Metode de testare a spumei
Materiale plastice spumă (spume) este denumirea generală pentru un grup de materiale care conțin multe celule goale (deschise sau închise) dispersate în volumul substanței. Utilizarea și popularitatea tot mai mare a spumei a condus la necesitatea unor metode de testare adecvate în mod specific acestui tip de material. Multă vreme, metodele dezvoltate pentru testarea polimerilor solizi au fost folosite și pentru spume. Cu toate acestea, aceste metode trebuie modificate din cauza rezistenței scăzute a spumei. Necesitatea unei astfel de modificări și modificările propuse au condus la dezvoltarea a numeroase metode de testare nestandardizate, care, la rândul lor, au provocat confuzie în rândul specialiștilor care folosesc aceste materiale. Datorită eforturilor și eforturilor comitetelor ASTM, SPI (Societatea Industriei Plastice - Societatea specialiștilor care lucrează în industria plasticului). și furnizorii de materiale, au fost elaborate o serie de standarde. Majoritatea metodelor de testare pentru spume sunt destul de asemănătoare cu cele utilizate anterior pentru alte materiale polimerice. Cu toate acestea, unele metode sunt concepute pentru a răspunde nevoii de testare în mod specific a spumei și sunt unice în acest sens. Aceste metode includ, în special, măsurarea porozității, determinarea conținutului relativ de celule deschise și închise din material. Metode de testare pentru spume rigide
Densitatea (ASTM D1622, ISO 845) Densitatea spumei prezintă un interes considerabil pentru proiectanții de produse deoarece multe dintre proprietățile fizice ale materialului sunt determinate de densitatea acestora. Metoda de determinare a densității spumei este foarte simplă. Se bazează pe pregătirea unei probe de o anumită formă, care ar permite pur și simplu măsurarea volumului acesteia.Apoi, proba este cântărită, iar volumul acesteia este calculat din dimensiunile liniare măsurate cu ajutorul unui micrometru, șubler sau calibru.
Densitatea se calculează astfel: Densitatea (lb/ft 3 ) = Greutatea eșantionului (lb)/Volumul eșantionului (ft 3 ) Această metodă a fost dezvoltată pentru a determina atât densitatea totală a materialului, cât și densitatea efectivă a miezului spumei rigide . Densitatea efectivă a materialului în ansamblu este definită ca greutatea pe unitatea de volum a probei în ansamblu, inclusiv straturile de suprafață. Densitatea efectivă a părții centrale (miezului) materialului este determinată într-un mod similar, dar după îndepărtarea straturilor de suprafață.
Dimensiunea celulelor și orientarea lor sunt caracteristici foarte importante ale spumei, deoarece unele dintre proprietățile fizice ale materialului depind de ele. De exemplu, pentru a estima adsorbția de apă și conținutul celulelor deschise, este necesară cunoașterea suprafeței celulelor, care, la rândul său, se calculează pe baza dimensiunilor acestora.
Metoda de testare acoperă determinarea dimensiunii efective a celulei în spume rigide prin măsurarea numărului de ori intersectează o linie cu limitele celulei pe o lungime specificată. Pentru aceasta, se folosesc două metode de bază. Conform procedurii A, este necesar să se pregătească secțiuni subțiri cu o grosime de cel mult jumătate din diametrul mediu al unei celule, ceea ce asigură stabilitatea mecanică a secțiunii. După ce proba este realizată cu dimensiunile specificate folosind un microtom, imaginea acesteia este proiectată pe ecran cu ajutorul unui proiector de diapozitive. Se măsoară lungimea medie a coardei și se determină numărul de intersecții ale acesteia cu limitele celulei. În continuare, se calculează valoarea medie a dimensiunii celulei.
Procedura B este pentru utilizarea pe materiale fragile care sunt greu de tăiat în secțiuni subțiri.pentru analiza vizuală. În acest caz, se face o tăietură pe probă astfel încât să se obțină o suprafață netedă. Limitele celulelor sunt marcate cu un marker. În continuare, se folosește aceeași tehnică de măsurare ca și în primul caz: se trasează o linie dreaptă, se calculează numărul de intersecții ale acesteia cu limitele celulei și se calculează dimensiunea medie a celulei.
Număr de celule deschise (ASTM D2856, ISO 4590-1981)
Probele cu dimensiuni convenabile pentru testare pot fi obținute numai prin tăierea lor din semifabricate mari. În acest caz, o parte din celulele închise devine deschisă și în timpul calculului se adaugă la numărul de celule deschise existente. Sunt propuse trei metode principale pentru efectuarea ajustărilor corespunzătoare.
Procedura A. Numărați numărul de celule deschise în timpul preparării probei prin măsurarea diametrului acestora și calculând din aceasta volumul acestor celule.
Procedura B. Se numără numărul de celule expuse în timpul preparării probei prin pregătirea unei secțiuni și obținerea unei suprafețe deschise egală cu cea a probei inițiale.
Un picnometru de aer disponibil pe piață este prezentat în fig. 1.
Orez. 1. Diagrama unui picnometru de aer (reprodus cu permisiunea de la ASTM)
Compresibilitate (ASTM D1621, ISO 844) Testele care determină modulul de elasticitate și rezistența la compresiune ale spumelor rigide sunt foarte asemănătoare cu cele utilizate pentru alte materiale plastice. Această metodă este foarte utilă pentru compararea caracteristicilor de rezistență ale spumei de diferite formulări. Cu ajutorul metodei avute în vedere se efectuează teste standard, care permit obținerea rezultatelor utilizate în lucrările de cercetare, controlul calității și verificarea conformității cu specificația materialului. Cu toate acestea, această metodă nu poatesă fie considerată o estimare a modului în care se va comporta spuma în condiții reale de viață pe o perioadă lungă de timp. Pentru a obține date de intrare pentru proiectarea produselor din spumă destinate să funcționeze sub sarcină, sunt necesare teste suplimentare de fluaj, determinarea proprietăților la oboseală ale materialului și rezistența acestuia la impact.
Testele se efectuează cu specimene având o înălțime minimă de 1 inch și o înălțime maximă care nu depășește lățimea specimenului. Proba precondiționată este supusă unei compresii uniforme într-o mașină de testare standard. Mișcarea traversei mașinii este considerată o măsură a deformării. Testarea continuă până când se atinge punctul de curgere sau deformarea compresivă atinge aproximativ 13% din dimensiunea epruvetei inițiale, oricare dintre acestea este atinsă prima. Din curbele de deformare se calculează rezistența la compresiune, modulul de elasticitate și valoarea modulului efectiv.
Test de forfecare (ASTM C273)
Această metodă este concepută special pentru a măsura tensiunea versus deformarea atunci când se testează structuri sandwich sau miezuri de spumă atunci când o sarcină este aplicată paralel cu fața epruvetei. Dispozitivul de fixare prezentat în Figura 2 poate fi folosit pentru a testa sandwich-ul în întregime sau doar partea centrală.
Orez. 2. Aparat de încercare la forfecare din polistiren (reprodus cu permisiunea de la ASTM) O sarcină este aplicată plăcilor de oțel care sunt fie în tensiune, fie în compresie. În acest caz, sarcina este distribuită uniform pe toată lățimea probei. Durata maximă de aplicare a încărcăturii nu trebuie să depășească 3-6 minute. DePe baza rezultatelor testului, dependența tensiunii de deformare este construită și modulul de elasticitate fie al structurii sandwich ca întreg, fie separat al părții sale centrale este determinat din secțiunea inițială a acestei dependențe.
Stabilitate dimensională (ASTM D2126, ISO 2796)
În ultimii ani, spuma a găsit aplicații largi în industria aerospațială, electronică și construcții. Prin urmare, este foarte important să știm cum se va comporta spuma în condiții de schimbare a temperaturii și umidității mediului. Stabilitatea dimensională pe termen lung este, de asemenea, foarte importantă atunci când se utilizează spume ca materiale termoizolante.
Metoda de testare dezvoltată pentru determinarea răspunsului spumelor rigide la temperatură și îmbătrânire permite determinarea temperaturii maxime admisibile de funcționare, precum și obținerea de date privind stabilitatea dimensională în condiții de temperatură și umiditate variate. Pentru a efectua aceste teste, se utilizează o cântar, o cameră de căldură, o cameră rece și un instrument de măsurare pentru dimensionarea precisă. Prin prelucrare se obține un eșantion de dimensiuni date. După condiţionare proba este supusă unor încercări conform unuia dintre modurile date în tabel.1. Testul final se efectuează după ce proba a revenit la temperatura camerei. Apoi, proba este examinată vizual și dimensiunile sale sunt măsurate.
Tabel 1. Condiții de testare - Temperatura și umiditatea (Temperatura și umiditatea sunt selectate în funcție de cerințele individuale)