de estas organizaciones es ASTM International, también llamada Sociedad Estadounidense de Pruebas y Materiales. Esta organización publica métodos de prueba estandarizados en forma de normas ASTM. La segunda es la Organización Internacional de Normalización (o ISO para abreviar), que también participa activamente en actividades similares. Estas organizaciones se especializan no sólo en el desarrollo de métodos de prueba para plásticos, sino también en el desarrollo de normas técnicas, si es necesario, para otras áreas e industrias. Los estándares de ambas organizaciones son utilizados por especialistas en todas partes, pero cabe señalar que los métodos descritos en los estándares de diferentes organizaciones no siempre se replican exactamente entre sí. Sin embargo, a veces las normas ASTM e ISO son exactamente iguales entre sí, pero a veces las normas pueden tener diferentes procedimientos o diferentes condiciones de prueba y, por lo tanto, los resultados obtenidos utilizando los métodos descritos en las normas de diferentes organizaciones no siempre son los mismos. compararse directamente entre sí. Muy a menudo, los indicadores de propiedad medidos utilizando diferentes estándares pueden tener aproximadamente los mismos valores, pero la mayoría de las veces, al menos en un grado mínimo, difieren entre sí. Los plásticos con los que se fabrican las películas también se pueden utilizar en la producción de productos moldeados por inyección. Muy a menudo, las propiedades especificadas por los fabricantes de películas se miden en realidad probando muestras moldeadas por inyección del mismo material con el que se fabrica la película. Sin embargo, debe entenderse que al determinar las propiedades de películas y polímeros.

2 54 2. Propiedades básicas de las películas obtenidas a partir de plásticos y elastómeros de los materiales con los que se fabrican estos productos, es más recomendable probar muestras de películas, ya que las peculiaridades de los métodos de producción de películas pueden llevar al hecho de que el polímero Formen una determinada estructura molecular en dichos productos, que, a su vez, tendrán algunas propiedades especiales y únicas. Los métodos para producir películas y la influencia de los parámetros del proceso de producción en las propiedades de los productos cinematográficos se presentan con más detalle en el Capítulo 3. Sin embargo, a veces en la práctica no es posible medir los valores de ciertas características probando muestras de películas. En este caso, los resultados de las pruebas de muestras obtenidas de la misma marca de polímero mediante moldeo por inyección son "mejores que nada en absoluto". Propiedades mecánicas de tracción La determinación de los valores de las características mecánicas de tracción se lleva a cabo estirando gradualmente una muestra de el material en estudio y midiendo la carga máxima que puede soportar la muestra de prueba. Estas pruebas se llevan a cabo en equipos especializados, en particular en la máquina de ensayo de materiales universal Instron. Antes de realizar ensayos de tracción es necesario medir las dimensiones iniciales de las muestras en estudio. Conociendo esta información se pueden convertir los valores de carga y deformación obtenidos como resultado de los ensayos, construyendo así una curva de deformación, es decir, una curva de deformación versus tensión. De la curva de deformación se puede obtener una gran cantidad de información muy importante. Los métodos de prueba de tracción para plásticos se describen en las siguientes normas: ASTM D882-1 Método de prueba estándar para propiedades de tracción de láminas de plástico delgadas; Norma ISO “Plásticos Determinación de propiedades de tracción Parte 3: Condiciones de prueba para películas y láminas”; JIS K 7127:1999 Plásticos Determinación de propiedades de tracción Parte 3: Condiciones de prueba para películas y láminas. La figura muestra una vista general de la máquina de prueba de materiales universal Instron, un diagrama de las pruebas de muestras moldeadas por inyección y muestras de película, y la forma de las muestras de prueba. Las abrazaderas que se utilizan para sujetar muestras de películas difieren hasta cierto punto de las abrazaderas que se muestran en la Fig. Además, las superficies de las abrazaderas en contacto con las muestras de películas suelen estar revestidas de goma, lo que permite sujetar incluso películas bastante delgadas en el abrazaderas de forma bastante fiable y no dañarlas. Esta es una muestra de prueba. La relación entre el ancho de las probetas y su espesor será de al menos 8:1. Si se prueban materiales anisotrópicos, entonces se cortan muestras de la banda original en dos direcciones paralelas a la dirección de extrusión (NE, dirección longitudinal), es decir, en la dirección de orientación del material, así como en la dirección perpendicular (dirección transversal). , TD). Usando esta máquina, durante las pruebas, es posible obtener directamente curvas de deformación (curvas tensión-deformación) similares a las presentadas en la Fig. Al analizar dichas curvas de deformación, los especialistas pueden obtener mucha información útil y muy importante sobre las características mecánicas de Materiales poliméricos.

3 55 abrazadera (travesaño, cabeza) se mueve a una velocidad constante muestra de película para prueba, corte obtenido del método de moldeo por inyección de película original abrazadera móvil (travesaño, cabeza) mordazas de la muestra de abrazadera para prueba abrazadera fija (travesaño, cabeza) sensor de carga (célula de deformación) Fig. Máquina de prueba de materiales universal Instron (Fotografía cortesía de Instron Corporation) 7 6 F C D H tensión, MPa B A E K 1 G deformación/alargamiento, % Fig. Vista típica de la curva de deformación (curva de deformación versus tensión), que se pueden distinguir una serie de puntos importantes 1

4 56 2. Propiedades básicas de las películas obtenidas a partir de plásticos y elastómeros En la Fig. Estos puntos incluyen: El punto A se llama límite proporcional. Hasta el punto A, se observa una dependencia lineal de la magnitud de la tensión de la magnitud de la deformación relativa. El punto B se llama límite elástico. Antes de este punto, sólo aparece en la muestra el componente elástico y reversible de la deformación, y después del punto B la muestra comienza a deformarse irreversiblemente. El punto C se llama punto de cesión. Después del punto C, el material comienza a deformarse sin carga adicional. El punto D se llama fuerza máxima. En este punto se alcanza el valor máximo de tensión en la curva de deformación. El punto E se llama punto de interrupción. En mesa La Tabla 2.3 proporciona información sobre qué parámetros se pueden determinar a partir de la curva de deformación presentada en la Fig. Tabla 2.3. Propiedades mecánicas de tracción determinadas a partir de una curva tensión-deformación según ASTM D882 Característica Definición Alargamiento de rotura Alargamiento de fluencia Resistencia a la tracción (valor máximo de tensión) Límite elástico Resistencia a la tracción Valor límite de las tensiones de tracción Módulo de elasticidad a la tracción (módulo de elasticidad de primer orden) Módulo de sección (módulo secante) Resistencia a la fractura Corresponde al valor del alargamiento relativo al que la muestra se rompe, punto J en la Fig. Corresponde al valor del alargamiento relativo al que la muestra comienza a fluir, punto G en la Fig. Corresponde al valor de tensión en el que la muestra se rompe, el punto K en la figura Corresponde al valor de tensión en el que la muestra comienza a fluir (la muestra continúa alargándose y deformándose a un valor de tensión constante), punto F en la figura La magnitud de la tensión tensiones a un valor dado de deformación relativa El valor máximo de las tensiones de tracción que pueden surgir en el material antes de su falla, punto H en la Fig. La relación entre la magnitud de las tensiones de tracción y la magnitud del alargamiento relativo de una muestra de material en el región de deformación elástica (desde el punto cero hasta el punto B en la Fig. 2.13) sobre la curva de deformación. El módulo elástico "tangencial" ("tangente") está determinado por el ángulo de inclinación de la curva de deformación en la región de deformación elástica. Muy a menudo este parámetro también se llama módulo de Young o simplemente módulo de elasticidad. El indicador está determinado por el ángulo de inclinación de la línea que une el punto cero y el punto de la curva de deformación correspondiente a un cierto valor de alargamiento relativo. La cantidad de energía que debe transferirse por unidad de volumen de la muestra para su destrucción durante los ensayos de tracción. El indicador está determinado por la superficie bajo la curva de deformación. La mayoría de los plásticos presentan uno de los cuatro comportamientos posibles cuando se estiran. Así, todos los plásticos se caracterizan por uno de cuatro tipos.

5 57 curvas de deformación presentadas en la Fig. Los valores de los ángulos de pendiente de las curvas de deformación durante pruebas reales y la determinación de la dependencia de la tensión sobre la deformación pueden diferir hasta cierto punto, sin embargo, en cualquier capítulo de este libro el lector podrá Observamos que todas las curvas características de los plásticos, en mayor o menor medida, corresponden a una de estas cuatro formas. 125 tensión, MPa material duro y quebradizo material duro y fuerte material duro y viscoso material blando y fuerte (viscoso) deformación (alargamiento relativo), % Fig. Varios tipos de curvas de deformación características de los plásticos La rigidez de los plásticos está determinada por la fuerza que Se debe aplicar a la muestra de prueba para asegurar su deformación. El módulo de elasticidad es precisamente una medida de la rigidez de los plásticos. En el caso de muestras de plástico amorfo enfriadas a una temperatura mucho más baja en comparación con la temperatura de transición vítrea, la energía de carga se gasta en doblar y estirar (deformar) los enlaces en la cadena polimérica que es la base del plástico. Cuando se calientan hasta la temperatura de transición vítrea Tst, la rigidez de las muestras de plástico amorfo cambia de manera muy significativa. El valor del módulo de elasticidad en este caso puede disminuir incluso en tres órdenes de magnitud. Con un calentamiento adicional de muestras de materiales poliméricos, entre cuyas cadenas hay una pequeña cantidad de enlaces cruzados, por encima de la temperatura de transición vítrea, el valor del módulo de elasticidad puede incluso disminuir a cero. Sin embargo, en el caso de polímeros de mayor peso molecular, como el polimetacrilato de metilo, las macromoléculas pueden estar muy entrelazadas, lo que permite que el material mantenga un valor de módulo elástico bastante alto incluso cuando se calienta hasta la temperatura de descomposición. El mismo fenómeno se observa también en el caso de los polímeros reticulados, que también pueden conservar su elasticidad cuando se calientan. Debe recordarse que cuanto mayor sea el grado de reticulación del material, es decir Cuanto mayor sea el número de enlaces cruzados formados entre cadenas de polímeros, mayor será el módulo elástico del material. Si el material cristaliza al menos parcialmente, esto también puede limitar la movilidad de las cadenas moleculares, incluso a temperaturas superiores a Tst, con lo que también aumenta el valor del módulo de elasticidad del material. A medida que aumenta el grado de cristalinidad de un material, también aumenta su rigidez. Alguno

6 58 2. Propiedades básicas de las películas obtenidas de plásticos y elastómeros: los polímeros se transforman en un estado fundido (flujo viscoso) en un rango de temperatura bastante amplio. En este caso, el valor del módulo de elasticidad puede disminuir gradualmente a lo largo de este rango de temperatura hasta la temperatura de fusión (Tm). Los fenómenos mencionados se presentan en la Fig. 2.15, en la que: La curva A es característica de un polímero amorfo con un peso molecular promedio. La curva B es característica de un polímero amorfo con un alto peso molecular y, por lo tanto, las macromoléculas de dicho polímero pueden entrelazarse. La curva C es típica de material reticulado con un bajo grado de reticulación. La curva D es típica de material reticulado con un alto grado de reticulación. La curva E es característica de un polímero con un bajo grado de cristalinidad (polímero parcialmente cristalizante). La curva F es característica de un polímero con un alto grado de cristalinidad (polímero cristalino). 12 Módulo de elasticidad del material, MPa T st C F E D T pl Temperatura de descomposición 5 A B Temperatura, C Fig. Representación esquemática de las curvas de la dependencia del módulo elástico de un polímero de varios factores Propiedades mecánicas durante la flexión Para películas de polímero, a veces los científicos determinar las propiedades mecánicas durante la flexión, pero en la mayoría de los casos dichas características se analizan probando muestras producidas a partir de estos polímeros mediante moldeo por inyección. Las condiciones de prueba para determinar las propiedades mecánicas de flexión de los materiales se describen en las siguientes normas: ASTM D79-3 Métodos de prueba estándar para propiedades de flexión de plásticos reforzados y no reforzados y materiales aislantes eléctricos);

7 59 Norma ISO 178:21 Plásticos Determinación de propiedades de flexión. Al determinar las características mecánicas durante la flexión, la muestra de prueba se coloca sobre dos soportes (una viga fijada en dos extremos), después de lo cual se aplica una carga en el centro de la muestra, como resultado de lo cual la muestra comienza a doblarse (Fig. .2.16). Normalmente, se utiliza una máquina de pruebas universal Instron para realizar este tipo de pruebas. La tensión y la deformación máximas ocurren en el lado opuesto de la muestra, es decir. directamente debajo del punto de aplicación de la carga. Para tales pruebas, se recomienda utilizar muestras de 8 mm de largo, 1 mm de ancho y 4 mm de espesor. Además, al realizar pruebas de flexión, se pueden usar otras muestras, pero sus dimensiones deben seleccionarse de tal manera que la relación entre la longitud de la muestra y su espesor sea 2. carga aplicada muestra de prueba (barra) carga aplicada Fig. Principio de ensayo de flexión de muestras de materiales poliméricos Resistencia a la fractura (MIT Flex Life Testing Machine) Desarrollado por investigadores del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT), el MIT Flex Test permite a los técnicos evaluar la resistencia de un material a la falla por fatiga (fractura) que puede ocurren bajo cargas de flexión. El proceso de falla por fatiga de los plásticos se analiza con mucho más detalle en otro libro de la misma serie, Fatigue and Tribological Properties of Plastics and Elastomers. Un método de prueba similar se describe en ASTM D. Este método es el método estándar para probar la resistencia al desgaste (resistencia) del papel. Estas pruebas se llevan a cabo en equipos de prueba especiales desarrollados por especialistas del MIT. La figura muestra un diagrama de pruebas en el equipo especificado. La figura muestra una fotografía del equipo que se utiliza para realizar dichas pruebas. Un extremo de la muestra de película de polímero analizada se fija en un dispositivo de sujeción especial, que gira muy rápidamente con respecto al eje en un ángulo de 27° y vuelve a su posición original. El segundo extremo de la muestra de película está sujeto a una carga de tracción constante (es decir, está en un estado tensionado). Aunque el método estándar descrito por ASTM se desarrolló específicamente para probar muestras de papel, el mismo método también se puede utilizar para probar cualquier película de polímero. Muy a menudo, este método también se utiliza para evaluar materiales poliméricos utilizados como aislamiento para alambres y cables. También se puede utilizar un método similar para analizar el efecto de la carga de tracción sobre la durabilidad de los materiales de la película. Para simular las condiciones reales de funcionamiento de la película, las muestras pueden exponerse a temperaturas elevadas y/o productos químicos antes de realizar la prueba.

8 6 2. Propiedades básicas de las películas obtenidas a partir de plásticos y elastómeros, lo que permite predecir con mayor precisión la resistencia de las películas a la destrucción durante el funcionamiento en condiciones reales. La vida útil bajo exposición cíclica a cargas de flexión es el número de ciclos de carga después de los cuales falla la muestra de película. 6, muestra de película MPa para pruebas Fig. Esquema para determinar la resistencia a la fractura cuando se prueba en una máquina de prueba de vida de flexión del MIT Fig. Máquina de prueba de vida de flexión del MIT (Massachusetts Institute of Technology) (foto cortesía de Testing Machines Inc.)

9 Resistencia a la perforación La resistencia a la perforación, característica de las películas para embalaje, suele ser de particular interés para los consumidores de productos para paletas. Existen varios métodos estándar que se utilizan para evaluar la resistencia a la punción de las películas: Prueba de punción a alta velocidad La prueba de punción a alta velocidad se realiza de acuerdo con el método descrito en ASTM D, Prueba de punción a alta velocidad de películas de polímero utilizando Células de carga y desplazamiento: propiedades de velocidad de perforación de películas plásticas mediante sensores de carga y desplazamiento). La figura muestra una representación esquemática del dispositivo utilizado para realizar esta prueba en una máquina de prueba universal Instron. Las pruebas de punción de alta velocidad suelen utilizar elementos tales como accionamientos hidráulicos, un elemento de impacto (o lápiz óptico), una plantilla de anillo, un dispositivo de sujeción de carga (celda de carga), un conjunto de reguladores, una placa de adquisición de datos y un computadora, con la ayuda del cual se controla el sistema de prueba, se miden los parámetros relevantes y se prepara el informe de prueba. sensor de carga elemento (o sonda) de impacto elemento (o sonda) de impacto sensor de carga radio R película película Fig. Representación esquemática de un dispositivo para realizar pruebas de punción a alta velocidad. La Figura 2.2 presenta una dependencia gráfica típica, con la ayuda de la cual se muestran más claramente los resultados de tales pruebas, es decir, la dependencia de la carga del desplazamiento. Estas pruebas se llevan a cabo muy a menudo con diferentes índices de carga sobre la muestra de película. La norma también proporciona valores de velocidad recomendados que son apropiados para pruebas a 2,5, 25, 125, 2 y 25 m/min (0,137, 1,367, 6,835, 1,936 y 13,67 pies/s, respectivamente).

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Materiales elásticos para soluciones de sistema sylomer Descripción del elastómero especial Sylomer es un elastómero de poliuretano especial producido por Getzner Werkstoffe GmbH (Austria) en forma moldeada o espumada.

Métodos de prueba para materiales poliméricos.

Pruebas mecánicas. Pruebas de dureza. Ensayos de resistencia al impacto. Pruebas térmicas. Pruebas eléctricas. Pruebas ópticas. Pruebas físicas. Pruebas reológicas. Pruebas de inflamabilidad.

Pruebas mecanicas

1. Módulo de resistencia, deformación y tracción ISO R527 (DIN 53455, DIN 53457, ASTM D638M)

Instalación de laboratorio para ensayos mecánicos.

Velocidades de prueba:
Velocidad A - 1 mm/min - módulo de tracción.
Velocidad B - 5 mm/min - diagrama de tensión de tracción para resinas rellenas de fibra de vidrio.
Velocidad C - 50 mm/min - diagrama de tensiones de tracción para resinas sin carga.

Muestra de prueba universal ISO R527

Diagrama de voltaje
R: Límite de proporcionalidad.
B: límite elástico.
C: Resistencia a la tracción.
X: Destrucción.
0-A: Región de límite elástico, propiedades elásticas.
Después de A: Propiedades plásticas.

2. Resistencia y módulo de flexión ISO 178 (DIN 53452, ASTM D790)

Moderna máquina de ensayo de flexión: "Flexómetro"

La resistencia a la flexión es una medida de qué tan bien resiste un material a la flexión o "qué tan rígido es el material". A diferencia de las cargas de tracción, en los ensayos de flexión todas las fuerzas actúan en la misma dirección. Una varilla ordinaria, simplemente apoyada, se carga en el medio del tramo: creando así una carga en tres puntos. En una máquina de prueba estándar, la punta de carga presiona la muestra a una velocidad constante de 2 mm/min.

Los valores de tensión y módulo de elasticidad en flexión se miden en MPa.

Pruebas de flexión

3. Prueba de desgaste en máquina Taber ISO 3537 (DIN 52347, ASTM D1044)

Pruebas de desgaste en una máquina Taber

4. Comparación de los métodos ISO (Organización Internacional de Normalización) y ASTM (Sociedad Estadounidense de Pruebas y Materiales).

Pruebas de dureza

1. Comparación de dureza según Brinell, Rockwell y Shore

Relación de escala de dureza

La prueba de Rockwell determina la dureza de los plásticos después de la recuperación elástica de la deformación de la muestra durante la prueba. Esto difiere de los ensayos de dureza Brinell y Shore: en estos ensayos, la dureza está determinada por la profundidad de penetración bajo carga y, por tanto, excluye cualquier recuperación elástica de la deformación del material. Por lo tanto, los valores de Rockwell no pueden correlacionarse directamente con los valores de dureza Brinell o Shore.

Los rangos de dureza Shore A y D se pueden comparar con los rangos de dureza Brinell. Sin embargo, no existe una correlación lineal.

2. Dureza Brinell ISO 2039-1 (DIN 53456)

Determinación de la dureza Brinell

El resultado se expresa en N/mm2.

3. Dureza Rockwell ISO 2039-2

Determinación de la dureza Rockwell

Probador de dureza Rockwell portátil Probador de dureza Rockwell de laboratorio

Escala de dureza	Diámetro de la bola del penetrador Rockwell, mm
R	98,07	588,4	12,7
l	98,07	588,4	6,35
METRO	98,07	980,7	6,35

4. Dureza Shore ISO 868 (DIN 53505, ASTM D2240)

Determinación de la dureza Shore

Indentadores para escleroscopios

Los valores de dureza Shore varían:
de 10 a 90 para escleroscopio Shore tipo A - materiales blandos,
de 20 a 90 para escleroscopio Shore tipo D - materiales duros.
Si los valores medidos son >90A, el material es demasiado duro y se debe utilizar un escleroscopio D.
Si los valores medidos<20D, то материал слишком мягок, и должен применяться склероскоп А.

No existe una relación simple entre la dureza medida por este método de prueba y otras propiedades fundamentales del material que se está probando.

Pruebas de impacto

1. El concepto de resistencia al impacto.

2. Interpretación de los resultados de las pruebas de impacto: comparación de los métodos ISO y ASTM

Influencia del espesor y peso molecular de una muestra entallada en los resultados de las pruebas de impacto Izod de resinas de policarbonato.

Es necesario entender claramente que:
No son los materiales los que han cambiado, sólo los métodos de prueba;

La mencionada transición de fractura dúctil a frágil juega un papel insignificante en la realidad: la gran mayoría de los productos diseñados tienen un espesor de 3 mm o menos.

3. Resistencia al impacto según Izod ISO 180 (ASTM D256)

Instrumento de laboratorio para medir la resistencia al impacto Izod.

Los resultados de estas pruebas se utilizan ampliamente como referencia para comparar las resistencias al impacto de los materiales. La prueba de impacto Izod de muestras con muescas es más adecuada para determinar la resistencia al impacto de productos que tienen muchas esquinas afiladas, como nervaduras, paredes que se cruzan y otras áreas de concentración de tensiones. Cuando se prueba la resistencia al impacto Izod de muestras sin entallas, se utiliza la misma geometría de carga, excepto que la muestra no tiene entallas (o está sujeta en un tornillo de banco en posición invertida). Este tipo de ensayo siempre da mejores resultados que los ensayos con entalladura de Izod debido a la ausencia de puntos de concentración de tensiones.

La resistencia al impacto de las muestras con muescas utilizando el método Izod es la energía de impacto gastada para destruir la muestra con muescas, dividida por el área de la sección transversal original de la muestra en el sitio de la muesca. Esta fuerza se expresa en kilojulios por metro cuadrado: kJ/m2. La muestra se sujeta verticalmente en el tornillo de banco de un destornillador de impacto.

Las designaciones ISO reflejan el tipo de muestra y el tipo de corte:
ISO 180/1A designa el tipo de muestra 1 y el tipo de muesca A. Como se puede ver en la figura siguiente, el tipo de muestra 1 tiene 80 mm de largo, 10 mm de alto y 4 mm de espesor.
ISO 180/1O representa la misma muestra 1 pero sujeta en una posición invertida (reportada como "sin cortar").
Las probetas ASTM tienen dimensiones similares: el mismo radio en la base de la muesca y la misma altura, pero difieren en longitud: 63,5 mm y, lo que es más importante, en espesor: 3,2 mm.

Diferentes espesores de muestra pueden dar lugar a diferentes interpretaciones de "dureza", como se muestra por separado.

Muestras para mediciones de resistencia al impacto.

Método de medición de la resistencia al impacto Izod

4. Resistencia al impacto según Charpy ISO 179 (ASTM D256)

Dispositivo de medición de fuerza Charpy

Las designaciones ISO reflejan el tipo de muestra y el tipo de corte:
ISO 179/1C designa el tipo de muestra 2 y el tipo de muesca CI;
ISO 179/2D designa la muestra tipo 2, pero sin cortar.

Método de medición de la resistencia al impacto Charpy

Las muestras utilizadas según el método DIN 53453 tienen dimensiones similares. Los resultados para los métodos ISO y DIN se definen como la energía de impacto en julios absorbida por la muestra de prueba dividida por el área de la sección transversal de la muestra en la ubicación de la muesca. Estos resultados se expresan en kilojulios por metro cuadrado: kJ/m2.

Pruebas térmicas

1. Resistencia al calor según Vicat ISO 306 (DIN 53460, ASTM D1525)

Probador de resistencia al calor de laboratorio Vicat

Estas pruebas proporcionan la temperatura a la que el plástico comienza a ablandarse rápidamente. Se inserta una aguja redonda de extremo plano que tiene un área de sección transversal de 1 mm² en la superficie de una pieza de prueba de plástico bajo una carga específica y se aumenta la temperatura a un ritmo uniforme. La resistencia al calor Vicat (VST - punto de reblandecimiento Vicat) es la temperatura a la que la penetración alcanza 1 mm.

Determinación de la resistencia al calor según Vicat.

La norma ISO 306 describe dos métodos:
Método A: carga 10 N;
Método B: carga 50 N.
...con dos posibles tasas de aumento de temperatura:

50 °C/hora;
120 °C/hora.
Los resultados de las pruebas ISO se informan como A50, A120, B50 o B120. El conjunto de prueba se sumerge en un baño calefactor con una temperatura inicial de 23 °C. Después de 5 minutos, se aplica una carga de 10 o 50 N. La temperatura del baño a la que se incrusta la punta del penetrador a una profundidad de 1 + 0,01 mm se registra como la resistencia al calor Vicat del material con la carga y el índice de temperatura seleccionados. aumentar.

2. Interpretación de las características térmicas comparación de los métodos ISO y ASTM.

Se pueden encontrar algunas diferencias en los resultados publicados usando el método ISO en comparación con las normas ASTM debido a los diferentes tamaños de las muestras de prueba: los valores de resistencia a la deformación térmica medidos usando los métodos ISO pueden ser más bajos.

3. Resistencia al calor por deformación y resistencia al calor por deformación bajo carga ISO 75 (DIN 53461, ASTM D648)

La resistencia al calor por deformación es una medida relativa de la capacidad de un material para resistir tensiones durante un corto período de tiempo a temperaturas elevadas. Estas pruebas miden el efecto de la temperatura sobre la rigidez aplicando tensiones superficiales específicas a una pieza de prueba estándar y aumentando la temperatura a un ritmo uniforme.

Las muestras utilizadas en las pruebas están recocidas o no recocidas. El templado es un proceso en el que una muestra se calienta a una temperatura determinada, se mantiene a esa temperatura durante un período de tiempo y luego se baja gradualmente hasta la temperatura ambiente. Estas acciones permiten reducir o eliminar por completo las tensiones internas en el cuerpo de la muestra que surgieron, por ejemplo, durante la polimerización acelerada en una máquina de moldeo por inyección.

Tanto en las normas ISO como ASTM, la muestra de prueba cargada se sumerge en un baño calefactor lleno de aceite de silicona.

Las tensiones superficiales de la muestra son:

Bajo - para métodos ISO y ASTM - 0,45 MPa;
Alto - para el método ISO - 1,80 MPa y para el método ASTM - 1,82 MPa.
Se permite que la fuerza se aplique durante 5 minutos, pero este período de retención puede omitirse si los materiales de prueba no muestran una fluencia apreciable durante los primeros 5 minutos. Después de 5 minutos, la temperatura inicial del baño de 23 °C se aumenta a una velocidad uniforme de 2 °C/min.

La deformación de la muestra de prueba se controla continuamente:

la temperatura a la que la deflexión alcanza 0,32 mm (ISO) y 0,25 mm (ASTM) se registra como “resistencia al calor de deformación bajo carga” o simplemente “resistencia al calor de deformación” (temperatura de deformación térmica).

Aunque no se mencionan en ninguno de los estándares de prueba, comúnmente se usan dos abreviaturas:

DTUL - Resistencia al calor por deformación bajo carga
HDT - Resistencia al calor por deformación o resistencia al calor por flexión

Determinación de la resistencia al calor por deformación.

En la práctica general, la abreviatura DTIL se utiliza para los resultados obtenidos mediante el método ASTM y la abreviatura HDT se utiliza para los resultados obtenidos mediante el método ISO.
Dependiendo de la tensión superficial creada, a la abreviatura HDT se le añaden las letras A o B:

HDT/A para carga 1,80 MPa
HDT/B para carga 0,45 MPa

4. Resistencia al calor por deformación (HDT) y plásticos amorfos y semicristalinos

Para los polímeros amorfos, los valores de HDT coinciden aproximadamente con la temperatura de transición vítrea Tg del material.

Dado que los polímeros amorfos no tienen un punto de fusión específico, se procesan en su estado altamente elástico a temperaturas superiores a la Tg.

Los polímeros cristalinos pueden tener valores de HDT bajos y aún tener utilidad estructural a temperaturas más altas: el método de determinación de HDT es más reproducible con plásticos amorfos que con cristalinos. Algunos polímeros pueden requerir templado (recocido) de las muestras de prueba para obtener resultados confiables.

Cuando se añaden fibras de vidrio a un polímero, su módulo aumenta. Dado que HDT es la temperatura a la que un material tiene un determinado módulo, aumentar el módulo también aumenta el valor de HDT. La fibra de vidrio tiene un mayor efecto sobre la HDT de los polímeros cristalinos en comparación con los polímeros amorfos.

Aunque se utilizan ampliamente para indicar el rendimiento a altas temperaturas, las pruebas HDT simulan sólo una gama estrecha de condiciones. En muchas aplicaciones de alta temperatura, los productos funcionan a temperaturas más altas, cargas más altas y sin soportes. Por lo tanto, los resultados obtenidos con este método de prueba no representan la temperatura máxima de aplicación, ya que en la práctica real, factores importantes como el tiempo, la carga y los índices de tensión superficial pueden diferir de las condiciones de prueba.

5. Presionando la pelota EC335-1

Se trata de pruebas de resistencia al calor similares a la prueba Vicat. La muestra se coloca horizontalmente sobre un soporte en la cámara de calentamiento y se presiona una bola con un diámetro de 5 mm con una fuerza de 20 N. Después de una hora, se retira la bola y la muestra se enfría en agua durante 10 segundos. y se mide la huella que deja la pelota. Si el diámetro de la indentación es inferior a 2 mm, se considera que el material ha pasado la prueba de indentación de la bola a esa temperatura.

Prueba de indentación de bolas

Dependiendo de la aplicación, la temperatura de prueba puede variar:
75 °C para piezas no vivas,
125 °C para piezas bajo tensión.

6. Conductividad térmica ASTM C 177

Las propiedades de aislamiento térmico de los plásticos se determinan midiendo la conductividad térmica. Se instalan placas anchas de plástico a ambos lados de una pequeña placa calentada y se colocan disipadores de calor en las superficies libres de las placas. Los aislantes térmicos ubicados alrededor de la cámara de prueba evitan la pérdida de calor radial. A continuación se puede medir el flujo de calor axial a través de las placas de plástico. Los resultados se registran en W/m°C.

7. Índice de conductividad térmica relativa, RTI UL 746B

Anteriormente denominado temperatura de uso continuo (CUTR), el índice de temperatura relativa (RTI) es la temperatura máxima de servicio a la que todas las propiedades críticas de un material permanecen dentro de límites aceptables durante un período prolongado de tiempo.

Según la norma UL 746B, a un material se le pueden asignar tres índices RTI independientes:

Eléctrico: midiendo la rigidez dieléctrica del dieléctrico.
Impacto mecánico: midiendo la resistencia al impacto a la tracción.
Mecánica sin tensión: midiendo la resistencia a la tracción.
Estas tres propiedades fueron seleccionadas como críticas en las pruebas debido a su sensibilidad a las altas temperaturas durante el uso.

El rendimiento térmico del material se prueba durante un largo período de tiempo en comparación con un segundo material de control para el cual ya se ha determinado el índice RTI y que ha mostrado un buen rendimiento.

Basado en el término "índice de temperatura relativa", el material de control se utiliza porque las características que se deterioran con el aumento de la temperatura son inherentemente sensibles a las variables del propio programa de prueba. El material de control se ve afectado por las mismas combinaciones específicas de estos factores durante la prueba, lo que proporciona una base válida para la comparación con el material de prueba.

Idealmente, el rendimiento térmico a largo plazo podría evaluarse envejeciendo el material de prueba a temperatura normal durante un período prolongado. Sin embargo, esto no es práctico para la mayoría de las aplicaciones. Por lo tanto, el envejecimiento acelerado se produce a temperaturas significativamente más altas. Durante el proceso de envejecimiento, las muestras de los materiales de prueba y control se colocan en hornos en los que se mantiene una temperatura constante determinada. Se extraen muestras de los materiales de prueba y control en momentos específicos y luego se analizan para garantizar que se conserven sus propiedades básicas. Midiendo las tres propiedades mencionadas en función del tiempo y la temperatura, se puede calcular matemáticamente el "fin de vida" de cada temperatura. Este “fin de vida” se define como el tiempo durante el cual las propiedades de un material se han deteriorado un 50% respecto a sus propiedades originales. Al sustituir los datos de la prueba en la ecuación de Arrhenius, se puede determinar la temperatura máxima a la cual el material de prueba tendrá una vida útil satisfactoria. Esta temperatura calculada es el índice RTI para cada propiedad del material.

Comprender la metodología para determinar el índice RTI permite al diseñador utilizar este índice para predecir cómo se comportarán las piezas formadas a partir de un material determinado en servicio real a temperaturas elevadas.

8. Coeficiente de expansión térmica lineal ASTM D696, DIN 53752

Todo material se expande cuando se calienta. Las piezas de polímero moldeadas por inyección se expanden y cambian de tamaño a medida que aumenta la temperatura. Para estimar esta expansión, los diseñadores utilizan el coeficiente de expansión térmica lineal (CLTE), que mide los cambios en la longitud, el ancho y el espesor de la pieza moldeada. Los polímeros amorfos generalmente exhiben tasas de expansión consistentes en todo su rango de temperatura práctico. Los polímeros cristalinos generalmente exhiben mayores tasas de expansión a temperaturas superiores a su temperatura de transición vítrea.

La adición de cargas que crean anisotropía afecta significativamente el coeficiente CLTE del polímero. Las fibras de vidrio suelen estar orientadas en la dirección del frente de flujo: cuando se calienta el polímero, las fibras evitan la expansión a lo largo de su eje y reducen el coeficiente CLTE. En direcciones perpendiculares a la dirección del flujo y al espesor, el coeficiente CLTE será mayor.

Los polímeros se pueden formular para que tengan un valor CLTE que coincida con los coeficientes de expansión térmica de los metales u otros materiales utilizados en estructuras compuestas, como las piezas de automóviles.

Pruebas electricas

1. Rigidez dieléctrica IEC 243-1

Instalación de laboratorio para medir la fuerza eléctrica.

La rigidez dieléctrica refleja la resistencia eléctrica de los materiales aislantes a diferentes frecuencias de suministro de energía (de 48 Hz a 62 Hz) o es una medida de la resistencia a la ruptura de un material dieléctrico bajo voltaje aplicado. El voltaje aplicado inmediatamente antes de la ruptura se divide por el espesor de la muestra para obtener un resultado en kV/mm.

El medio ambiente puede ser aire o aceite. La dependencia del espesor puede ser significativa y, por lo tanto, todos los resultados se registran para un espesor de muestra determinado.

Muchos factores influyen en los resultados:

Espesor, uniformidad y contenido de humedad de la muestra de prueba;
Dimensiones y conductividad térmica de los electrodos de prueba;
Frecuencia y forma de onda del voltaje aplicado;
Temperatura, presión y humedad ambiente;
Características eléctricas y térmicas del ambiente.
2. Resistividad superficial IEC 93 (ASTM D257)

Cuando se energiza el plástico aislante, una parte de la corriente total fluirá a lo largo de la superficie del plástico si hay otro conductor o cable de tierra conectado al producto. La resistividad superficial es una medida de la capacidad de resistir esta corriente superficial.

Se mide como resistencia cuando una corriente continua fluye entre electrodos montados en una superficie de ancho unitario con una distancia unitaria entre ellos. Esta resistencia se mide en ohmios, a veces denominada "ohmios por cuadrado".

3. Resistividad de volumen IEC 93 (ASTM D257)

Cuando se aplica un potencial eléctrico a través de un aislador, el flujo de corriente estará limitado por las propiedades de resistencia del material. La resistividad del volumen es la resistencia eléctrica cuando se aplica un voltaje eléctrico a las caras opuestas de un cubo unitario.

Medido en ohmios*cm. La resistividad del volumen está influenciada por las condiciones ambientales que actúan sobre el material. Cambia inversamente a la temperatura y disminuye ligeramente en ambientes húmedos. Los materiales con una resistividad volumétrica superior a 108 Ohm*cm se consideran aislantes. Los conductores parciales tienen valores de resistividad volumétrica de 103 a 108 ohmios*cm.

4. Constante dieléctrica relativa IEC 250

Como se establece en la norma IEC 250, “la constante dieléctrica relativa de un material aislante es la relación entre la capacitancia de un capacitor en el que el espacio entre y alrededor de los electrodos está lleno de material aislante y la capacitancia de un capacitor con el mismo electrodo. configuración en el vacío”.

En aplicaciones dieléctricas de CA, las características requeridas son buena resistividad y baja disipación de energía. La disipación eléctrica hace que los componentes electrónicos funcionen de manera ineficiente y hace que aumente la temperatura de la pieza de plástico, que sirve como dieléctrico. En un dieléctrico ideal, por ejemplo en el vacío, no hay pérdidas de energía debido al movimiento dipolar de las moléculas. En materiales sólidos, como los plásticos, el movimiento dipolar se convierte en uno de los factores que influyen. Una medida de esta ineficiencia es la constante dieléctrica relativa (anteriormente llamada constante dieléctrica).

Este es un coeficiente adimensional que se obtiene dividiendo la capacitancia paralela de un sistema con un elemento dieléctrico plástico por la capacitancia de un sistema con vacío como dieléctrico. Cuanto menor sea este número, mejor será el rendimiento del material como aislante.

5. Coeficiente de disipación IEC 250

Como establece la norma IEC 250, "el ángulo de pérdida dieléctrica de un material aislante es el ángulo por el cual la diferencia de fase entre el voltaje aplicado y la corriente recibida se desvía de Pi/2 radianes cuando el dieléctrico del capacitor consiste únicamente en el dieléctrico material bajo prueba. El factor de disipación tg d del dieléctrico del material aislante es la tangente de pérdida d".

En un dieléctrico ideal, las curvas de voltaje y corriente están desfasadas exactamente 90°. Cuando el dieléctrico se vuelve menos del 100% eficiente, la forma de onda de la corriente comienza a retrasarse con respecto al voltaje en proporción directa. La cantidad de onda de corriente que se desvía de estar desfasada 90° con el voltaje se define como "ángulo de pérdida dieléctrica". La tangente de este ángulo se llama "tangente de pérdida" o "factor de disipación".

Un factor de disipación bajo es muy importante para los aisladores de plástico en aplicaciones de alta frecuencia, como equipos de radar y piezas que funcionan en entornos de microondas: valores más bajos corresponden a mejores materiales dieléctricos. Un alto factor de disipación es esencial para el rendimiento de la soldadura.

La constante dieléctrica relativa y el coeficiente de disipación se miden en el mismo equipo de prueba. Los resultados de las pruebas obtenidos dependen en gran medida de la temperatura, el contenido de humedad, la frecuencia y el voltaje.

6. Resistencia al arco ASTM D495

En los casos en que se permite que la corriente eléctrica pase a través de la superficie de un aislante, la superficie se daña después de un período de tiempo y se vuelve conductora.

La resistencia al arco es la cantidad de tiempo en segundos necesaria para que una superficie aislante se vuelva conductora bajo un arco de alto voltaje y bajo amperaje. Alternativamente, la resistencia del arco se refiere a la cantidad de tiempo que una superficie plástica puede resistir la formación de un camino conductor continuo cuando se expone a alto voltaje con un arco de bajo amperaje en condiciones específicas.

7. Índice de seguimiento comparativo (Índice de desglose comparativo) IEC 112

El índice de seguimiento representa la resistencia relativa de los materiales aislantes eléctricos para formar una ruta conductora cuando una superficie cargada electrostáticamente está expuesta a contaminantes acuosos. Las determinaciones del Índice de seguimiento comparativo (CTI) y las pruebas CTI-M se realizan para evaluar la seguridad de los componentes que contienen partes vivas: el material aislante entre partes vivas debe ser resistente al seguimiento dieléctrico. El CTI se define como el voltaje máximo al que no se produce una falla del aislamiento después de la exposición a 50 gotas de una solución acuosa de cloruro de amonio. Son deseables valores de CTI altos. Los materiales que cumplen con los requisitos de CTI a 600 V se denominan resinas de "alto seguimiento".

El procedimiento de prueba para determinar el índice CTI es complejo. Los factores que influyen son el estado de los electrodos, el electrolito y la superficie de la muestra, así como la tensión aplicada.

Los resultados pueden reducirse agregando aditivos, como:

Los pigmentos, en particular el negro de humo,
Antipirinov,
Fibra de vidrio.
Por lo tanto, generalmente no se recomienda el uso de materiales que contengan retardantes de pirina, negro de humo y fibras de vidrio donde la resistencia al seguimiento dieléctrico sea un requisito principal.

Los minerales (TiO2) tienden a aumentar los valores de CTI.

8.Pruebas CTI

Las pruebas CTI se llevan a cabo utilizando dos electrodos de platino con dimensiones específicas, que descansan uniformemente con bordes tipo "cincel" ligeramente redondeados sobre la muestra de prueba.

El voltaje mínimo aplicado a los electrodos suele ser de 175 V. Si las piezas están sometidas a un voltaje electrostático alto, entonces la diferencia de potencial se establece en 250 V. El voltaje se aplica en etapas de 25 V: el voltaje máximo es 600 V.

La superficie del material de prueba se humedece con 50 gotas de una solución de cloruro de amonio al 0,1% en agua destilada (la llamada solución A), cayendo centralmente entre los dos electrodos. Se regulan el tamaño y la frecuencia de las gotas de electrolito que caen. Si no hay corriente al voltaje seleccionado, la prueba se repite con un voltaje aumentado en 25 V hasta que aparezca corriente. Este voltaje, reducido en un paso de 25 V, se llama índice CTI. Luego se repite la prueba con un voltaje 25 V por debajo del voltaje CTI, pero con 100 gotas de electrolito en lugar de 50. Determine el voltaje al cual 100 gotas no producen corriente. Este valor se puede informar entre paréntesis () además del valor de CTI cuando se expone a 50 gotas de electrolito.

prueba CTI

9. Pruebas CTI-M

La prueba CTI-M es similar a la prueba CTI, excepto que utiliza un agente humectante más agresivo (M es una abreviatura de la palabra francesa "mouille" - "humedecido"). La solución B contiene 0,1% de cloruro de amonio y 0,5% de alquilnaftalenosulfonato. También se pueden medir los agujeros creados por la erosión y registrar su profundidad.
Ejemplo de registro: CTI 375 (300) M-0.8 significa:

50 gotas de solución B no crean una corriente a un voltaje de 375 V.
100 gotas no crean corriente a un voltaje de 300 V.
La profundidad de los agujeros de erosión en la superficie de la muestra puede ser de 0,8 mm.

De acuerdo con la norma UL94, se ha desarrollado un conjunto de pruebas para clasificar la seguridad de los materiales utilizados para componentes de dispositivos eléctricos según la resistencia del polímero a la corriente eléctrica y al fuego.

Según los resultados de estas pruebas, los materiales se dividen en categorías PLC (Performance Level Category):

Índice de seguimiento comparativo

Resistencia al arco, D495

Clasificación de arco de alto voltaje (HVTR)

Prueba de inflamabilidad de alambre caliente (HWI)

Encendido por arco alto (HAI)

NA - Número de descargas antes del encendido Categoría PLC
120 <= NA 0
60 <= NA < 120 1
30 <= NA < 60 2
15 <= NA < 30 3
0 <= NA < 15 4

Pruebas ópticas

1. Turbidez y transmitancia de luz ASTM D1003

La turbidez es causada por la dispersión de la luz en el material y puede deberse a la influencia de la estructura molecular, el grado de cristalización o inclusiones extrañas en la superficie o dentro de la muestra de polímero. La turbiedad sólo es característica de materiales translúcidos o transparentes y no se aplica a materiales opacos. La neblina a veces se considera lo opuesto al brillo, que a su vez puede ser la absorción de un haz de luz incidente. Sin embargo, el método de prueba de turbidez en realidad mide la absorción, transmisión y desviación de un haz de luz por un material translúcido.

La muestra se coloca en el camino de un haz de luz estrecho de modo que parte de la luz pase a través de la muestra y la otra parte no quede obstruida. Ambas partes del haz pasan a una esfera equipada con un fotodetector.

Se pueden definir dos cantidades:

La intensidad general del haz de luz;
La cantidad de luz se desvió más de 2,5° del haz original.
A partir de estas dos cantidades se pueden calcular los dos valores siguientes:

Turbidez, o el porcentaje de la luz suministrada dispersada en más de 2,5°,
Transmitancia de luz, o porcentaje de luz incidente que se transmite a través de una muestra.

2. Brillo DIN 67530, ASTM D523

El brillo está relacionado con la capacidad de una superficie de reflejar más luz en una determinada dirección en comparación con otras direcciones. El brillo se puede medir utilizando un medidor de brillo. La luz brillante se refleja desde la muestra en ángulo y el brillo de la luz reflejada se mide mediante un fotodetector. El ángulo más utilizado es el de 60°. Los materiales más brillantes se pueden medir en un ángulo de 20°, mientras que las superficies mate se pueden medir en un ángulo de 85°. El medidor de brillo se calibra utilizando un estándar de vidrio negro que tiene un valor de brillo de 100.

Los plásticos tienen valores más pequeños: dependen estrictamente del método de moldeo.

Método de medición del brillo

3. Neblina y brillo

Los métodos de prueba de turbidez y brillo miden qué tan bien un material refleja o transmite la luz. Estos métodos cuantifican la clasificación de un material, como "transparente" o "brillante". Si bien la turbiedad se limita a materiales transparentes o translúcidos, el brillo se puede medir para cualquier material. Tanto las pruebas de turbidez como de brillo son precisas. Pero a menudo se utilizan para evaluar la apariencia, que es más subjetiva. La correlación entre los valores de turbidez y brillo, así como la forma en que la gente califica la "claridad" o el "brillo" de los plásticos, es incierta.

4. Índice de refracción DIN 53491, ASTM D542

Determinación del índice de refracción.

Un haz de luz pasa a través de una muestra transparente en un cierto ángulo. La deflexión del haz causada por el material cuando el haz pasa a través de la muestra es el índice de refracción, que se determina dividiendo sen a por sen b.

Pruebas fisicas

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

La densidad es la masa dividida por la unidad de volumen de un material a 23°C y generalmente se expresa en gramos por centímetro cúbico (g/cm3) o gramos por mililitro (g/ml). La "gravedad específica" es la relación entre la masa de un volumen dado de material y la masa del mismo volumen de agua a una temperatura específica.

La densidad se puede medir mediante varios métodos, como se describe en la norma ISO 1183:

Método de inmersión de plásticos en estado acabado.

Método picnométrico para plásticos en forma de polvos, gránulos, tabletas o productos moldeados reducidos a pequeñas partículas.

Método de valoración para plásticos de formas similares a las requeridas para el Método A.

Método de columna de gradiente de densidad para plásticos similar a los requeridos para el Método A.

Las columnas de densidad en gradiente son columnas de líquido cuya densidad aumenta uniformemente de arriba a abajo. Son especialmente adecuados para medir la densidad de pequeñas muestras de productos y para comparar densidades.

2. Absorción de agua ISO 62 (ASTM D570)

Los plásticos absorben agua. El contenido de humedad puede provocar cambios en las dimensiones o propiedades, como la resistencia del aislamiento eléctrico, la pérdida dieléctrica, la resistencia mecánica y la apariencia.

La determinación de la absorción de agua de una muestra de plástico de ciertos tamaños se lleva a cabo sumergiendo la muestra en agua durante un período de tiempo específico y a una temperatura específica. Los resultados de la medición se expresan en miligramos de agua absorbida o como porcentaje de aumento de masa. Sólo es posible comparar la absorción de agua de diferentes plásticos cuando las muestras de prueba son idénticas en tamaño y en las mismas condiciones físicas.

Las muestras de prueba se secan previamente a 50°C durante 24 horas, se enfrían a temperatura ambiente y se pesan antes de sumergirlas en agua a una temperatura determinada durante un período de tiempo determinado.

La absorción de agua se puede medir:

Las muestras se colocan en un recipiente con agua destilada a una temperatura de 23° C.

Después de 24 horas, las muestras se secan y se pesan.

Las muestras se colocan en agua hirviendo durante 30 minutos, se enfrían durante 15 minutos en agua a una temperatura de 23°C y se pesan nuevamente.

Hasta la saturación

Las muestras se sumergen en agua a una temperatura de 23°C hasta que estén completamente saturadas de agua.

La absorción de agua se puede expresar como:

La masa de agua absorbida,
Masa de agua absorbida por unidad de superficie,
El porcentaje de agua absorbida en relación con el peso de la muestra de prueba.

Pruebas reológicas

1. Contracción del moldeo ISO 2577 (ASTM D955)

La contracción del moldeo es la diferencia entre las dimensiones del molde y la pieza moldeada producida en ese molde. Se registra en % o milímetros por milímetro.

Los valores de contracción de formación se registran tanto en paralelo al flujo de material ("en la dirección del flujo") como perpendicularmente al flujo ("en la dirección del flujo transversal"). Para materiales de fibra de vidrio estos valores pueden variar significativamente. La contracción del moldeo también puede verse afectada por otros parámetros, como el diseño de la pieza, el diseño del molde, la temperatura del molde, la presión específica de la inyección y el tiempo del ciclo de moldeo.

Los valores de contracción de formación (cuando se miden en piezas simples como una pieza de prueba de tracción o un disco) son solo datos típicos para la selección de materiales. No se pueden aplicar a diseños de piezas o herramientas.

2. Tasa de flujo de fusión/Índice de fusión ISO 1133 (DIN 53735, ASTM D 1238)

Las pruebas de tasa de flujo de fusión (MFR) o índice de fusión (MFI) miden el flujo de polímero fundido a través de un plastómetro de extrusión bajo condiciones de carga y temperatura específicas. El plastómetro de extrusión consta de un cilindro vertical con una pequeña cabeza de 2 mm de diámetro en la parte inferior y un pistón extraíble en la parte superior. Se coloca una carga de material en un cilindro y se precalienta durante varios minutos. Se coloca un pistón en la superficie superior del polímero fundido y su peso fuerza al polímero a través del cabezal hacia la placa colectora. El período de tiempo de la prueba varía de 15 sa 6 min dependiendo de la viscosidad de los plásticos. Valores de temperatura utilizados: 220, 250 y 300°C. Las masas de las cargas aplicadas son 1,2, 5 y 10 kg.

La cantidad de polímero recolectada después de un período de prueba determinado se pesa y se convierte en la cantidad de gramos que podrían extruirse después de 10 minutos. El índice de flujo de fusión se expresa en gramos por tiempo de referencia.

Ejemplo: MFR (220/10) = xx g/10 min: significa el índice de flujo de fusión a una temperatura de prueba de 220 °C y una masa de carga nominal de 10 kg.

Método de medición del índice de fusión

El caudal de la masa fundida de polímero depende de la velocidad de cizallamiento. Las velocidades de corte utilizadas en estas pruebas son significativamente más bajas que las utilizadas en condiciones normales de fabricación. Por lo tanto, es posible que los datos obtenidos mediante este método no siempre correspondan con sus propiedades en el uso real.

3. Flujo volumétrico de fusión/Índice de volumen de fusión ISO 1133 (DIN 53735, ASTM D 1238)

La norma DIN 53735 describe tres métodos de medición de caudal:
"Verfahren A"

"Verfahren B", que a su vez incluye dos métodos:

El método Verfahren A implica medir la masa a medida que el plástico se extruye a través de una matriz determinada.

El método Verfahren B consiste en medir el desplazamiento del pistón y la densidad del material en condiciones similares.

Con el método Verfahren B/Mebprinzip 1 se mide la distancia que recorre el pistón.

El método Verfahren B/Mebprinzip 2 mide el tiempo durante el cual se mueve el pistón.

Para resumir estos métodos, el índice de flujo según Verfahren A según DIN 53735 es igual al caudal MFR según ISO 1133.

En la parte superior de la descripción de estos diferentes métodos, DIN 53735 describe el índice de flujo volumétrico (MVI). (ISO 1133 no menciona MVI).

El índice MVI se define como el volumen de plástico que se extruye a través del cabezal en un tiempo determinado.

El índice MFI se define como la masa de plástico extruida a través del cabezal durante un tiempo determinado. El índice MVI se expresa en cm³/10 min y el índice MFI en g/10 min.

Las temperaturas utilizadas son 220, 250, 260, 265, 280, 300, 320 y 360°C. Peso de cargas usadas - 1,2; 2,16; 3,8; 5; 10 y 21 kilos.

Ejemplo: MVI (250/5) significa el índice de flujo volumétrico en cm³/10 min para una temperatura de prueba de 250°C y una masa de carga nominal de 5 kg.

4. Viscosidad en estado fundido DIN 54811

Las propiedades de la masa fundida se determinan en un viscosímetro capilar. O la presión se mide a un caudal volumétrico determinado y una temperatura determinada, o el caudal volumétrico a una presión determinada. La viscosidad de la masa fundida (MV) es la relación entre el esfuerzo cortante real t y el esfuerzo cortante real f. Se expresa en Pa*s.

5. Aplicación práctica de las características MV, MFR/MFI, MVI en producción

El método MV con medición de viscosímetro capilar es muy similar al proceso de extrusión normal. Como tal, el método MV es una buena base para comparar el flujo de materiales moldeados por inyección: representa la viscosidad cuando la masa fundida pasa a través de la boquilla. Los métodos MFR/MFI y MVI, donde la velocidad de corte es demasiado baja, no son adecuados para su uso en el proceso de moldeo por inyección. Son una buena referencia para el control de fabricantes y procesadores, de forma fácil, rápida y económica, pero no son adecuados para seleccionar un material para su flujo de moldeo esperado.

Pruebas de inflamabilidad

1. Información general sobre inflamabilidad según norma UL94

Los estándares más ampliamente aceptados para las características de inflamabilidad son los estándares de categoría UL94 (Underwriters Research Laboratories) para plásticos. Estas categorías determinan la capacidad de un material para extinguir una llama después de su ignición. Se pueden asignar varias categorías según la velocidad de combustión, el tiempo de extinción, la resistencia a las gotas y si las gotas producidas son inflamables o no inflamables. A cada material de prueba se le pueden asignar varias categorías según el color y/o el espesor. Para una selección de material específica para una aplicación, la clasificación UL debe determinarse por la pared más delgada de la pieza de plástico. La categoría UL siempre debe indicarse junto con el espesor: no basta con indicar la categoría UL sin el espesor.

2. Breve descripción de las categorías de clasificación UL94

media pensión
Quema lenta de una muestra horizontal.
La velocidad de combustión es inferior a 76 mm/min con un espesor inferior a 3 mm.

La velocidad de combustión es inferior a 38 mm/min con un espesor de más de 3 mm.

V-0
La combustión de la muestra vertical se detiene en 10 s;

V-1

No se permite la formación de gotas.

V-2
La combustión de la muestra vertical se detiene en 30 s;

Se permiten gotas de partículas ardientes.

5V
La combustión de una muestra vertical se detiene en 60 s después de cinco exposiciones a la llama, con una duración de cada exposición a la muestra de prueba de 5 s.

5VB
Las muestras en forma de placas anchas pueden quemarse y crear agujeros.

5VA
Las muestras de placa ancha no deben quemarse (es decir, formar agujeros); esta es la categoría UL más estricta.

Si la inflamabilidad es un requisito de seguridad, generalmente no se permite el uso de materiales de la categoría HB. En general, los materiales HB no se recomiendan para aplicaciones eléctricas, a excepción de productos mecánicos y/o decorativos. A veces hay un malentendido: los materiales no resistentes al fuego (o materiales que no se denominan resistentes al fuego) no califican automáticamente como HB. La categoría UL94HB, aunque es la menos estricta, es una categoría de inflamabilidad y debe verificarse mediante pruebas.

Prueba de llama en muestra horizontal.

Cuando se prueban muestras verticales, se utilizan las mismas muestras que para las pruebas HB. Se registran todos los parámetros: tiempo de combustión, tiempo de combustión lenta, momento de aparición de las gotas y ignición (o no ignición) del forro de algodón. La diferencia entre V1 y V2 son las gotas ardientes, que son la principal fuente de llama o propagación del fuego.

Prueba de ignición de muestra vertical

Primera etapa de prueba 5V

Las muestras estándar para determinar la inflamabilidad se fijan verticalmente y cada muestra se expone a una llama cinco veces con una altura de llama de 127 mm cada vez durante 5 s. Para cumplir con las condiciones de prueba, ninguna muestra debe arder con llama o arder sin llama durante más de 60 s después de la quinta exposición a la llama. Además, no se debe permitir que las gotas ardientes enciendan la almohadilla de algodón debajo de las muestras. Todo el procedimiento se repite con cinco muestras.

2da etapa de prueba 5VA y 5VB

Se prueba una placa ancha del mismo espesor que las muestras de placa en posición horizontal con la misma llama. Todo el procedimiento se repite con tres placas.
Estas pruebas horizontales determinan dos categorías de clasificación: 5VB y 5VA.

La categoría 5VB permite la quema total (con formación de agujeros).
La categoría 5VA no permite la formación de agujeros.
La prueba UL94-5VA es la más estricta de todos los métodos de prueba de UL. Los materiales de esta categoría se utilizan para carcasas ignífugas de grandes máquinas de oficina. Para estas aplicaciones con espesores de pared esperados inferiores a 1,5 mm, se deben utilizar calidades de núcleo de fibra de vidrio.

6. Inflamabilidad CSA (CSA C22.2 No. 0.6 Prueba A)

Estas pruebas de inflamabilidad de la Asociación Canadiense de Estándares (CSA) se realizan de manera similar a las pruebas UL94-5V. Pero las condiciones de estas pruebas son más estrictas: cada exposición a las llamas dura 15 segundos. Además, durante las primeras cuatro exposiciones a la llama, la muestra debe extinguirse en 30 segundos y después de la quinta exposición, en 60 segundos (compare la prueba UL94-5V con cinco exposiciones a la llama de cinco segundos cada una).
Los resultados de estas pruebas CSA se considerarán consistentes con los resultados de la prueba UL94-5V.

El propósito del índice de inflamabilidad por oxígeno limitado (LOI) es medir la inflamabilidad relativa de los materiales cuando se queman en un ambiente controlado. El índice LOI representa el contenido mínimo de oxígeno en la atmósfera que puede soportar una llama sobre un material termoplástico.
La atmósfera de prueba es una mezcla controlada externamente de nitrógeno y oxígeno. La muestra fijada se enciende con una llama auxiliar, que luego se apaga. En ciclos de prueba sucesivos, la concentración de oxígeno se reduce hasta que la muestra ya no puede soportar la combustión.

LOI se define como la concentración mínima de oxígeno a la que un material puede arder durante tres minutos, o puede mantener una muestra ardiendo repartida en una distancia de 50 mm.

Cuanto mayor sea la LOI, menor será la probabilidad de combustión.

Prueba de índice de oxígeno

8. Prueba del hilo incandescente IEC 695-2-1

Las pruebas de encendido por hilo caliente (HWI) simulan tensiones térmicas que pueden ser causadas por una fuente de calor o ignición, como resistencias sobrecargadas o elementos calientes.

Se presiona una muestra del material aislante durante 30 segundos con una fuerza de 1 N contra el extremo de un alambre caliente calentado eléctricamente. La penetración de la punta del alambre caliente en la muestra es limitada. Una vez que se retira el cable de la muestra, se registra el tiempo que lleva apagar la llama y la presencia de gotas ardientes.

Se considera que la muestra ha superado el ensayo del hilo caliente si se produce una de las siguientes situaciones:

En ausencia de llama o ardiendo;
Si la llama o la combustión lenta de la muestra, sus partes circundantes y la capa inferior se apaga dentro de los 30 segundos después de retirar el alambre caliente, y también si las partes circundantes y la capa inferior no se han quemado por completo. En el caso de utilizar papel fino como capa inferior, este papel no debe prenderse fuego, o no debe quemarse la tabla de pino si se utiliza como soporte.
Las piezas o recintos vivos reales se prueban de manera similar. El nivel de temperatura del extremo caliente del cable depende de cómo se utiliza la pieza terminada:

Con o sin supervisión,
Con o sin carga continua,
Ubicado cerca o lejos del punto de energía central,
Hace contacto con una parte viva o se utiliza como carcasa o cubierta,
En condiciones menos o más estrictas.

Prueba de hilo incandescente

Dependiendo de la severidad requerida de las condiciones ambientales que rodean la pieza terminada, se prefieren los siguientes valores de temperatura: 550, 650, 750, 850 o 960 °C. La temperatura de prueba adecuada debería seleccionarse evaluando el riesgo de fallo debido a calentamiento, ignición y propagación de llamas inaceptables.

Mesa de laboratorio para pruebas de inflamabilidad.

9. Pruebas de llama con aguja IEC 695-2-2

Prueba de llama de aguja

Las pruebas de llama con aguja simulan los efectos de pequeñas llamas que pueden ocurrir debido a una falla en el equipo eléctrico. Para evaluar la probable propagación de la llama (partículas ardiendo o humeantes), se coloca debajo de la muestra una capa del material de prueba, componentes que normalmente rodean la muestra o una sola capa de papel tisú. La llama de prueba se aplica a la muestra durante un período de tiempo específico: generalmente 5, 10, 20, 30, 60 o 120 segundos. Para requisitos especiales, se pueden adoptar otros niveles de rigor.

A menos que se especifique lo contrario en la especificación correspondiente, se considera que una muestra ha pasado la prueba de llama de aguja si ocurre una de las cuatro situaciones siguientes:

Si la muestra no se enciende.
Si la llama o las partículas ardientes o humeantes que caen de la muestra causan que el fuego se propague a las partes circundantes o a una capa colocada debajo de la muestra, y si no hay llama ni arde en la muestra al final de la exposición a la llama de prueba.
Si la duración de la combustión no supera los 30 segundos.
Si no se ha superado el margen de combustión especificado en las correspondientes condiciones técnicas.

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El estudio experimental de las propiedades de resistencia y deformación de los polímeros incluye varias etapas:

- selección del tipo de muestras y su producción;
- preparación de dispositivos para fijar muestras en máquinas de prueba;
- preparación de máquinas e instrumentos de ensayo para medir la deformación.

Una característica de las pruebas de polímeros es la necesidad de precisión.

Mantenga la temperatura especificada hasta un grado. Para ello, utilice termostatos especiales con dispositivos automáticos para mantener la temperatura. Es muy conveniente realizar la prueba en una habitación con temperatura controlada, pero generalmente es aceptable para realizar pruebas a temperatura ambiente.

La forma de las muestras de polímeros suele estar determinada por las características de su tecnología de fabricación. Las muestras de materiales isotrópicos pueden ser cilíndricas o planas, y las muestras de materiales anisotrópicos con una base portante (getinax, textolita, fibra de vidrio) solo pueden ser planas.

Al probar muestras planas en tracción o compresión, se determinan la resistencia en la dirección axial, el módulo de elasticidad y las relaciones de Poisson.

en direcciones mutuamente perpendiculares. De acuerdo con GOST 11262, para las pruebas se utilizan muestras de los tipos 1-3, cuya forma y dimensiones se indican en la Fig. 2,60 y en tabla. 2.11.

Arroz. 2.60.

Tabla 2.11. Dimensiones de las probetas principales para ensayos de tracción.

Nota. Se permite utilizar muestras 2 y 3 con un espesor de 1 mm cuando se fabrican a partir de materiales laminados y muestras del tipo 2 con un espesor de 3 mm cuando se fabrican a partir de materiales poliméricos cargados.

En el caso de probar la receta del material, los modos de procesamiento y durante el trabajo de investigación, se permite utilizar muestras de los tipos 4 y 5, que se muestran en la Fig. 2,61 y tabla. 2.12.

Arroz. 2.61.

Tabla 2.12. Dimensiones de las probetas de tracción utilizadas en el desarrollo de formulaciones de materiales, modos de procesamiento y en trabajos de investigación.

Al producir muestras mediante procesamiento mecánico a partir de productos y productos semiacabados, incluidas láminas y placas, el espesor máximo permitido para muestras del tipo 1 debe ser de 3 mm, correspondiente al espesor del producto o producto semiacabado, pero no más de 10 mm para muestra de tipo 2.

Al realizar una muestra de tipo 2 a partir de una losa o producto cuyo espesor sea superior a 10 mm, se lleva a 10 mm mediante procesamiento mecánico. El procesamiento hasta el espesor requerido se realiza en ambos lados en la dirección longitudinal de la muestra, a menos que existan otras instrucciones en la documentación reglamentaria y técnica del material.

Las muestras deben tener una superficie lisa y uniforme, sin hinchazones, astillas, grietas, cavidades y otros defectos visibles.

Para probar materiales isotrópicos se utilizan al menos cinco muestras, para probar materiales anisotrópicos se seleccionan al menos cinco muestras en lugares y direcciones que deben cumplir con la documentación reglamentaria y técnica del material,

Las muestras se acondicionan durante al menos 16 horas según GOST 12423 a una temperatura de 23±2 °C y una humedad relativa (50±5)%, a menos que se especifique lo contrario en la documentación técnica del material.

El tiempo desde la finalización de la producción de las muestras moldeadas hasta su prueba deberá ser de al menos 16 horas, incluido el tiempo de acondicionamiento.

Al realizar muestras de productos o productos semiacabados, el tiempo desde el final del moldeo de los productos o productos semiacabados hasta el inicio de las pruebas de las muestras debe ser de al menos 16 horas, incluido el tiempo de su

acondicionamiento, si no existen otras instrucciones en la documentación reglamentaria y técnica del material.

Las muestras para pruebas de compresión según GOST 4651 deben tener la forma de un prisma rectangular, un cilindro recto o un tubo recto. Los planos de soporte de la muestra deben ser perpendiculares a la dirección de aplicación de la carga durante la compresión y paralelos entre sí dentro del 0,1% de la altura de la muestra.

La altura de las muestras A en milímetros se calcula dependiendo de la relación entre el coeficiente de flexibilidad y el radio de giro más pequeño utilizando las siguientes fórmulas: - para un prisma rectangular con una sección transversal cuadrada o rectangular

Para cilindro recto

Para un tubo recto con base en forma de corona cilíndrica

Dónde X- factor de flexibilidad; A - longitud del lado de la base de un prisma de base cuadrada; Kommersant - la longitud del lado más corto de la base de un prisma rectangular con sección transversal rectangular; d- diámetro de un cilindro recto; dx- diámetro interior del tubo; D- diámetro exterior del tubo.

Factor de flexibilidad X calculado por la fórmula

Dónde hp- la altura reducida de la muestra, igual al ensayo de muestras sin pinzas A 0, y al ensayo de muestras con pinzas L,/2; A, - la distancia entre con abrazaderas; I - radio mínimo de giro, calculado por la fórmula i=V(// A); I- el momento de inercia mínimo básico de la sección transversal de la muestra; l- área de la sección transversal de la muestra.

El coeficiente de flexibilidad de la muestra debe ser igual a 10. En los casos en que la muestra pierde estabilidad durante el ensayo, el coeficiente de flexibilidad se reduce a 6.

La altura de la muestra se establece entre 10 y 40 mm. La altura de muestra preferida es 30 mm.

La resistencia a la tracción de la mayoría de los plásticos es de 30 a 80 MPa, por lo que cualquier máquina con una capacidad de 0,25 a 5 toneladas es prácticamente adecuada para probar polímeros. Además, la máquina de prueba debe tener una división de escala bastante pequeña del dispositivo de carga (5- 50 N), así como un variador de la velocidad de movimiento de la pinza de carga, incluido su accionamiento manual.

Un requisito previo al trabajar en máquinas diseñadas para probar polímeros es garantizar una tasa de deformación constante.

En máquinas con dinamómetro pendular, la velocidad de movimiento especificada por el movimiento de la empuñadura inferior no corresponderá a la velocidad de deformación de la muestra. Esto se explica por el hecho de que a medida que aumenta la carga y se desvía el péndulo, también se mueve la empuñadura superior asociada al sistema pendular de palancas. En máquinas con dinamómetro conectado a la empuñadura superior, es necesario tener en cuenta el error derivado de la baja rigidez del dinamómetro. Cuanto mayor sea la rigidez del dinamómetro, con mayor precisión se mantendrá la condición de tasa de deformación constante. En los diseños modernos de máquinas de prueba, el dinamómetro es rígido.

El uso de métodos eléctricos para registrar fuerzas en dinamómetros rígidos, fabricados en forma de un elemento elástico de baja elasticidad, garantiza casi cualquier precisión de medición y elimina la necesidad de realizar correcciones para una tasa de deformación determinada. La medición de fuerzas utilizando un elemento elástico rígido es especialmente útil cuando se realizan pruebas de relajación en polímeros. En este caso, se proporcionan condiciones casi ideales para mantener una deformación constante de la muestra.

Debido a su baja rigidez y resistencia, los polímeros se pueden probar en bancos de pruebas sencillos. En este caso, la carga se realiza mediante pesas que actúan sobre la muestra directamente o mediante dispositivos de palanca. Se logra un aumento suave de la carga sobre la muestra llenando lentamente el dispositivo de carga con agua o usando un destornillador. Para reducir las dimensiones del dispositivo de carga se utilizan discos de plomo o perdigones de plomo, que en este último caso también permiten un ajuste suave de la carga.

La deformación de una muestra estirada se mide, por regla general, mediante galgas extensométricas (mecánicas, eléctricas u ópticas). Las galgas extensométricas mecánicas se pueden utilizar con éxito para medir pequeñas deformaciones elásticas de una muestra.

También se utilizan ampliamente métodos eléctricos para medir la deformación durante ensayos mecánicos de muestras de plástico. En este caso, se utilizan sensores de resistencia deformables (medidores de tensión) hechos de alambre o lámina, pegados al área de trabajo de la muestra.

Como ya se mencionó, las pruebas de durabilidad a largo plazo generalmente se llevan a cabo en modo de fluencia, y la gran mayoría de estos estudios se llevan a cabo bajo la acción de una fuerza de tracción. Hay varios

configuraciones fundamentalmente diferentes para probar la durabilidad en condiciones de fluencia por tracción. En la Fig. A modo de ejemplo, la Figura 2.62 muestra dos esquemas de instalaciones para pruebas a tensión constante. A medida que se desarrolla la deformación, el área de la sección transversal de la parte de trabajo de la muestra disminuye (formación de un "cuello"), como resultado de lo cual, si actúa una fuerza constante sobre la muestra, las tensiones en la parte de trabajo de la muestra aumentará con el tiempo. La característica principal de la primera instalación (Fig. 2.62, A) es que para mantener un voltaje constante, el mecanismo de ajuste de voltaje (palanca) tiene forma de leva (“caracol de Zhurkov”), lo que permite reducir el brazo de palanca R, y, en consecuencia, la fuerza que actúa es proporcional al cambio en el área de la sección transversal de la muestra. Esto asegura un voltaje constante.

Arroz. 2.62. Esquemas de instalaciones para ensayos en condiciones de fluencia a tracción: en el modo de tensión constante usando el “caracol” de Zhurkov (a), usando la carga de Andrade (b) y en el modo de fuerza constante (c): 1 - muestra; 2 - brazo de palanca; 3 - carga; 4 - cable

En la segunda instalación (Fig. 2.62, b) Para compensar el aumento de voltaje y mantenerlo a un nivel constante, se utiliza el llamado dispositivo Andrade, en el que el perfil de la carga calculada se calcula según la fórmula

Dónde t- masa de carga; p es la densidad del líquido.

Según el tercer esquema (Fig. 2.62, V) el brazo de la palanca 1 2, con la ayuda del cual se crea la tensión, permanece casi constante, es decir, se aplica una carga constante a la muestra. Si en una instalación de este tipo se prueban muestras de materiales con un alargamiento insignificante en el momento de la rotura, por ejemplo, plásticos de vidrio, carbono y boro, vidrios orgánicos, etc., se puede suponer que se aplica una tensión constante a la muestra hasta el momento de su destrucción.

Las pruebas de durabilidad se llevan a cabo bajo diversas tensiones y temperaturas, llevando las muestras hasta su destrucción. Durante las pruebas se toman lecturas de la deformación de las muestras, a partir de las cuales se construyen curvas de fluencia.

Cabe señalar que al realizar pruebas de durabilidad en medios líquidos, se crearán tensiones de hinchamiento en el material debido a la difusión del medio en él; tener en cuenta tales tensiones es difícil debido a las condiciones de prueba. En este caso, el caracol Zhurkov y el dispositivo Andrade no garantizarán un voltaje constante.

En la instalación mostrada en la Fig. 2.63, buque 3 y el dispositivo para sujetar la muestra en él están hechos de metales resistentes a la corrosión. Mecanismo de carga 6 le permite cambiar la fuerza actuante y mantener un voltaje constante en la muestra.

Arroz. 2.63. Instalación para comprobar plásticos en entornos agresivos bajo carga (a) y unidad de montaje de muestras (b): 1 - mesa; 2 - baño con agua caliente; 3 - un recipiente con un líquido agresivo; 4 - muestra; 5 - enfriador de bolas; 6 - mecanismo de carga; 7 - carga; 8 - barra móvil; 9 - horquilla; 10 - tornillo; 11 - muestra; 12 - barra de soporte

En la instalación mostrada en la Fig. 2.64, la parte de trabajo de la muestra se coloca en un recipiente termostático. 7 con dos cuellos. La muestra pasa a través de tapones de goma especialmente fabricados que sellan herméticamente el recipiente. El líquido se vierte a través del accesorio mediante un embudo conectado a una manguera de goma. 10 (hay dos en la parte superior del recipiente, uno de ellos está destinado a la salida de aire). Durante las pruebas, se pueden conectar condensadores de reflujo de tipo bola a estos accesorios para evitar la evaporación del líquido. Para garantizar la temperatura de prueba requerida para la camisa calefactora del recipiente en los accesorios. 11 A través de mangueras flexibles, el refrigerante se puede suministrar desde un termostato equipado con una bomba centrífuga.

Arroz. 2.64. Diagrama de instalación para probar la durabilidad y la fluencia de plásticos: 1 - sistema de palanca; 2 - clips de sujeción; 3 - mandíbulas onduladas; 4 - tapón de caucho; 5 - cargas; 6 - muestra; 7 - embarcación con ambiente agresivo; 8 - marco; 9 - reloj comparador; 10, 11 - accesorios

Usando dispositivos básicos (Fig. 2.63 y 2.64), puede ensamblar instalaciones con cualquier número de muestras. Las instalaciones pueden equiparse con dispositivos que permitan medir y registrar la deformación durante las pruebas, así como construir curvas de fluencia.

En la Fig. La Figura 2.65 muestra un diagrama de ensayos de durabilidad en condiciones de fluencia compresiva.

Arroz. 2.65. Diagrama del dispositivo para pruebas bajo compresión: / - muestra; 2- cama; 3- termostato; 4 , 13 - sellos; 5 , 12 - bisagras de centrado; 6,8 - platos; 7 - palanca; 9 - celúla; 10 - guía; 11 - calentador; 14 - carga

Al determinar la cantidad de contracción de un material polimérico en particular, se utilizan muestras hechas de acuerdo con GOST 12015 a partir de termoestables y de acuerdo con GOST 12019 a partir de termoplásticos. Para determinar la merma tecnológica y operativa se utilizan muestras, cuya forma y dimensiones se indican en la tabla. 2.13.

Tabla 2.13. Forma y dimensiones de muestras para determinar la contracción.

Al probar materiales termoendurecibles, se utilizan muestras del tipo 1.3.

Las pruebas se realizan con al menos tres muestras obtenidas mediante moldeo secuencial en la misma cavidad de un molde de inyección (para termoplásticos) o un molde de prensa (para termoestables).

Al determinar la contracción tecnológica de los termoestables, las dimensiones de la matriz del molde y la muestra se registran con precisión en la dirección perpendicular a la dirección de moldeo. Al probar termoplásticos, las dimensiones de la matriz del molde de inyección y la muestra se registran en direcciones perpendiculares y paralelas a la dirección de moldeo.

Al determinar la contracción operativa, las dimensiones de la muestra se determinan antes y después del tratamiento térmico en la dirección perpendicular y paralela a la dirección de moldeo.

Después de retirarlas del molde, las muestras termoestables se enfrían a temperatura ambiente colocándolas bajo carga sobre un material con baja conductividad térmica para evitar deformaciones. Antes de la medición, las muestras se almacenan a una temperatura de 23 ± 2 °C y una humedad relativa del 50 ± 5 %. Las dimensiones de las muestras después del prensado se miden después de 16-72 horas.

La longitud de las barras se mide de un extremo a otro o entre marcas con un error no superior a 0,02 mm. Antes de determinar la longitud, se colocan muestras sobre una superficie lisa de metal o vidrio para detectar deformaciones y deflexiones. Las muestras con tales defectos no se utilizan para realizar pruebas. El ancho de la barra se toma como la media aritmética de tres medidas de longitud.

Las muestras termoplásticas se miden después de haber sido conservadas desde el momento de su fabricación durante al menos 16 horas y no más de 24 horas a una temperatura de 23 ± 2 °C, incluido el tiempo de acondicionamiento.

Para determinar la contracción operativa, las mediciones se realizan de la misma manera que para determinar la contracción del proceso. Para realizar el tratamiento térmico se colocan muestras en un termostato. Para evitar deformaciones, las muestras termoestables medidas se colocan en un termostato sobre un soporte para que no se toquen entre sí.

Las condiciones del tratamiento térmico de los plásticos termoestables suelen venir especificadas en las especificaciones técnicas del material. En ausencia de estas instrucciones, la temperatura del tratamiento térmico debe ser de 80 ± 3 °C para compuestos de moldeo de urea-formaldehído y de 110 ± 3 °C para todos los demás tipos de materiales. El tiempo de tratamiento térmico suele ser de 168 ± 2 horas, con prueba acelerada - 48 ± 1 hora La temperatura se mide directamente en el lugar de las muestras.

Al determinar la contracción operativa a diferentes temperaturas, es necesario tener en cuenta el coeficiente de expansión lineal de las muestras.

Una vez finalizado el tratamiento térmico, las muestras de masas de moldeo termoestables se retiran del termostato, se enfrían a una temperatura de 23 ± 2 °C y se mantienen a esta temperatura y una humedad relativa del aire de 50 ± 5 % durante al menos 3 horas, después en el que las muestras se vuelven a medir a la misma temperatura con un error no superior a 0,02 mm.

Las condiciones para el tratamiento térmico de termoplásticos no están estrictamente reguladas y se seleccionan según el tipo de material y las condiciones de funcionamiento de los productos.

La contracción tecnológica 5 T en porcentaje se calcula mediante la fórmula

donde / 0 es el tamaño del molde, mm; /, - tamaño de muestra, mm.

donde /, es el tamaño de la muestra antes del tratamiento térmico, mm; / 2 - tamaño de muestra después del tratamiento térmico, mm.

La anisotropía de contracción se calcula utilizando la fórmula (20).

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