Fișele PP (polipropilenă) sunt utilizate pe scară largă în interioarele auto, materiale de ambalare, dispozitive electronice și alte câmpuri datorită greutății ușoare, rezistenței la coroziune chimică și prelucrării ușoare. Cu toate acestea, diferite scenarii de aplicare au diferențe semnificative în proprietățile mecanice ale foilor PP, în special indicatorul principal al rezistenței la tracțiune. Acest articol va analiza sistematic punctele cheie ale rezistenței la tracțiune a foilor PP de la trei niveluri: sistem internațional standard, specificații de operare de testare și factori de influență multidimensională și va oferi asistență tehnică pentru cercetarea și dezvoltarea materială, aplicațiile de control și inginerie.
Ce standarde internaționale sau naționale sunt respectate pentru testarea forței la tracțiune a foilor PP?
În domeniul testării performanței plastice, standardele din seria ISO 527 formează un cadru de testare de bază. Sistemul standard include în principal trei componente: prima parte (principiul general) reglementează în principal conceptele de bază ale testelor de tracțiune, cum ar fi definiția termenilor profesioniști, cum ar fi puterea randamentului și alungirea ruperii și, de asemenea, face cerințe pentru clasificarea morfologică a eșantionului, inclusiv două tipuri: structura comună a ganterelor și structura dreptunghiulară. În ceea ce privește stabilirea condițiilor de testare, parametrii cheie, cum ar fi temperatura ambiantă, umiditatea aerului și rata de tracțiune pe care trebuie să o controleze laboratorul. Mai ales pentru setarea de clasificare a vitezei de întindere, de exemplu, pentru materialele cu film subțire, se folosește de obicei o întindere lentă de 1 mm/min, în timp ce materialele asemănătoare cu foi pot fi utilizate pentru a detecta viteze mai rapide de 50 mm/min.
În ceea ce privește regulile de pregătire a eșantionului, standardul ISO 527-2 detaliază specificațiile specifice ale celor două probe. Luând ca exemplu modelul 1BA/1BB în eșantionul de tip gantere, lățimea părții înguste este setată la 4 mm și lungimea gabaritului este fixată la 50 mm. Acest design este mai eficient pentru descoperirea defectelor locale din material. Lățimea eșantionului dreptunghiular este extinsă la 10 mm. Deși datele de testare sunt mai stabile, este posibil să nu reflecte cu exactitate problemele de performanță locală ale materialului. În a treia parte a standardului pentru materiale speciale, cum ar fi foi de polipropilenă cu o grosime de cel mult 1 mm, standardul recomandă ca ratele diferite să fie selectate în funcție de scopul testului - o viteză lentă de 1 mm/min este potrivită pentru simularea condițiilor de încărcare statică pe termen lung, iar o viteză rapidă de 50 mm/min este mai aproape de situația reală a încărcăturilor de impact.
Standardul ASTM D638 utilizat frecvent în America de Nord are caracteristicile sale în proiectarea eșantionului. De exemplu, deși parametrii lățimii și gabaritului de exemplare dreptunghiulare de tip I sunt aceiași cu cele ale standardului ISO, structura corpului de fixare este deosebit de optimizată, ceea ce face mai ușor de fixat în funcționare efectivă. În schimb, exemplarele de gantere cu o lățime de 4 mm în standardul ISO au o sensibilitate mai mare pentru a detecta defecte interne din cauza zonei lor de contact mici. Această caracteristică o face utilizată pe scară largă în inspecția calității fabricii. Există, de asemenea, diferențe în metoda de clasificare a vitezei de testare a celor două sisteme standard și este necesar să se adapteze și să se adapteze în funcție de scenariile de utilizare ale materialelor specifice.
Atunci când efectuați testarea performanței materialelor, este adesea necesar să se distingă viteza de testare. De exemplu, test lent (o viteză de 5 mm pe minut), această soluție este mai potrivită pentru materiale precum materialele plastice de inginerie (cum ar fi piese din plastic din jurul tabloului de bord al unei mașini) și este utilizată în principal pentru a observa valoarea maximă de rezistență pe care materialul în sine o poate obține. Testele rapide (setarea de 500 mm pe minut) sunt mai utilizate pentru a simula scenarii de utilizare reale, cum ar fi situațiile de impact pe care le pot întâlni filmele de ambalare a produselor electronice în timpul transportului. În acest caz, datele obținute pot reflecta mai bine starea reală de utilizare.
În ceea ce privește selecția standardelor de testare, referința principală din China este documentul standard GB/T 1 0 40.2. Intervalul de grosime al eșantionului specificat în acesta poate fi de la 0,1 mm la 14 mm, acoperind practic toate specificațiile foilor PP produse prin modele de injecție sau procese de extrudare. Este deosebit de important de menționat că standardele necesită în mod clar ca, atunci când se efectuează teste comparative, condițiile de mediu trebuie controlate pentru a fi controlate la temperatura de 23 de grade, iar umiditatea nu trebuie să depășească 2 grade, iar umiditatea trebuie menținută în intervalul de 50%± 5%, iar eșantioanele trebuie plasate în avans timp de cel puțin 40 de ore - aceste regulamente sunt în principal pentru a asigura că datele de la diferite lucrări pot fi comparate unul cu celălalt.
Standardul UE (DIN EN ISO 527) subliniază precizia măsurării, de exemplu, eroarea de distanță de ecartament trebuie controlată în intervalul de plus sau minus 0. 2 mm. Acest lucru se datorează în principal faptului că, dacă abaterea distanței de calibru depășește 1%, datele de intensitate calculate finale pot avea o eroare de aproximativ 0. 5%până la 1%. Pentru materialele PP utilizate în domeniul medical, este necesară o testare suplimentară pentru biosecuritate, după cum este specificată în ISO 10993, ceea ce va confirma că substanțele precipitate după înmuierea materialului nu va afecta performanța sa la tracțiune.
Standardul intern al industriei QB/T 2471-2000 are cerințe speciale pentru foile PP extrudate. De exemplu, materialele PP pure necesită o rezistență la tracțiune de cel puțin 28 megapas, iar alungirea la pauză nu poate fi mai mică de 150%. Dacă se adaugă un material modificat cu 30% pulbere de talc, deși rezistența la tracțiune poate fi crescută la peste 40 MPa, standardul de alungire va fi relaxat la 50% - această setare este de fapt pentru a găsi un punct de echilibru între rigiditatea și duritatea materialului.
Atunci când alegeți un plan de testare, acordați o atenție deosebită diferențelor dintre standarde. De exemplu, în ceea ce privește forma eșantionului, eșantionul de tip gantere (4 mm lățime în partea îngustă din mijloc) adoptat de standardul ISO este predispus la expunerea defectelor locale ale materialului, ceea ce este mai potrivit pentru selectarea formulelor în etapa de cercetare și dezvoltare. Eșantioanele dreptunghiulare (10 mm lățime) utilizate de standardul ASTM au o stabilitate mai bună în timpul inspecției de producție în masă. Selectarea vitezei de testare ar trebui, de asemenea, combinată cu scenarii de aplicare reale. De exemplu, piesele interioare auto sunt potrivite pentru utilizarea testelor lente ale ISO 527 pentru a evalua performanța de stres pe termen lung. Cu toate acestea, dacă este un material de ambalare pentru produsele electronice, testele rapide ASTM ar trebui utilizate pentru a simula șocurile de transport.
Care sunt precauțiile pentru testarea la tracțiune a foilor PP?
Despre pregătirea și procesarea eșantionului
Acordați o atenție deosebită metodei de funcționare în timpul etapei de pregătire a eșantionului. De exemplu, tăierea mecanică poate provoca concentrația de tensiune la marginea materialului, adică este ușor să crăpați marginea. În acest moment, se recomandă utilizarea tăierii cu laser, astfel încât zona afectată de căldură să poată fi controlată practic în 0. 1 mm. Pentru foile extrudate, eșantioanele trebuie tăiate în direcția fluxului material și, respectiv, în direcția verticală. De exemplu, rezistența la tracțiune în direcția mașinii este de obicei cu 15% până la 20% mai mare decât cea din direcția transversală.
În ceea ce privește controlul mediului, pur și simplu pus, trebuie controlate condițiile de temperatură și umiditate. Este deosebit de important de menționat că temperatura de pretratare trebuie menținută într -un interval de 23 de grade Celsius plus sau minus 1 grad pentru a evita modificările cristalinității materialului din cauza fluctuațiilor de temperatură. Pentru materialele PP care conțin ingrediente, cum ar fi ceara de PE, acestea trebuie să fie plasate într -un uscător timp de aproximativ două zile pentru a se echilibra. Scopul acestui lucru este de a împiedica absorbția umidității să determine slăbirea structurii moleculare.
Puncte cheie pentru calibrarea echipamentelor de testare
Nivelul de precizie al extensometrului utilizat pentru măsurarea tulpinii trebuie selectat în funcție de situație. Când lungimea gabaritului depășește 25 mm, ar trebui utilizat un model de înaltă precizie cu o eroare de cel mult 0. 5%. Dacă doriți să efectuați un test la temperaturi scăzute la minus 40 de grade, trebuie să utilizați azot lichid pentru a răci piesele de fixare, altfel rezistența pieselor din oțel inoxidabil va scădea cu aproximativ 40% la temperaturi scăzute.
Selecția senzorilor de încărcare este, de asemenea, deosebită. Atunci când aveți de -a face cu foi groase, ar trebui să alegeți un senzor cu un interval de 20 kN, iar eroarea de precizie ar trebui să fie controlată într -o mie de mii. Dacă măsurați materiale cu film subțire, ar fi mai potrivit să schimbați la un interval de 5 kN, ceea ce poate evita abaterile de măsurare cauzate de supraîncărcarea senzorului. De exemplu, dacă supraîncărcarea este de 10%, eroarea poate atinge două puncte procentuale.
Controale cheie în timpul testului
Metoda de prindere va afecta direct rezultatele experimentale. Se recomandă utilizarea unei cleme cu pană hidraulică pentru a aplica o presiune de prindere de 5 până la 10 MPa, astfel încât probabilitatea alunecării eșantionului poate fi redusă de la 15% la mai puțin de 3%. Lungimea de prindere trebuie să fie mai mare de 50 mm. Dacă doar 30 mm este fixat, sfârșitul este predispus la zdrobire, ceea ce duce la o creștere a unui sfert a riscului de fractură.
Acordați atenție identificării procesării anomaliei datelor. Dacă materialul se rupe înainte de cedare, acest lucru poate fi cauzat de defecte din eșantion sau de prindere excesivă. Astfel de date ar trebui aruncate. Fiecare set de experimente trebuie să obțină cel puțin cinci puncte de date valide, iar coeficientul calculat de variație nu trebuie să depășească 5% pentru a indica faptul că rezultatele sunt fiabile.
Care sunt factorii care afectează rezistența la tracțiune a foilor PP?
Proprietățile materialului în sine
· Compoziție moleculară
De exemplu, pentru materiale precum homopolimer polipropilen (HPP), datorită aranjamentului relativ regulat al lanțurilor moleculare, cristalinitatea poate atinge de obicei intervalul de 50%-60%, iar rezistența la tracțiune corespunzătoare este de aproximativ 25-35 MPa. Cu toate acestea, din cauza structurii dispersate a fazei de cauciuc în polipropilena copolimerului (CPP), deși rezistența la impact poate fi crescută cu 50% sau chiar dublată, rezistența la tracțiune va fi redusă la 20-30 MPa.
· Influența gradului de cristalinitate
Pe scurt, cu cât cristalinitatea este mai mare, cu atât rezistența la tracțiune este mai mare. De exemplu, pentru fiecare creștere de 10% a cristalinității, rezistența poate fi crescută cu aproximativ 3-5 MPa. Acordați o atenție deosebită impactului diferențelor în forme de cristal. De exemplu, rezistența -cristal polipropilenă poate fi cu aproximativ 15% mai mare decât cea a polipropilenei -cristale, ceea ce se datorează în principal structurii lamelare mai groase a cristalelor. Pentru a îmbunătăți efectul de cristalizare, adăugarea de agenți de nucleare este o metodă comună. De exemplu, agentul de nucleare Na -11 poate accelera rata de cristalizare de aproximativ trei ori și poate crește rezistența la tracțiune cu 8%-12%.
Mijloace tehnice de modificare a materialelor
· Metoda de întărire a umpluturii
Cel mai obișnuit este umplutura de fibre de sticlă. Când suma de adăugare ajunge la 30%, rezistența materialului poate crește la 60-80 MPA. Aici ar trebui să acordăm atenție direcției de aranjare a fibrei. De exemplu, atunci când direcția de aranjare a fibrei de sticlă atinge mai mult de 80%, efectul este cel mai bun. Dacă este mai mică de 60%, îmbunătățirea forței poate fi mai mică de jumătate. O altă metodă este utilizarea carbonatului nano-calciu. Dacă această umplutură este adăugată cu 5%, rezistența la tracțiune poate fi crescută cu aproximativ 10%. Cu toate acestea, dacă se adaugă prea mult, mai mult de 10%, se va aglomera, mai ales dacă particulele sunt prea mari. Dacă depășește 200 de nanometri, este ușor să provocați probleme de concentrare a stresului.
· Echilibrul tratamentului de întărire
Atunci când cantitatea de agenți de întărire, cum ar fi cauciucul EPDM este adăugată la 20%, deși rezistența la tracțiune va scădea la 18-22 MPA, ductilitatea materialului va fi mult îmbunătățită, iar alungirea la pauză poate fi crescută de la 10%la 300%. Acest material modificat este deosebit de potrivit pentru materialele de ambalare care trebuie îndoite în mod repetat, cum ar fi garnitura de etanșare din capacul sticlei de băuturi, care este un scenariu de aplicare care necesită atât rezistență și rezistență la deformare.
· ELastomer Poe: Acest material poate crește rezistența la impact notat de la 4 kJ/m2 la 18 kJ/m2, menținând în același timp o rezistență de 25 MPa. De exemplu, piese precum barele de protecție auto care necesită o siguranță ridicată sunt mai potrivite pentru acest material.
Parametri de procesare
· Procesul de extrudare
· Temperatura topirii: de exemplu, atunci când temperatura este controlată la 200 până la 210 grade Celsius, rezistența la tracțiune a materialului este cea mai bună, dar dacă temperatura crește peste 230 de grade, structura internă a materialului este ușor de descompus, iar rezistența la tracțiune va scădea cu aproximativ 15%.
· Rata de răcire: de exemplu, rezistența la tracțiune a produsului este cu 5% până la 8% mai mare atunci când este tratată cu răcire cu apă la 5 grade decât atunci când este tratată cu răcire de aer la 25 de grade. Acest lucru se datorează mai ales faptului că materialul se cristalizează mai complet atunci când răcirea este rapidă, de exemplu, dimensiunea particulelor de cristal poate fi redusă de la 50 microni la 20 microni.
· Procesul de modelare prin injecție
· Presiunea de menținere: Când presiunea crește de la 5 0 MPa la 1 0 0 MPa, densitatea materialului va crește de la 0,90 la 0,92 grame pe centimetru cub. În acest moment, rezistența la tracțiune poate crește cu 8% până la 12%. Acest lucru se datorează mai ales faptului că presiunea ridicată poate reduce golurile din interiorul materialului.
· Temperatura matriței: de exemplu, folosind o matriță la temperatură scăzută la 40 de grade, deși materialul poate fi cristalizat rapid și rezistența este crescută cu 5%, suprafața este predispusă la mărci de curgere; Dacă se folosește o matriță la temperatură ridicată la 80 de grade, deși suprafața este mai netedă, rezistența va scădea cu aproximativ 3%.
Condiții de mediu și de utilizare
· Efect de temperatură
· Embrittlement la temperatură scăzută: la -20 grade, puterea materialului PP nemodificat va scădea la 15 MPa, ceea ce reprezintă jumătate din aceasta la temperatura camerei. În acest moment, materialul va deveni deosebit de fragil, de exemplu, rezistența la impact va scădea direct cu 80%.
· Înmuierea la temperaturi ridicate: Când temperatura crește la 80 de grade, rezistența materialului va scădea la 18 MPa, dar alungirea poate fi dublată, ceea ce înseamnă că materialul a suferit o înmuiere termică. În acest moment, este necesar să se îmbunătățească performanța prin amestecarea altor materiale.
În condițiile mecanice de testare a vitezei convenționale (viteza de încărcare este controlată la aproximativ 1 mm pe minut), valoarea rezistenței la randament măsurată este aproximativ în intervalul de 28 MPa. Această valoare poate fi considerată de fapt drept puterea caracteristică a materialului în sine. Când condițiile experimentale sunt ajustate la modul de impact de mare viteză (de exemplu, viteza de încărcare este crescută la 500 mm pe minut), rezistența la randament a materialului va fi îmbunătățită semnificativ, ajungând la aproximativ 35 MPa. Această modificare se datorează în principal fenomenului de întărire a tulpinii materialului în timpul deformării de mare viteză. Cu toate acestea, trebuie menționat că, în acest caz, alungirea la ruperea materialului va fi redusă brusc de la nivelul inițial de 300% la aproximativ 50%. În acest moment, poate fi necesar să se ajusteze formula materialului, cum ar fi utilizarea materialelor de polipropilenă de copolimer cu o rezistență la impact mai bună pentru a se îmbunătăți.
În ceea ce privește rezistența chimică, de exemplu, după ce a fost cufundat într -un lichid de hidroxid de sodiu 5% timp de trei zile, indicele de rezistență la tracțiune al materialului va scădea semnificativ cu aproximativ 4 0%. Motivul principal al acestei situații este legat de reacția de hidroliză a lanțului molecular material într -un mediu alcalin. Este posibil să se ia în considerare înlocuirea materialelor de polipropilenă de copolimer sau acoperirea suprafeței materialului pentru protecție. Atunci când investigați efectele îmbătrânirii ultraviolete (de exemplu, iradierea continuă cu sursa de lumină UVB timp de 1000 de ore), indicele de rezistență a materialului va scădea cu aproximativ un sfert. Pentru a rezolva această problemă, de exemplu, dacă se adaugă un material stabilizat cu lumină cu o concentrație de 0,5%, pierderea de forță poate fi controlată eficient în 10%.
