Полимеры стали неотъемлемой частью нашей повседневной жизни, окружая нас повсюду. От упаковки продуктов питания до сложных компонентов в самолетостроении и медицине – эти материалы используются практически во всех отраслях. Полимеры — это вещества, молекулы которых состоят из многократно повторяющихся структурных звеньев. Они могут быть природными (крахмал, целлюлоза), искусственными (целлулоид, вискоза) или синтетическими (капрон, бутадиеновый каучук), являясь основным сырьем для изготовления пластмасс. Их популярность обусловлена множеством положительных свойств: эластичностью, способностью восстанавливать форму, низкой теплопроводностью и электропроводностью, химической инертностью, малой хрупкостью и оптимальной прочностью. Однако, несмотря на все преимущества, полимеры могут обладать и недостатками, например, горючестью и выделением токсичных веществ при возгорании.

Постоянное развитие полимерной промышленности приводит к созданию новых композитов и улучшению старых, расширяя спектр их применения. Чтобы обеспечить надлежащий уровень качества, безопасности и долговечности изделий из полимеров, крайне важно подвергать их всесторонним испытаниям. Особое место среди них занимают испытания в различных температурных условиях, поскольку эксплуатационные характеристики многих материалов претерпевают структурные изменения под воздействием как низких, так и высоких температур. Эти температурные значения часто совпадают или пересекаются с рабочим интервалом изделий, что делает такие тесты критически важными для выявления потенциальных повреждений и прогнозирования срока службы.

Зачем тестировать полимеры при разных температурах?

Основная цель температурных испытаний полимеров — понять, как материал будет вести себя в реальных условиях эксплуатации, где температура может значительно колебаться. Это позволяет своевременно скорректировать рецептуру полимеров или улучшить продукцию. Превалирующими направлениями при этом методе испытаний являются определение термостойкости и теплостойкости материала.

Термостойкость — это способность полимеров противостоять горению или плавлению. Для повышения термостойкости в полимеры часто вводят различные связывающие вещества, например, стекловолокно или углеволокно, что значительно меняет их температурные характеристики. Испытания на термостойкость включают в себя регистрацию изменения массы образца в зависимости от температуры при его нагреве с постоянной скоростью, обычно от комнатной температуры до 600-800 °С. Полученные результаты обрабатываются математически и отображаются на графиках, что позволяет выбирать оптимальные добавки для достижения необходимых свойств и устанавливать предельные температуры переработки.

Теплостойкость — это способность полимеров сохранять свою форму и свойства под воздействием нагрузки и температуры. Для ее определения применяют, например, метод Вика или Мартенса. По методу Вика образец помещают в термокамеру и нагревают с заданной скоростью. Под действием груза в образец вдавливается цилиндрический индентор, и по глубине вдавливания определяется теплостойкость полимера. Метод Мартенса используется, когда образец подвергается изгибающему напряжению. Эти исследования позволяют инженерам оценить, насколько устойчив материал к деформациям при повышенных температурах под нагрузкой.

Ключевые стандарты в испытаниях полимеров

Для обеспечения единообразия и достоверности результатов испытаний используются стандартизированные методики, закрепленные в государственных стандартах. Важнейшими из них, касающимися определения механических свойств полимеров, являются ГОСТ 14236 и ГОСТ 9550.

ГОСТ 14236-81. Пленки полимерные. Метод испытания на растяжение. Этот стандарт регулирует методы испытаний на растяжение полимерных пленок и пленочных материалов толщиной до 1 мм. Метод основан на растяжении испытуемого образца с определенной скоростью деформирования для определения таких важных показателей, как предел пропорциональности, относительное удлинение и модуль упругости. Процедура включает в себя подготовку образца, его закрепление в испытательной машине, приложение нагрузки, измерение усилия и деформации, а также последующий анализ полученных данных. Важно отметить, что данный стандарт не применяется к пленкам из армированных материалов или имеющим неровную поверхность. Знание этих характеристик необходимо для применения пленок в различных сферах, будь то упаковка, строительство или медицина.

ГОСТ 9550-81. Пластмассы. Методы определения модуля упругости при растяжении, сжатии и изгибе. Данный стандарт распространяется на пластмассы (за исключением ячеистых пластмасс и пленок) и устанавливает методы определения модуля упругости при растяжении, сжатии и изгибе. Эти методы имеют первостепенное значение при проектировании и производстве пластмассовых изделий, где знание механических свойств материала играет ключевую роль.

• Испытание на растяжение включает нагружение образца вдоль его продольной оси, что позволяет определить, как материал реагирует на растягивающие воздействия и насколько упруго происходит деформация под напряжением.
• Испытания на сжатие проводятся путем нагружения образца между плитами сжатия и измерения соответствующих деформаций. Эта информация крайне важна при проектировании компонентов, подвергающихся компрессионным нагрузкам.
• Испытания на изгиб направлены на определение модуля упругости при изгибе. Образец подвергается нагружению, а измерения позволяют выявить изменения формы и напряжения. Этот метод часто используется для материалов, подвергающихся изгибающим нагрузкам в процессе эксплуатации. ГОСТ 9550 является фундаментальным ресурсом для инженеров и производителей, предоставляя систематизированный подход к оценке механических свойств пластмасс.

Оборудование для температурных испытаний полимеров

Для проведения точных и воспроизводимых испытаний полимеров, соответствующих требованиям стандартов, необходимо высокоточное и надежное оборудование. Компания «Эталон-Профит» предлагает широкий ассортимент такого оборудования.

Универсальные испытательные машины являются основным инструментом для проведения механических испытаний полимеров. Модели, такие как серии РКМ, НИМ и X-PRO, позволяют выполнять разнообразные тесты: на растяжение, сжатие, изгиб, раздир, отрыв, отслаивание и другие. Они способны применять нагрузку к образцу с контролируемой скоростью деформирования, обеспечивая гибкость настроек и автоматизированное управление для получения достоверных результатов. Машины серии X-PRO, например, подходят для исследования механических свойств твердых материалов, включая пластики, в условиях нормальных, пониженных и повышенных температур, используя специальные печи или камеры нагрева и охлаждения.

Для измерения деформации материала в процессе испытаний на универсальных машинах используются специализированные экстензометры, которые фиксируют изменение длины образца с высокой точностью. А для надежного закрепления образцов применяются специализированные захваты и приспособления, разработанные с учетом геометрических особенностей материалов и обеспечивающие равномерное распределение нагрузки.

Машины на длительную прочность и ползучесть, такие как серия X-TIME от «Эталон-Профит», предназначены для изучения поведения материалов под постоянными нагрузками и температурами в течение длительного времени. Эти установки могут быть оборудованы криокамерами и термокамерами, а также экстензометрами, что позволяет исследовать черные и цветные металлы, их сплавы, а также пластмассы и композиты до разрушения или истечения заданного времени. Они позволяют определять предел длительной прочности и ползучесть материалов, а также зависимость изменения напряжений во времени при релаксации.

Для оценки ударной прочности полимеров используются маятниковые копры, производимые «Эталон-Профит» под серией РКМ-К. Эти устройства проводят испытания по методам Шарпи и Изода, имитируя ситуации резкого приложения силы (удары, падения). Они позволяют оценить хрупкость и вязкость пластмассы под динамическим ударом и могут быть оснащены системами температурных испытаний для работы в различных температурных условиях. 

Ключевым компонентом для температурных испытаний являются системы температурных испытаний (камеры и печи) от «Эталон-Профит». Эти системы позволяют создавать необходимый температурный фон внутри герметичной камеры.

• Камеры СКС работают в диапазоне от -80 до +300 °С (или от -150 до +350 °С), оснащены микропроцессорным управлением и используют ТЭНы для нагрева и пары жидкого азота для охлаждения.
• Системы СКС-М предназначены для диапазона от -30 до 20 °С (или от -30 до 100 °С), используя ТЭНы для нагрева и фреоновую систему для охлаждения.
• Распашные электрические печи СТС обеспечивают высокотемпературный нагрев от +300 до +1100 °С (или от +200 до +1200 °С) и имеют независимое регулирование температуры в трех зонах.
• Также существуют стационарные системы низкотемпературных испытаний СНИ-П для охлаждения образцов при испытаниях на ударную вязкость и жидкостные криотермостаты типа КС для нагрева и охлаждения в жидкой среде. Эти системы могут устанавливаться на разрывные машины и универсальные испытательные установки, а также на маятниковые копры, обеспечивая проведение механических испытаний в требуемых температурных режимах.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Комплексные испытания полимеров, особенно в различных температурных условиях, являются фундаментальным этапом в контроле качества и разработке новых материалов. Они позволяют инженерам и ученым получать точные данные о механических характеристиках, прогнозировать срок службы изделий и обеспечивать их безопасность и долговечность. Строгое соблюдение стандартов, таких как ГОСТ 14236 и ГОСТ 9550, в сочетании с использованием высокоточного испытательного оборудования, такого как универсальные машины, маятниковые копры и системы температурных испытаний от «Эталон-Профит», является залогом успешного развития полимерной индустрии и создания инновационных продуктов, отвечающих самым высоким требованиям надежности.

Контакты ЭТАЛОН-ПРОФИТ: 8 (4932) 57-43-34, office@etalon-profit.ru