🔩 Właściwości przy rozciąganiu tworzyw sztucznych — moduł sprężystości wyznaczany między 0,05 % a 0,25 % odkształcenia

Materiały i NDT PN-EN ISO 527-1

Przegląd

Norma określa zasady ogólne oznaczania właściwości mechanicznych tworzyw sztucznych i kompozytów tworzywowych przy statycznym rozciąganiu, w zdefiniowanych warunkach. Zdefiniowano kilka rodzajów próbek do badań, dopasowanych do różnych rodzajów materiałów; szczegóły podają kolejne części serii ISO 527. Metody służą do badania zachowania próbek przy rozciąganiu oraz do wyznaczania wytrzymałości na rozciąganie, modułu sprężystości przy rozciąganiu i innych wielkości opisujących zależność naprężenie–odkształcenie.

Metody nadają się wybiórczo do: sztywnych i półsztywnych tworzyw termoplastycznych do wtryskiwania, wytłaczania i odlewania, w tym kompozycji napełnionych i wzmocnionych, a także arkuszy i folii z tych tworzyw; sztywnych i półsztywnych tworzyw termoutwardzalnych do formowania, w tym kompozycji napełnionych i wzmocnionych oraz arkuszy i laminatów; kompozytów termoutwardzalnych i termoplastycznych wzmocnionych włóknami jednokierunkowymi i niejednokierunkowymi, takimi jak maty, tkaniny, rowingi tkane, włókna cięte, wzmocnienia kombinowane i hybrydowe, rowingi i włókna mielone, a także arkuszy z materiałów preimpregnowanych (prepregów); oraz termotropowych polimerów ciekłokrystalicznych. Metody zwykle nie nadają się do sztywnych materiałów komórkowych, dla których stosuje się ISO 1926, ani do struktur przekładkowych zawierających materiały komórkowe.

Poszczególne części serii określają warunki szczegółowe: część 2 — dla tworzyw przeznaczonych do różnych technik formowania, część 3 — dla folii i płyt o grubości mniejszej niż 1 mm, część 4 — dla kompozytów izotropowych i ortotropowych wzmocnionych włóknem, część 5 — dla kompozytów wzmocnionych włóknami jednokierunkowo. Jeden test obejmuje zbadanie co najmniej pięciu próbek, a wynikiem końcowym oznaczanej właściwości jest ich wartość średnia. W wydaniu ISO 527-1:2019 usunięto niespójność dotyczącą dokładności wydłużenia stosowanego przy obliczaniu modułu: dla długości pomiarowej nie większej niż 50 mm dokładność ustalono na ±1 µm.

Zasada metody

Próbkę rozciąga się wzdłuż jej głównej osi podłużnej ze stałą prędkością badania, aż do zerwania próbki albo do chwili, gdy naprężenie (obciążenie) lub odkształcenie (wydłużenie) osiągnie z góry określoną wartość. W trakcie badania mierzy się siłę przenoszoną przez próbkę i jej wydłużenie. Naprężenie definiuje się jako siłę normalną odniesioną do pola początkowego przekroju w obrębie długości pomiarowej, gdzie przekrój jest iloczynem początkowej szerokości i grubości środkowej części próbki; dla odróżnienia od naprężenia rzeczywistego, odniesionego do przekroju bieżącego, bywa nazywane naprężeniem umownym. Prędkość badania to prędkość rozsuwania szczęk. Moduł sprężystości przy rozciąganiu to nachylenie krzywej naprężenie–odkształcenie w przedziale między odkształceniami 0,05 % i 0,25 %; można go obliczyć jako moduł cięciwy albo jako nachylenie prostej dopasowanej metodą najmniejszych kwadratów.

Zastosowania

• Odbiór i kontrola jakości tworzyw termoplastycznych i termoutwardzalnych
• Badanie folii, płyt, arkuszy i laminatów z tworzyw sztucznych
• Badanie kompozytów wzmocnionych włóknem szklanym, węglowym i aramidowym
• Porównywanie partii surowca i ocena wpływu napełniaczy i wzmocnień
• Dane wejściowe do obliczeń konstrukcyjnych i dokumentacji materiałowej

Kluczowe parametry

Norma

Numer normy

PN-EN ISO 527-1:2020-01

Tytuł (PL)

Tworzywa sztuczne — Oznaczanie właściwości mechanicznych przy statycznym rozciąganiu — Część 1: Zasady ogólne

Title (EN)

Plastics — Determination of tensile properties — Part 1: General principles

Procedura krok po kroku

1. Przygotowanie próbek

   Próbki formować do wybranych wymiarów albo obrabiać, wycinać lub wykrawać z wyrobów gotowych i półwyrobów: wyprasek, laminatów, folii oraz arkuszy wytłaczanych lub odlewanych. Rodzaje próbek i sposób ich przygotowania określają właściwe części serii ISO 527, dobrane do rodzaju materiału.

2. Pomiar wymiarów

   Zmierzyć szerokość b i grubość h w środkowej części próbki zgodnie z ISO 16012 i obliczyć przekrój początkowy A = b·h. Ustalić długość pomiarową L0 — odległość między znakami pomiarowymi na środkowej części próbki; wartości podane dla poszczególnych typów próbek są maksymalnymi długościami pomiarowymi.

3. Kondycjonowanie

   Kondycjonować próbki w atmosferze normalnej zgodnie z ISO 291; dla materiałów gumopodobnych stosuje się procedury przygotowania i kondycjonowania wg ISO 23529.

4. Warunki badania

   Badanie prowadzić w atmosferze badania zgodnej z ISO 291. Sprawdzić wzorcowanie układu pomiaru siły (ISO 7500-1) i ekstensometru (ISO 9513), a przy wyznaczaniu modułu spełnić wymagania wzorcowania z załącznika C normy.

5. Zamocowanie próbki i dobór prędkości

   Zamocować próbkę w szczękach osiowo, bez wstępnego naprężenia i bez poślizgu. Dobrać prędkość badania zgodnie z właściwą częścią serii i rodzajem wyznaczanej wielkości; do wyznaczania modułu stosuje się mniejsze prędkości niż do wyznaczania wytrzymałości.

6. Rozciąganie

   Rozciągać próbkę ze stałą prędkością wzdłuż osi podłużnej, aż do zerwania albo do osiągnięcia zadanej wartości naprężenia lub wydłużenia, rejestrując siłę i wydłużenie.

7. Obliczenia

   Obliczyć naprężenie jako iloraz siły i początkowego przekroju oraz odkształcenie odniesione do długości pomiarowej. Wyznaczyć moduł sprężystości z przedziału odkształceń od 0,05 % do 0,25 %, a także wytrzymałość na rozciąganie (naprężenie w pierwszym lokalnym maksimum), naprężenie i wydłużenie na granicy plastyczności oraz naprężenie i wydłużenie przy zerwaniu.

8. Wynik i sprawozdanie

   Zbadać co najmniej pięć próbek i podać wartość średnią; przedział ufności dla średniej szacować zgodnie z ISO 2602. W sprawozdaniu podać rodzaj i typ próbki, warunki kondycjonowania i badania, prędkość badania oraz wyznaczone wielkości.

Wymagany sprzęt i aparatura

Bezpieczeństwo i higiena pracy (BHP)

• Zerwanie próbki wyzwala energię sprężystą — osłona przestrzeni roboczej maszyny, okulary ochronne
• Odpryski przy zerwaniu kompozytów wzmocnionych włóknem — osłona, unikanie kontaktu z odłamkami włókien
• Wykrawanie i obróbka próbek — osłony narzędzi, odciąg pyłu z tworzyw i kompozytów
• Pył z kompozytów szklanych i węglowych drażni skórę i drogi oddechowe — rękawice, maska, odciąg
• Ruchome szczęki maszyny — nie sięgać między szczęki w trakcie badania

Najczęstsze pytania