26.04.2024
ГОСТ, ISO, ASTM: основные различия стандартов при испытании пластмасс
Создание новых видов продукции, постоянное повышение требований, предъявляемых к ее качеству, разнообразию условий эксплуатации, усложнение технологий определяют широкий спектр испытаний, проводимых на различных стадиях жизненного цикла продукции. Эксперты ООО «СИБУР ПолиЛаб» рассказывают о ключевых отличиях стандартов, наиболее часто используемых при испытании пластмасс и описывающих методы контроля
(испытаний, измерений, анализа) различных показателей.
Ежедневно мы испытываем всевозможные изделия из полимеров самыми различными методами: мы их сжимаем, роняем, изгибаем, растягиваем, проверяем на стойкость к влаге, надеваем, пробуем из них еду... Для того чтобы изделия из пластмасс выдерживали необходимые нагрузки в процессе повседневной жизни, их предварительно тестируют в лаборатории.
Основной задачей для разработчиков и производителей является подбор исходных полимеров и добавок таким образом, чтобы конечный продукт соответствовал необходимым условиям эксплуатации. При этом производство полимерных материалов и их дальнейшее применение требуют обеспечения надежного контроля качества как сырья, так и готовой продукции. Испытания пластмасс и определение наиболее типичных свойств осуществляются согласно принятым стандартам, самыми распространенными из которых являются ГОСТ, ISO и ASTM.
Стандартизация методов испытаний
Цель стандартизации — упорядочение процессов для всеобщего и многократного использования. Для сопоставимости результатов исследований и измерений необходимо соблюдать определенные правила и процедуры, следовательно, испытания должны быть стандартизованы. Следование правилам и процедурам при проведении тестов позволяет сравнивать полученные результаты и делать заключения. Стандарт для методов испытаний устанавливает методики, правила, процедуры тестирования и связанные с этим действия (например, отбор пробы или образца).
В зависимости от уровня принятия различают следующие основные категории стандартов:
— международные стандарты. Приняты международной организацией. К такому типу относятся, например, стандарты ISO;
— межгосударственные, региональные стандарты. Приняты государствами. Примерами подобных стандартов являются ГОСТ и EN;
— национальные (государственные) стандарты. Приняты национальным органом. Конечно, это ГОСТ Р, GB и GB/T, BIS и другие;
— стандарты организации. Утверждаются конкретным предприятием. К ним относятся стандарты предприятия и технические условия.
Описания испытаний в различных стандартах могут как совпадать, так и отличаться.
Следует отметить, что официальное толкование положений стандартов могут предоставить лишь соответствующие представительства. Авторы статьи предлагают краткий обзор различий ГОСТ, ISO или ASTM, действующих на момент публикации материала, применительно к методикам испытаний, исходя из своей практики работы в ООО «Сибур ПолиЛаб», и не претендуют на полноту описания.
Определение показателя текучести расплава
Получение большинства изделий из пластиков осуществляется методом перевода полимера в расплав с последующим формованием и охлаждением. Поэтому в процессе переработки важно определять реологические свойства, с помощью которых можно описать поведение расплава полимера в условиях разных температур и сдвиговых напряжений.
В первую очередь, обращают внимание на такой используемый в производственной практике показатель, как показатель текучести расплава (ПТР). Исходя из значения ПТР, выбирается метод и параметры переработки полимера, осуществляется оперативный контроль качества и стабильности процессов. Величина массового ПТР
в г/10 мин определяется как масса материала, экструдированного через капилляр, в течение 10 минут при заданной температуре и нагрузке. Величина объемного ПТР в см3/10 мин определяется как объем расплава полимера, экструдированного через капилляр, за время прохождения поршнем определенного расстояния.
Наиболее часто используемые стандарты при определении ПТР — ГОСТ 11645, ISO 1133-1 и ASTM D1238.
В ГОСТе 11645 и ISO 1133-1 описаны два метода определения ПТР: массовый и объемный. В ASTM D1238 кроме этих двух методов указаны еще два дополнительных: с использованием фильеры половинного размера и тестирования при нескольких нагрузках в рамках одного испытания.
Одно из ключевых отличий между всеми стандартами — время предварительного нагрева материала (время преднагрева). Важно следовать указанному времени преднагрева и не отступать от требований стандарта.
Еще одним важным отличием между стандартами является интервал времени между отрезками экструдата при определении ПТР массовым методом или смещение поршня при определении ПТР объемным методом. Рекомендуется также обращать внимание на указание необходимости проведения параллельных испытаний, а также правила предоставления результата испытаний и количества значимых цифр.
При проведении испытания необходимо обращать внимание на чистоту испытательного канала и фильеры, которые при наличии пустот следует отбраковать.
Рассмотрим физико-механические свойства полимеров, то есть реакцию материала на внешние механические нагрузки. При воздействии напряжений в полимере развиваются деформации. Реакция материала на внешнюю нагрузку зависит от его механических свойств, геометрической формы образца, величины нагрузки и направления действия силы. Физико-механические свойства зачастую играют ключевую роль при применении полимеров. Следовательно, предъявляются высокие требования к методологии и процедуре выполнения механических испытаний.
До проведения испытаний согласно большинству методик испытаний образцы необходимо кондиционировать. Процесс кондиционирования позволяет привести испытываемые материалы в состояние равновесия. Параметры и длительность кондиционирования обусловлены требованиями, содержащимися в каждой конкретной методике. Правильное кондиционирование образцов способствует повышению качества и надежности получаемых результатов, что делает его неотъемлемой частью многих научных и промышленных процессов.
Кондиционирование регламентируется рядом стандартов, которые содержат различные условия. Для испытания пластмасс обычно используется стандартная атмосфера: температура 23°С и влажность 50%. Необходимо учитывать, что время нахождения образцов при таких условиях различно в зависимости от стандарта. Согласно рекомендациям ГОСТа 12423 и ISO 291, оно составляет не менее 88 часов, а по рекомендациям ASTM D618 — не менее 40 часов.
Определение свойств при растяжении
Испытания на растяжение представляют собой оценку способности материала противостоять действию приложенных нагрузок и возможности растягиваться до разрушения. Полученные результаты служат основой первичного отбора конкретного типа полимера из обширной группы материалов для конкретной области использования.
Для проведения испытания образец в форме лопатки растягивают с помощью испытательной машины вдоль его главной продольной оси при заданной скорости и фиксируют нагрузку и удлинение, выдерживаемые образцом.
Разные методики испытания — ГОСТ 11262, ISO 527, ASTM D638 — предполагают работу с типами образцов различных геометрических размеров, что влияет на описываемые параметры испытаний (расстояние между захватами, расчетная длина, ширина и толщина узкой части и другие). Кроме того, скорость испытания также может отличаться, так как во всех методиках разрешается выбирать ее из предлагаемого стандартами ряда. При определении модуля упругости при растяжении необходимо убедиться, что выбран интервал деформации, удовлетворяющий требованиям стандарта. Важно при выборе параметров испытаний также опираться на упомянутый в стандарте конкретный тип полимера.
Определение свойств при изгибе
Для количественной оценки жесткости полимеров анализируется способность материала противостоять действию изгибающих напряжений. Прямоугольный образец изгибают в середине между опорами при постоянной скорости до его разрушения или до достижения образцом заданной деформации. В процессе испытания фиксируют нагрузку и величину прогиба.
При анализе методик ГОСТа 4648, ISO178 и ASTM D790 обращают на себя внимание отличия по трем параметрам: размерам образцов, расстоянию между опорами и скорости испытания. Все описанные параметры в ГОСТе 4648 и ISO 178 идентичны, а ASTM D790 отличаются, при этом размеры образцов, согласно ASTM D790, зависят от типа испытываемого материала.
Определение ударной вязкости по Шарпи и Изоду
Способность материала сопротивляться ударным нагрузкам определяется его пластичностью. В процессе проведения испытаний образец подвергается удару маятника, при этом фиксируется энергия, которая требуется для разрушения материала. Таким образом ударная вязкость — это энергия удара, поглощенная при разрушении испытуемого образца, отнесенная к площади первоначального поперечного сечения образца. В случае определения ударной вязкости по Шарпи (ГОСТ 4647, ISO 179, ASTM D6110) образец размещается плашмя на двух опорах, а при определении ударной вязкости по Изоду (ГОСТ 19109, ISO 180, ASTM D256) закрепляется консольно. Могут испытываться образцы как с надрезом, так и без него.
Образцы для определения ударной вязкости в зависимости от стандарта отличаются геометрическими размерами образцов, формой и расположением надреза, остаточной шириной под надрезом. Также необходимо следить за тем, на какую сторону должен приходиться удар маятника. Чаще всего для определения ударной вязкости по Изоду используется сторона с надрезом, а в случае определения ударной вязкости по Шарпи — сторона без надреза.
При проведении испытания необходимо обращать внимание на запас энергии маятника, типы разрушения образцов и единицы измерения ударной вязкости.
Как правило, в реальной жизни на изделие одновременно воздействует несколько видов факторов. Помимо физико-механических необходимо учитывать еще один фактор — температурное воздействие. Кроме прямого воздействия (попадания на материал или изделие лучей солнца), это может быть и нагрев в результате трения, повышенная температура переработки, эксплуатации или хранения.
Рассмотрим два наиболее часто встречающихся метода испытания: определение температуры изгиба под нагрузкой и температуры размягчения по Вика. Методы позволяют провести быструю оценку температуры, при которой материал теряет жесткость.
Определение температуры изгиба под нагрузкой
Температура изгиба под нагрузкой — это температура, при которой образец, горизонтально расположенный на двух опорах, прогибается под действием температуры и нагрузки. Одним из основных различий между стандартами является расположение образца на опорах. Согласно ГОСТу 12021 и ISO 75 образец располагается плашмя, согласно ASTM D648 — на ребре.
При этом расстояние между опорами также отличается. Необходимо обратить внимание на размеры, изгибающее напряжение и величину прогиба образцов.
Определение температуры размягчения по Вика
Сущность метода заключается в определении температуры, при которой индентор в форме иглы проникает в образец на глубину 1 мм. При этом образец нагревается с постоянной скоростью.
Соответствующие стандарты (ГОСТ 15088, ISO 306, ASTM D1525) сходятся в описании основных параметров испытаний. При их проведении необходимо обращать внимание на используемую нагрузку и скорость нагрева.
Рассмотренные стандарты и их ключевые отличия — только часть возможных методик, используемых для определения показателей полимеров. В зависимости от конечного применения для конкретного материала и изделия формируется свой комплекс испытаний. Для корректных выводов при сравнении материалов между собой необходимо опираться на результаты испытаний, полученные в идентичных условиях. Различные аспекты тестирования и переработки полимерных материалов, а также другие темы рассматриваются на вебинарах на платформе «Бизнес-практики СИБУР», во время которых можно задать вопросы и предложить интересующие темы, касающиеся производства изделий из пластмасс.
Со всеми описанными и многими другими видами испытаний, методами переработки полимеров в изделия, а также новостями полимерной отрасли можно познакомиться в телеграм-канале ООО «СИБУР ПолиЛаб» t.me/siburpolylab.
(испытаний, измерений, анализа) различных показателей.
Ежедневно мы испытываем всевозможные изделия из полимеров самыми различными методами: мы их сжимаем, роняем, изгибаем, растягиваем, проверяем на стойкость к влаге, надеваем, пробуем из них еду... Для того чтобы изделия из пластмасс выдерживали необходимые нагрузки в процессе повседневной жизни, их предварительно тестируют в лаборатории.
Основной задачей для разработчиков и производителей является подбор исходных полимеров и добавок таким образом, чтобы конечный продукт соответствовал необходимым условиям эксплуатации. При этом производство полимерных материалов и их дальнейшее применение требуют обеспечения надежного контроля качества как сырья, так и готовой продукции. Испытания пластмасс и определение наиболее типичных свойств осуществляются согласно принятым стандартам, самыми распространенными из которых являются ГОСТ, ISO и ASTM.
Стандартизация методов испытаний
Цель стандартизации — упорядочение процессов для всеобщего и многократного использования. Для сопоставимости результатов исследований и измерений необходимо соблюдать определенные правила и процедуры, следовательно, испытания должны быть стандартизованы. Следование правилам и процедурам при проведении тестов позволяет сравнивать полученные результаты и делать заключения. Стандарт для методов испытаний устанавливает методики, правила, процедуры тестирования и связанные с этим действия (например, отбор пробы или образца).
В зависимости от уровня принятия различают следующие основные категории стандартов:
— международные стандарты. Приняты международной организацией. К такому типу относятся, например, стандарты ISO;
— межгосударственные, региональные стандарты. Приняты государствами. Примерами подобных стандартов являются ГОСТ и EN;
— национальные (государственные) стандарты. Приняты национальным органом. Конечно, это ГОСТ Р, GB и GB/T, BIS и другие;
— стандарты организации. Утверждаются конкретным предприятием. К ним относятся стандарты предприятия и технические условия.
Описания испытаний в различных стандартах могут как совпадать, так и отличаться.
Следует отметить, что официальное толкование положений стандартов могут предоставить лишь соответствующие представительства. Авторы статьи предлагают краткий обзор различий ГОСТ, ISO или ASTM, действующих на момент публикации материала, применительно к методикам испытаний, исходя из своей практики работы в ООО «Сибур ПолиЛаб», и не претендуют на полноту описания.
Определение показателя текучести расплава
Получение большинства изделий из пластиков осуществляется методом перевода полимера в расплав с последующим формованием и охлаждением. Поэтому в процессе переработки важно определять реологические свойства, с помощью которых можно описать поведение расплава полимера в условиях разных температур и сдвиговых напряжений.
В первую очередь, обращают внимание на такой используемый в производственной практике показатель, как показатель текучести расплава (ПТР). Исходя из значения ПТР, выбирается метод и параметры переработки полимера, осуществляется оперативный контроль качества и стабильности процессов. Величина массового ПТР
в г/10 мин определяется как масса материала, экструдированного через капилляр, в течение 10 минут при заданной температуре и нагрузке. Величина объемного ПТР в см3/10 мин определяется как объем расплава полимера, экструдированного через капилляр, за время прохождения поршнем определенного расстояния.
Наиболее часто используемые стандарты при определении ПТР — ГОСТ 11645, ISO 1133-1 и ASTM D1238.
В ГОСТе 11645 и ISO 1133-1 описаны два метода определения ПТР: массовый и объемный. В ASTM D1238 кроме этих двух методов указаны еще два дополнительных: с использованием фильеры половинного размера и тестирования при нескольких нагрузках в рамках одного испытания.
Одно из ключевых отличий между всеми стандартами — время предварительного нагрева материала (время преднагрева). Важно следовать указанному времени преднагрева и не отступать от требований стандарта.
Еще одним важным отличием между стандартами является интервал времени между отрезками экструдата при определении ПТР массовым методом или смещение поршня при определении ПТР объемным методом. Рекомендуется также обращать внимание на указание необходимости проведения параллельных испытаний, а также правила предоставления результата испытаний и количества значимых цифр.
При проведении испытания необходимо обращать внимание на чистоту испытательного канала и фильеры, которые при наличии пустот следует отбраковать.
Рассмотрим физико-механические свойства полимеров, то есть реакцию материала на внешние механические нагрузки. При воздействии напряжений в полимере развиваются деформации. Реакция материала на внешнюю нагрузку зависит от его механических свойств, геометрической формы образца, величины нагрузки и направления действия силы. Физико-механические свойства зачастую играют ключевую роль при применении полимеров. Следовательно, предъявляются высокие требования к методологии и процедуре выполнения механических испытаний.
До проведения испытаний согласно большинству методик испытаний образцы необходимо кондиционировать. Процесс кондиционирования позволяет привести испытываемые материалы в состояние равновесия. Параметры и длительность кондиционирования обусловлены требованиями, содержащимися в каждой конкретной методике. Правильное кондиционирование образцов способствует повышению качества и надежности получаемых результатов, что делает его неотъемлемой частью многих научных и промышленных процессов.
Кондиционирование регламентируется рядом стандартов, которые содержат различные условия. Для испытания пластмасс обычно используется стандартная атмосфера: температура 23°С и влажность 50%. Необходимо учитывать, что время нахождения образцов при таких условиях различно в зависимости от стандарта. Согласно рекомендациям ГОСТа 12423 и ISO 291, оно составляет не менее 88 часов, а по рекомендациям ASTM D618 — не менее 40 часов.
Определение свойств при растяжении
Испытания на растяжение представляют собой оценку способности материала противостоять действию приложенных нагрузок и возможности растягиваться до разрушения. Полученные результаты служат основой первичного отбора конкретного типа полимера из обширной группы материалов для конкретной области использования.
Для проведения испытания образец в форме лопатки растягивают с помощью испытательной машины вдоль его главной продольной оси при заданной скорости и фиксируют нагрузку и удлинение, выдерживаемые образцом.
Разные методики испытания — ГОСТ 11262, ISO 527, ASTM D638 — предполагают работу с типами образцов различных геометрических размеров, что влияет на описываемые параметры испытаний (расстояние между захватами, расчетная длина, ширина и толщина узкой части и другие). Кроме того, скорость испытания также может отличаться, так как во всех методиках разрешается выбирать ее из предлагаемого стандартами ряда. При определении модуля упругости при растяжении необходимо убедиться, что выбран интервал деформации, удовлетворяющий требованиям стандарта. Важно при выборе параметров испытаний также опираться на упомянутый в стандарте конкретный тип полимера.
Определение свойств при изгибе
Для количественной оценки жесткости полимеров анализируется способность материала противостоять действию изгибающих напряжений. Прямоугольный образец изгибают в середине между опорами при постоянной скорости до его разрушения или до достижения образцом заданной деформации. В процессе испытания фиксируют нагрузку и величину прогиба.
При анализе методик ГОСТа 4648, ISO178 и ASTM D790 обращают на себя внимание отличия по трем параметрам: размерам образцов, расстоянию между опорами и скорости испытания. Все описанные параметры в ГОСТе 4648 и ISO 178 идентичны, а ASTM D790 отличаются, при этом размеры образцов, согласно ASTM D790, зависят от типа испытываемого материала.
Определение ударной вязкости по Шарпи и Изоду
Способность материала сопротивляться ударным нагрузкам определяется его пластичностью. В процессе проведения испытаний образец подвергается удару маятника, при этом фиксируется энергия, которая требуется для разрушения материала. Таким образом ударная вязкость — это энергия удара, поглощенная при разрушении испытуемого образца, отнесенная к площади первоначального поперечного сечения образца. В случае определения ударной вязкости по Шарпи (ГОСТ 4647, ISO 179, ASTM D6110) образец размещается плашмя на двух опорах, а при определении ударной вязкости по Изоду (ГОСТ 19109, ISO 180, ASTM D256) закрепляется консольно. Могут испытываться образцы как с надрезом, так и без него.
Образцы для определения ударной вязкости в зависимости от стандарта отличаются геометрическими размерами образцов, формой и расположением надреза, остаточной шириной под надрезом. Также необходимо следить за тем, на какую сторону должен приходиться удар маятника. Чаще всего для определения ударной вязкости по Изоду используется сторона с надрезом, а в случае определения ударной вязкости по Шарпи — сторона без надреза.
При проведении испытания необходимо обращать внимание на запас энергии маятника, типы разрушения образцов и единицы измерения ударной вязкости.
Как правило, в реальной жизни на изделие одновременно воздействует несколько видов факторов. Помимо физико-механических необходимо учитывать еще один фактор — температурное воздействие. Кроме прямого воздействия (попадания на материал или изделие лучей солнца), это может быть и нагрев в результате трения, повышенная температура переработки, эксплуатации или хранения.
Рассмотрим два наиболее часто встречающихся метода испытания: определение температуры изгиба под нагрузкой и температуры размягчения по Вика. Методы позволяют провести быструю оценку температуры, при которой материал теряет жесткость.
Определение температуры изгиба под нагрузкой
Температура изгиба под нагрузкой — это температура, при которой образец, горизонтально расположенный на двух опорах, прогибается под действием температуры и нагрузки. Одним из основных различий между стандартами является расположение образца на опорах. Согласно ГОСТу 12021 и ISO 75 образец располагается плашмя, согласно ASTM D648 — на ребре.
При этом расстояние между опорами также отличается. Необходимо обратить внимание на размеры, изгибающее напряжение и величину прогиба образцов.
Определение температуры размягчения по Вика
Сущность метода заключается в определении температуры, при которой индентор в форме иглы проникает в образец на глубину 1 мм. При этом образец нагревается с постоянной скоростью.
Соответствующие стандарты (ГОСТ 15088, ISO 306, ASTM D1525) сходятся в описании основных параметров испытаний. При их проведении необходимо обращать внимание на используемую нагрузку и скорость нагрева.
Рассмотренные стандарты и их ключевые отличия — только часть возможных методик, используемых для определения показателей полимеров. В зависимости от конечного применения для конкретного материала и изделия формируется свой комплекс испытаний. Для корректных выводов при сравнении материалов между собой необходимо опираться на результаты испытаний, полученные в идентичных условиях. Различные аспекты тестирования и переработки полимерных материалов, а также другие темы рассматриваются на вебинарах на платформе «Бизнес-практики СИБУР», во время которых можно задать вопросы и предложить интересующие темы, касающиеся производства изделий из пластмасс.
Со всеми описанными и многими другими видами испытаний, методами переработки полимеров в изделия, а также новостями полимерной отрасли можно познакомиться в телеграм-канале ООО «СИБУР ПолиЛаб» t.me/siburpolylab.