PP (Polypropüleeni) lehti kasutatakse laialdaselt autotööstuses, pakendimaterjalides, elektroonikaseadmetes ja muudes väljades, kuna nende kerge kaal, keemiline korrosioonikindlus ja lihtne töötlemine. Erinevatel rakendusstsenaariumidel on siiski olulised erinevused PP -lehtede mehaanilistes omadustes, eriti tõmbetugevuse põhinäitajaks. Selles artiklis analüüsitakse süstemaatiliselt PP-lehtede tõmbetugevuse võtmepunkte kolmest tasandist: rahvusvaheline standardsüsteem, testide kasutamise spetsifikatsioonid ja mitmemõõtmelised mõjutavad tegurid ning pakub tehnilist tuge materiaalse uurimise ja arendamise, kvaliteedikontrolli ja insenerirakenduste jaoks.
Milliseid rahvusvahelisi või riiklikke standardeid järgitakse PP -lehtede tõmbetugevuse testimiseks?
Plastist jõudluse testimise valdkonnas moodustavad ISO 527 seeria standardid põhilise testimisraamistiku. Standardsüsteem hõlmab peamiselt kolme komponenti: esimene osa (üldpõhimõte) reguleerib peamiselt tõmbetestide põhimõisteid, näiteks professionaalsete mõistete määratlus, näiteks saagikuse tugevus ja purunemise pikenemine, ning on ka nõuded valimi morfoloogiliseks klassifitseerimiseks, sealhulgas kahte tüüpi: tavaline hämmik struktuur ja rektanguline struktuur. Testimistingimuste seadistamise osas on keskendunud sellised peamised parameetrid nagu ümbritsev temperatuur, õhuniiskus ja tõmbekiirus, millele laboratoorium vajab. Eriti venituskiiruse klassifitseerimise seadistamiseks kasutatakse tavaliselt õhukeste kilematerjalide jaoks 1 mm\/min aeglast venitust, samas kui lehtlaadseid materjale võib kasutada kiirema kiiruse tuvastamiseks 50 mm\/min.
Proovide ettevalmistamise reeglite osas kirjeldab standard ISO 527-2 kahe proovi konkreetsed spetsiifilised spetsifikatsioonid. Võttes näitena 1BA\/1BB mudeli hantlitüübi proovis, seatakse kitsa osa laius 4 mm ja gabariidi pikkus fikseeritakse 50 mm. See disain on tõhusam materjalis kohalike defektide avastamiseks. Ristkülikukujulise proovi laius laiendatakse 10 mm -ni. Kuigi testiandmed on stabiilsemad, ei pruugi see täpselt kajastada materjali kohalikke jõudlusprobleeme. Spetsiaalsete materjalide, näiteks polüpropüleenilehtede standardi kolmandas osas, mille paksus pole rohkem kui 1 mm, soovitab standard valida erinevad kiirused vastavalt testi eesmärgile - pikaajaliste staatiliste koormuste tingimuste simuleerimiseks sobib aeglane kiirus 1 mm\/min ja kiire kiirus 50 mm\/min on tegelikule olukorrale suletud.
ASTM D638 standardil, mida Põhja -Ameerikas tavaliselt kasutatakse, on omadused valimi kujundamisel. Näiteks, kuigi I tüüpi ristkülikukujuliste proovide laiuse ja gabariidi parameetrid on samad kui ISO standardi oma, on kinnitusdetaili struktuur eriti optimeeritud, muutes tegeliku toimimise hõlpsamaks klammerdamise. Seevastu hantlite proovidel, mille laius on 4 mm ISO standardis, on nende väikese kontaktpinna tõttu sisemise defekti tuvastamiseks suurem tundlikkus. See omadus muudab selle laialdaselt kasutatavaks tehase kvaliteedikontrollis. Kahe standardsüsteemi testimiskiiruse klassifitseerimismeetodis on ka erinevusi ning konkreetsete materjalide kasutusstsenaariumide järgi on vaja valida ja kohandada.
Materjali jõudluse testimise läbiviimisel on sageli vaja testi kiirust eristada. Näiteks aeglane test (kiirus 5 mm minutis) on see lahendus sobivam sellistele materjalidele nagu inseneriplastik (näiteks auto armatuurlaua ümber plastiosad) ja seda kasutatakse peamiselt maksimaalse tugevuse väärtuse jälgimiseks, mida materjal ise suudab. Kiiretestide (seadistamist 500 mm minutis) kasutatakse rohkem tegelike kasutusstsenaariumide simuleerimiseks, näiteks mõjus olukorrad, millega elektrooniliste toodete pakendifilmid võivad transpordi ajal kokku puutuda. Sel juhul suudavad saadud andmed paremini kajastada tegelikku kasutamise olekut.
Testistandardite valimise osas on Hiinas peamine viide standarddokumendi GB\/T 1 0 40.2. Selles määratletud proovi paksuse vahemik võib olla vahemikus 0,1 mm kuni 14 mm, mis hõlmab põhimõtteliselt kõiki PP -lehtede spetsifikatsioone, mis on toodetud süstimisvormimisel või ekstrusiooniprotsessidel. Eriti oluline on märkida, et standardid nõuavad selgelt, et võrdlevate testide läbiviimisel tuleb keskkonnatingimusi kontrollida temperatuuril 23 kraadi ja õhuniiskus ei tohi ületada 2 kraadi ja niiskust tuleb hoida vahemikus 50%± 5%ja proovid tuleb vähemalt 40 tundi võrrelda - need on peamiselt töötavad.
ELi standard (DIN EN ISO 527) rõhutab mõõtmise täpsust, näiteks tuleb mõõturi kauguse viga juhtida pluss või miinus 0 vahemikus. 2 mm. Selle põhjuseks on peamiselt seetõttu, et kui gabariidi kaugus ületab 1%, võib lõplike arvutatud intensiivsuse andmete viga olla umbes 0. 5%kuni 1%. Meditsiinivaldkonnas kasutatavate PP -materjalide puhul on vaja täiendavat bioohutuse testimist, nagu on täpsustatud ISO 10993, milleks on kinnitada, et sadestatud ained pärast materjali leotamist ei mõjuta selle tõmbejõudlust.
Tööstuse sisestandardil qb\/t 2471-2000 on väljapressitud PP -lehtede erinõuded. Näiteks vajavad puhtad PP -materjalid tõmbetugevust vähemalt 28 megapaad ja pikenemine pausil ei saa olla väiksem kui 150%. Kui lisatakse modifitseeritud materjal, millel on 30% -line talupulber, kuigi tõmbetugevust saab suurendada enam kui 40 MPa -ni, leevendatakse pikenemisstandard 50% -ni - see seade on tegelikult leida tasakaalupunkt materjali jäikuse ja sitkuse vahel.
Testiplaani valimisel pöörake erilist tähelepanu standardite erinevustele. Näiteks valimi kuju osas on ISO standardi abil kasutatud hantli tüüpi proov (4 mm laiune keskmine kitsas osas) materjali kohalikud defektid, mis sobivad rohkem valemite valimiseks R&D etapis. ASTM -i standardis kasutatavatel ristkülikukujulistel proovidel (10 mm) on masstootmise kontrollimisel parem stabiilsus. Testimiskiiruse valimine tuleks ühendada ka tegelike rakenduse stsenaariumidega. Näiteks sobivad autotööstuse osad ISO 527 aeglaste testide kasutamiseks pikaajalise stressi jõudluse hindamiseks. Kui see on aga elektrooniliste toodete pakendimaterjal, tuleks transpordišokkide simuleerimiseks kasutada ASTM -i kiireid teste.
Millised on PP -lehtede tõmbekontrolli ettevaatusabinõud?
Proovi ettevalmistamise ja töötlemise kohta
Pöörake erilist tähelepanu operatsioonimeetodile proovi ettevalmistamise etapis. Näiteks võib mehaaniline lõikamine põhjustada stressi kontsentratsiooni materjali servas, see tähendab, et serva on lihtne purustada. Sel ajal on soovitatav kasutada laserlõikamist, nii et soojust mõjutatud ala saab põhimõtteliselt juhtida 0. 1 mm. Väljapressitud lehtede jaoks tuleb proovid lõigata vastavalt materjali voolu ja vertikaalse suuna suunas. Näiteks on tõmbetugevus masina suunas tavaliselt 15–20% kõrgem kui põiksuunas.
Keskkonnakontrolli osas tuleb kontrollida temperatuuri ja niiskustingimusi. Eriti oluline on märkida, et eeltöötluse temperatuur tuleb säilitada vahemikus 23 kraadi Celsiuse pluss või miinus 1 kraadi, et vältida temperatuuri kõikumiste tõttu materjali kristallilisuse muutusi. PP -materjalide jaoks, mis sisaldavad selliseid koostisosi nagu PE vaha, tuleb need tasakaalus umbes kaheks päevaks kuivatisse paigutada. Selle eesmärk on vältida niiskuse imendumise põhjustamist molekulaarstruktuuri lõppu.
Testiseadmete kalibreerimise põhipunktid
Tüve mõõtmiseks kasutatava ekstensomeetri täpsustase tuleks valida vastavalt olukorrale. Kui gabariidi pikkus ületab 25 mm, tuleks kasutada ülitäpset mudelit, mille tõrge pole rohkem kui 0. 5%. Kui soovite teha madala temperatuuriga testi miinus 40 kraadi, peate kinnitusdetailide jahutamiseks kasutama vedelat lämmastikku, vastasel juhul langeb roostevabast terasest osade tugevus madalatel temperatuuridel umbes 40%.
Koormussensorite valik on samuti eriline. Paksude lehtedega tegelemisel peaksite valima anduri, mille vahemik on 20 kN, ja täpsusviga tuleks kontrollida tuhande piires. Kui mõõdate õhukesi kilematerjale, oleks sobivam vahetada 5 kN vahemikku, mis võib vältida anduri ülekoormuse põhjustatud mõõtmishälbeid. Näiteks kui ülekoormus on 10%, võib viga ulatuda kahe protsendipunkti.
Võtmekontroll testi ajal
Kinnitusmeetod mõjutab otseselt eksperimentaalseid tulemusi. Kinnitusrõhku 5–10 MPa rakendamiseks on soovitatav kasutada hüdraulilist kiiluklambrit, nii et proovi libisemise tõenäosust saab vähendada 15% -lt vähem kui 3% -ni. Kinnituspikkus peaks olema üle 50 mm. Kui kinnitub ainult 30 mm, on lõpp purustamisele altid, mille tulemuseks on murdumisriski suurenemine veerand.
Pöörake tähelepanu andmete anomaalia töötlemise tuvastamisele. Kui materjal puruneb enne saamist, võivad selle põhjustada proovi puudused või liigsed klambrid. Sellised andmed tuleks loobuda. Iga katsekomplekt peab saama vähemalt viis kehtivat andmepunkti ja arvutatud variatsioonikordaja ei tohi ületada 5%, et näidata, et tulemused on usaldusväärsed.
Millised on PP -lehtede tõmbetugevust mõjutavad tegurid?
Materjali enda omadused
· Molekulaarne kompositsioon
Näiteks selliste materjalide nagu homopolümeeri polüpropüleeni (HPP) puhul võib kristallilisus ulatuda tavaliselt vahemikku 50%-60%ja vastav tõmbetugevus on tavaliselt umbes 25-35 MPA. Kummist faasi hajutatud struktuuri tõttu kopolümeer polüpropüleeni (CPP) sees, ehkki löögikindlust saab suurendada 50% või isegi kahekordistuda, väheneb tõmbetugevus MPA -ni 20-30.
· Kristallilisuse aste mõju
Lühidalt, seda kõrgem on kristallilisus, seda suurem on tõmbetugevus. Näiteks saab iga kristallilisuse suurenemise korral tugevust suurendada umbes 3-5 MPA võrra. Pöörake erilist tähelepanu kristallvormide erinevuste mõjule. Näiteks võib -kristaalse polüpropüleeni tugevus võib olla umbes 15% kõrgem kui -kristalli polüpropüleenil, mis on peamiselt tingitud kristallide paksemast lamellstruktuurist. Kristallimisefekti parandamiseks on levinud meetod tuumavahendite lisamine. Näiteks võib NA -11 tuumavahend kiirendada kristalliseerumiskiirust umbes kolm korda ja suurendada tõmbetugevust 8%-12%.
Materiaalse muundamise tehnilised vahendid
· Täiteaine tugevdusmeetod
Levinum on klaaskiudude täitmine. Kui lisakogus ulatub 30%-ni, võib materjali tugevus tõusta 60-80 MPA -ni. Siin peaksime tähelepanu pöörama kiu korraldusele. Näiteks kui klaaskiudude paigutussuund ulatub enam kui 80%-ni, on mõju parim. Kui see on alla 60%, võib tugevuse paranemine olla alla poole. Teine meetod on kasutada nano-kaltsiumkarbonaati. Kui see täiteaine lisatakse 5%, saab tõmbetugevust suurendada umbes 10%. Kui seda lisatakse liiga palju, rohkem kui 10%, siis see aglomeerib, eriti kui osakesed on liiga suured. Kui see ületab 200 nanomeetrit, on lihtne põhjustada stressi kontsentratsiooni probleeme.
· Tugeva ravi tasakaal
Kui selliste karastavate ainete, näiteks EPDM -kummist lisatakse 20%-ni, ehkki tõmbetugevus langeb 18-22 mpA -ni, paraneb materjali elastsus oluliselt ja purunemise pikenemist saab suurendada algsele 10%-lt 300%-ni. See modifitseeritud materjal sobib eriti pakkimismaterjalide jaoks, mis tuleb korduvalt painutada, näiteks joogipudeli korgi tihendi tihend, mis on rakenduse stsenaarium, mis nõuab nii sitkust kui ka deformatsioonikindlust.
· Poe elastomeer: see materjal võib suurendada sälguga löögitugevust 4 kJ\/m2 -lt 18 kJ\/m2, säilitades samal ajal tugevuse 25 MPa. Näiteks sobivad selle materjali jaoks sobivamad osad, näiteks autode kaitserauad, mis vajavad suurt ohutust.
Töötlemisparameetrid
· Ekstrusiooniprotsess
· Sulatemperatuur: näiteks kui temperatuuri kontrollitakse kiirusel 200–210 kraadi, on materjali tõmbetugevus parim, kuid kui temperatuur tõuseb üle 230 kraadi, on materjali sisemine struktuur lihtne lagundada ja temperatuuri tugevus langeb umbes 15%.
· Jahutuskiirus: näiteks on toote tõmbetugevus 5–8% kõrgem, kui seda töödeldakse veejahutamisel 5 kraadi juures kui siis, kui seda töödeldakse õhu jahutamisega 25 kraadi juures. Seda peamiselt seetõttu, et materjal kristalliseerub täpsemalt, kui jahutus on kiire, näiteks kristallide osakeste suurust saab vähendada 50 mikronilt 20 mikronile.
· Süstimisvormimisprotsess
· Hold rõhk: kui rõhk tõuseb 5 0 MPa -lt 1 0 0 MPa, suureneb materjali tihedus 0,90 -lt 0,92 grammilt kuupsentimeetri kohta. Sel ajal võib tõmbetugevus suureneda 8–12% -ni. Seda peamiselt seetõttu, et kõrge rõhk võib vähendada materjali sees olevaid tühimikku.
· Hallituse temperatuur: näiteks kasutades madala temperatuuriga vormi 40 kraadi juures, kuigi materjali saab kiiresti kristalliseerida ja tugevust suureneb 5%, on pind voolujälgedele kalduv; Kui kasutatakse kõrge temperatuuriga hallitust 80 kraadi juures, ehkki pind on sujuvam, väheneb tugevus umbes 3%.
Keskkond ja kasutamistingimused
· Temperatuuri efekt
· Madala temperatuuriga omavahel: -20 kraadi korral langeb modifitseerimata PP -materjali tugevus 15 MPa, mis on pool sellest toatemperatuuril. Sel ajal muutub materjal eriti rabedaks, näiteks löögitugevus langeb otseselt 80%.
· Kõrge temperatuuri pehmendamine: kui temperatuur tõuseb 80 kraadi, langeb materjali tugevus 18 MPa, kuid pikenemise võib kahekordistada, mis tähendab, et materjal on läbi teinud termilise pehmenemise. Sel ajal on vaja toimivust parandada, segades muid materjale.
Tavalise kiiruse mehaanilistes katsetingimustes (laadimiskiirust kontrollitakse umbes 1 mm minutis), on mõõdetud voolavuse tugevuse väärtus umbes vahemikus 28 MPa. Seda väärtust võib tegelikult pidada materjali enda iseloomulikuks tugevuseks. Kui eksperimentaalseid tingimusi reguleeritakse kiire löögirežiimiga (näiteks suurendatakse laadimiskiirust 500 mm-ni minutis), paraneb materjali voolavus tugevus märkimisväärselt, ulatudes umbes 35 MPa. See muutus on peamiselt tingitud materjali tüve kõveneva nähtusest kiire deformatsiooni ajal. Siiski tuleb märkida, et sel juhul väheneb materjali purunemise pikenemine järsult algsest 300% -lisest tasemest umbes 50% -ni. Sel ajal võib osutuda vajalikuks reguleerida materjali valemit, näiteks kasutada parema löögikindlusega kopolümeeri polüpropüleenimaterjale.
Keemilise takistuse osas langeb näiteks pärast 5% -lise naatriumhüdroksiidi vedelikku kolmeks päevaks sukeldumist materjali tõmbetugevuse indeks märkimisväärselt umbes 4 0%. Selle olukorra peamine põhjus on seotud materjali molekulaarse ahela hüdrolüüsireaktsiooniga aluselises keskkonnas. Kopolümeeri polüpropüleenimaterjalide asendamist või materjali pinna kaitseks on võimalik kaaluda. Ultraviolettvanustamise mõju uurimisel (näiteks pidev kiiritamine UVB valgusallikaga 1000 tundi) langeb materjali tugevuse indeks umbes veerandi võrra. Selle probleemi lahendamiseks, näiteks kui HALS-i tüüpi valgust stabiliseeritud materjal, mille kontsentratsioon on 0,5%, saab tugevuse kadu tõhusalt kontrollida 10% piires.
