Испытание пластмасс на растяжение

Испытание пластмасс на растяжение — один из основных методов определения механических свойств полимерных материалов. В ходе испытания образец растягивают вдоль продольной оси с заданной скоростью, одновременно регистрируя действующую нагрузку и изменение его размеров. По результатам испытания оценивают прочность пластмассы, способность материала к деформированию и характер его поведения под действием растягивающей нагрузки. Испытания на растяжение применяются при контроле качества сырья и готовой продукции, выборе материалов, разработке новых полимерных композиций, сравнении партий пластмасс, входном контроле и проведении исследовательских работ.

Какие характеристики определяют при растяжении пластмасс

Испытание позволяет получить не только значение максимальной нагрузки, которую выдерживает образец. На основании зарегистрированных данных определяют комплекс механических характеристик материала. В зависимости от применяемой методики и свойств пластмассы могут определяться:

• напряжение при растяжении;
• прочность при растяжении;
• напряжение при текучести;
• напряжение при разрыве;
• относительное удлинение;
• относительное удлинение при текучести;
• относительное удлинение при разрыве;
• модуль упругости при растяжении;
• другие характеристики, предусмотренные нормативной или технической документацией.

Набор определяемых параметров зависит от материала и задачи испытания. Для относительно хрупких пластмасс особое значение имеют прочность и деформация при разрушении. При исследовании пластичных материалов дополнительно анализируют предел текучести и способность образца к значительным деформациям до разрыва.

Что показывает диаграмма растяжения пластмассы

В процессе испытания универсальная испытательная машина регистрирует изменение нагрузки в зависимости от перемещения или деформации образца. На основании полученных данных могут строиться диаграммы:

• сила — перемещение;
• сила — деформация;
• напряжение — деформация;
• другие зависимости, предусмотренные методикой испытаний.

Диаграмма позволяет оценить поведение материала на различных стадиях нагружения. В начальной области испытания изменение деформации используется, в частности, для определения модуля упругости. При дальнейшем увеличении нагрузки некоторые пластмассы переходят в область текучести, после чего возможны значительные деформации, образование шейки и последующее разрушение образца. Характер диаграммы зависит от типа полимера, температуры, скорости деформирования, влажности, способа изготовления и предварительной обработки образца. Поэтому сравнение результатов различных материалов или партий должно проводиться при сопоставимых условиях испытаний.

Испытание пластмасс по ГОСТ 11262-2017

Одним из основных нормативных документов для проведения испытаний пластмасс на растяжение является ГОСТ 11262-2017 «Пластмассы. Метод испытания на растяжение». Метод основан на растяжении образца вдоль его продольной оси с установленной скоростью и измерении нагрузки и деформации в процессе испытания. Стандарт регламентирует требования к образцам, условиям проведения испытаний, скорости растяжения, измерению параметров и обработке полученных результатов.

При проведении испытаний пластмасс также применяются международные стандарты серии ISO 527, а для испытаний по американским методикам — ASTM D638. Конкретный нормативный документ выбирается в зависимости от материала, требований заказчика, области применения продукции и принятой в лаборатории методики.

Образцы для испытания пластмасс на растяжение

Достоверность результата во многом зависит от правильной подготовки образца. Для испытаний пластмасс часто применяются образцы лопаточной формы с расширенными участками для закрепления в захватах и более узкой рабочей частью. Такая геометрия позволяет снизить влияние зоны закрепления и создать условия для деформирования и разрушения преимущественно в рабочей части образца. Тип и размеры образца выбирают в соответствии с требованиями применяемого стандарта, видом полимерного материала и способом его изготовления. Образцы могут быть получены:

• литьем под давлением;
• механической обработкой из листового материала или готового изделия;
• вырубкой;
• другими предусмотренными методикой способами.

Рабочая поверхность образца не должна иметь повреждений, надрезов и других дефектов, способных вызвать преждевременное разрушение. Для ряда полимеров большое значение имеют условия предварительного кондиционирования — температура, влажность и продолжительность выдержки перед испытанием.

Как проводится испытание пластмасс на растяжение

Испытание проводится на универсальной испытательной машине, обеспечивающей управляемое растяжение образца, измерение нагрузки и регистрацию результатов. Общий порядок испытания включает следующие этапы:

1. Подготавливают образец требуемого типа и размеров.
2. При необходимости измеряют его исходные геометрические параметры.
3. Устанавливают образец в захваты испытательной машины.
4. Проверяют правильность его положения относительно направления приложения нагрузки.
5. При необходимости устанавливают экстензометр.
6. Задают скорость испытания и остальные параметры методики.
7. Выполняют растяжение образца до установленного условия завершения испытания или его разрушения.
8. Регистрируют нагрузку, перемещение и деформацию.
9. Рассчитывают требуемые механические характеристики и формируют результаты испытания.

Особое значение имеет соосность закрепления образца. Перекос при установке способен создавать дополнительные изгибающие нагрузки и искажать результат. Не менее важно исключить проскальзывание образца в захватах и его преждевременное разрушение в местах зажатия.

Почему важна скорость испытания

Механические свойства полимерных материалов заметно зависят от скорости деформирования. Один и тот же материал при различных скоростях растяжения может показывать разные значения прочности, относительного удлинения и других характеристик. Поэтому скорость испытания выбирают в соответствии с нормативным документом, типом образца и определяемыми параметрами. Испытательная машина должна обеспечивать стабильное движение траверсы в заданном диапазоне скоростей. При сравнении результатов различных испытаний необходимо учитывать не только марку материала и форму образца, но и установленную скорость растяжения.

Захваты для испытания пластмасс

Правильный выбор захватов и приспособлений является одним из основных условий получения достоверного результата. Захват должен надежно удерживать образец на протяжении всего испытания, не допуская его проскальзывания. Одновременно необходимо исключить чрезмерное локальное давление, способное привести к повреждению материала непосредственно в зоне закрепления. Для испытаний пластмасс могут применяться:

• клиновые захваты;
• тисочные захваты;
• эксцентриковые захваты;
• пневматические захваты;
• специальные захваты для пленок и тонких материалов;
• другие приспособления в зависимости от формы образца.

Выбор определяется толщиной, шириной и жесткостью образца, прочностью материала, максимальным усилием и особенностями его поверхности. Для мягких, тонких и склонных к повреждению полимеров особенно важны конструкция губок и правильно подобранное усилие зажатия.

Для чего нужен экстензометр

Перемещение траверсы испытательной машины не всегда соответствует фактической деформации рабочей части образца. В суммарное перемещение могут входить деформации элементов машины, захватов и участков образца, находящихся за пределами расчетной базы. Для непосредственного измерения деформации применяются экстензометры. Экстензометр измеряет изменение длины образца на заданной измерительной базе и позволяет точнее определять относительную деформацию. Особенно важно использование экстензометра при определении модуля упругости при растяжении, поскольку в этой области необходимо точно регистрировать сравнительно небольшие изменения длины образца. В зависимости от материала, диапазона деформаций и требований методики применяются контактные, длинноходовые и бесконтактные устройства измерения деформации. Для пластмасс с большим относительным удлинением необходимо учитывать не только точность, но и рабочий диапазон экстензометра.

Как выбрать испытательную машину для пластмасс

При выборе универсальной испытательной машины для пластмасс необходимо учитывать комплекс параметров, а не только максимальное усилие. Для многих полимерных образцов нагрузки сравнительно невелики, поэтому неоправданно большой диапазон измерения силы не всегда является преимуществом. При подборе оборудования следует учитывать:

• диапазон измерения силы;
• точность измерения нагрузки;
• диапазон скоростей перемещения;
• рабочий ход;
• расстояние между захватами;
• ожидаемое удлинение образца;
• размеры рабочей зоны;
• возможность установки различных захватов и приспособлений;
• возможность подключения экстензометра;
• проведение испытаний при повышенной и пониженной температуре;
• возможности программного обеспечения.

Для пластмасс с большим относительным удлинением особое значение имеет достаточный рабочий ход машины. Если лаборатория исследует несколько видов пластмасс или кроме растяжения выполняет испытания на сжатие, изгиб, отрыв и другие виды нагружения, предпочтительна универсальная испытательная система со сменной оснасткой.

Испытания пластмасс при повышенных и пониженных температурах

Механические характеристики полимерных материалов существенно зависят от температуры. При охлаждении пластмасса может становиться более жесткой и хрупкой. При повышении температуры возможно снижение прочности и модуля упругости и увеличение способности материала к деформированию. Поэтому в ряде случаев испытания на растяжение проводят не только при комнатной, но и при заданной повышенной или пониженной температуре. Для решения таких задач испытательная машина комплектуется температурной камерой или печью, соответствующими захватами и средствами измерения деформации. Такой комплекс позволяет определять механические свойства полимерного материала непосредственно при температуре, соответствующей условиям его эксплуатации или требованиям нормативного документа.

Оборудование «Эталон-Профит» для испытаний пластмасс

ООО «Эталон-Профит» производит и поставляет универсальные испытательные машины для проведения механических испытаний пластмасс, полимеров и других материалов. В зависимости от задач лаборатории испытательная машина может комплектоваться:

• захватами для различных видов образцов;
• приспособлениями для растяжения, сжатия и изгиба;
• экстензометрами для измерения продольной деформации;
• температурными камерами и печами;
• датчиками силы требуемого диапазона;
• программным обеспечением для управления машиной, регистрации диаграмм и обработки результатов.

Комплектация испытательного комплекса подбирается с учетом применяемых стандартов, диапазона нагрузок, размеров и материала образцов, требуемого удлинения и условий проведения испытаний. За счет смены захватов и приспособлений одна универсальная испытательная машина может использоваться для выполнения различных методов механических испытаний пластмасс.

Комплексный контроль свойств пластмасс

Испытание на растяжение позволяет определить важнейшие механические характеристики полимерного материала, однако является только частью комплексного контроля его свойств. В зависимости от назначения материала дополнительно определяют:

• показатель текучести расплава;
• характеристики при сжатии;
• свойства при изгибе;
• ударную вязкость;
• поведение материала при повышенных и пониженных температурах;
• другие технологические и механические характеристики.

Например, показатель текучести расплава (ПТР) характеризует поведение термопласта в расплавленном состоянии, тогда как испытание на растяжение позволяет оценить механические свойства уже сформированного материала. Совместное применение различных методов испытаний дает более полную информацию о качестве, стабильности и эксплуатационных свойствах пластмассы.

Заключение

Испытание пластмасс на растяжение — один из основных методов определения механических свойств полимерных материалов. По результатам испытания определяют прочность, напряжение и деформацию при различных стадиях нагружения, относительное удлинение и модуль упругости. Достоверность результатов зависит не только от характеристик испытательной машины, но и от качества подготовки образцов, выбранной скорости, правильного закрепления и точности измерения деформации. Поэтому при подборе оборудования универсальную испытательную машину, захваты, экстензометр, датчик силы и программное обеспечение целесообразно рассматривать как единую испытательную систему, сформированную под конкретные материалы и применяемые методики.