ГОСТ 4651-2014 — испытание пластмасс на сжатие

ГОСТ 4651-2014 «Пластмассы. Метод испытания на сжатие» устанавливает метод определения характеристик пластмасс при сжимающей нагрузке. Стандарт применяется для исследования поведения материала при сжатии и определения напряжения, относительной деформации, максимального и разрушающего напряжения, а также модуля упругости. Главная задача метода — получить зависимость «напряжение при сжатии / относительная деформация» и по ней определить необходимые механические характеристики.

Испытание проводят на универсальной испытательной машине. Образец помещают между двумя опорными плитами и нагружают до установленной деформации, предела текучести, максимального напряжения или разрушения — в зависимости от материала и цели испытания.

Что определяют по ГОСТ 4651-2014

При испытании образец постепенно сжимается между параллельными опорными поверхностями испытательной машины. Одновременно регистрируют нагрузку и изменение размеров образца. ГОСТ 4651-2014 позволяет определять несколько характеристик. В их числе — напряжение при сжатии при пределе текучести, максимальное напряжение, разрушающее напряжение и напряжение при заданной относительной деформации. Для материалов, работающих преимущественно в упругой области, дополнительно определяют модуль упругости при сжатии.

Это важно учитывать при подготовке испытания: для разных пластмасс конечный результат может определяться не разрушением. Некоторые материалы продолжают деформироваться без выраженного разрушения или четкого предела текучести.

Образцы для испытаний на сжатие

Размеры образцов выбирают так, чтобы получить корректный результат и избежать потери устойчивости при приложении нагрузки. Это одна из причин, почему образцы для испытания на сжатие обычно значительно короче образцов для растяжения.

Для определения модуля упругости стандарт рекомендует образец типа А длиной 50 ± 2 мм, шириной 10,0 ± 0,2 мм и толщиной 4,0 ± 0,2 мм. Для определения напряжения при сжатии применяется более короткий образец типа Б. Для армированных композиций предусмотрены отдельные типы образцов. При подготовке образцов важно обеспечить:

• соответствие размеров требованиям метода;
• плоские и параллельные торцевые поверхности;
• отсутствие дефектов, способных вызвать локальное разрушение;
• правильную ориентацию образца при испытании.

Особенно критична параллельность опорных поверхностей. При перекосе нагрузка распределяется неравномерно, и вместо чистого сжатия возникает дополнительный изгиб.

Оборудование для испытаний

Основное оборудование — универсальная испытательная машина, способная создавать контролируемую сжимающую нагрузку и регистрировать силу и перемещение. Образец устанавливают между двумя плитами или приспособлениями для испытаний на сжатие серии П.С. Их поверхности должны обеспечивать равномерное приложение нагрузки по всей площади образца.

При выборе оборудования учитывают:

Если модуль упругости является важным результатом испытания, особенно важно корректно измерять деформацию именно образца. При использовании перемещения траверсы стандарт предусматривает учет податливости испытательной системы.

Как проходит испытание

Практически процедуру можно представить следующим образом:

1. Подготавливают образец и измеряют его размеры.
2. Определяют первоначальную площадь поперечного сечения.
3. Устанавливают образец между опорными плитами.
4. Выставляют требуемую скорость испытания.
5. Прикладывают сжимающую нагрузку.
6. Регистрируют силу и деформацию.
7. Испытание продолжают до установленной точки — предела текучести, заданной деформации, максимальной нагрузки или разрушения.
8. Рассчитывают напряжение, относительную деформацию и при необходимости модуль упругости.
9. Результаты оформляют в протоколе испытаний.

Во время испытания важно, чтобы образец не смещался и не терял устойчивость. Для отдельных армированных материалов стандарт допускает применение дополнительных приспособлений, предотвращающих потерю устойчивости.

Скорость испытания

Скорость выбирают с учетом типа образца и определяемой характеристики. Для определения модуля упругости при сжатии для образца длиной 50 мм стандарт рекомендует скорость 1 мм/мин. Для определения напряжения при сжатии хрупких материалов также применяется скорость 1 мм/мин, а для вязких материалов — 5 мм/мин. Допускаются и другие установленные стандартом режимы. Скорость испытания нельзя считать второстепенным параметром. Изменение скорости способно влиять на получаемые характеристики, поэтому при сравнении материалов условия испытания должны быть одинаковыми.

Напряжение и деформация при сжатии

Напряжение при сжатии рассчитывают как отношение приложенной нагрузки к первоначальной площади поперечного сечения образца.

Относительную деформацию определяют по уменьшению длины образца относительно его первоначальной расчетной длины. ГОСТ предусматривает как непосредственное измерение деформации образца, так и определение номинальной деформации по изменению расстояния между опорными площадками. Для непосредственного контроля деформации могут применяться экстензометры и измерители деформации.

Здесь есть важный практический момент: если деформацию определяют не непосредственно на образце, а, например, по перемещению траверсы машины, на результат может влиять собственная податливость испытательной системы. Поэтому при точном определении модуля упругости этот фактор необходимо учитывать.

Модуль упругости при сжатии

Модуль упругости при сжатии характеризует сопротивление материала упругой деформации при сжимающей нагрузке. Его рассчитывают по участку кривой «напряжение/относительная деформация». Стандарт допускает определение модуля по двум установленным значениям деформации, а при использовании автоматизированного оборудования — применение линейной регрессии на заданном участке кривой. Чем выше модуль упругости, тем меньше деформируется материал при одинаковом уровне напряжения в упругой области.

Что особенно важно при испытании

На практике на результат заметно влияют не только свойства самой пластмассы, но и качество подготовки образца и настройка испытательной системы. Особое внимание следует обратить на:

• параллельность торцов образца;
• точность его размеров;
• правильное центрирование между плитами;
• соответствие скорости требованиям методики;
• корректность измерения деформации;
• отсутствие потери устойчивости;
• одинаковые условия кондиционирования сравниваемых образцов.

Практические рекомендации

• Не выбирайте слишком длинный образец. При сжатии он может потерять устойчивость и начать изгибаться.
• Следите за параллельностью торцов. Перекос приводит к неравномерному нагружению.
• Подбирайте диапазон датчика силы под ожидаемую нагрузку. Избыточно большой диапазон не всегда оптимален для точного измерения.
• Для определения модуля контролируйте деформацию особенно внимательно.
• Не сравнивайте результаты, полученные при разных скоростях испытания.
• Для армированных материалов учитывайте направление армирования и требования к фиксации образца.

Часто задаваемые вопросы

Подбор оборудования для испытаний по ГОСТ 4651-2014

Для испытаний пластмасс на сжатие подбирают универсальную испытательную машину с учетом ожидаемой нагрузки, размеров образца, требуемой скорости испытания и способа измерения деформации. Для передачи нагрузки применяют специальные плиты или приспособления для испытаний на сжатие. Если требуется определение модуля упругости с повышенной точностью, отдельно учитывают систему измерения деформации.

Специалисты ООО «Эталон-Профит» помогут подобрать универсальную испытательную машину РКМ, РКМ svo, НИМ или X-PRO и необходимую оснастку для проведения испытаний пластмасс на сжатие по ГОСТ 4651-2014.