DIN 53453 Badanie tworzyw sztucznych – próba zginania udarowego

Norma „DIN 53453 Badania tworzyw sztucznych - Badanie wytrzymałości na zginanie udarowe”, wydana przez Niemiecki Instytut Normalizacyjny (DIN), opisuje metodę oceny zachowania się próbek tworzyw sztucznych w określonych warunkach obciążenia zginającego udarowego.

Metoda ta określa udarność lub udarność z karbem tworzyw sztucznych poprzez pomiar energii pochłoniętej podczas nagłego zginania/pęknięcia. Wyniki są zazwyczaj podawane w kJ/m² (kilodżulach na metr kwadratowy).

Głównym celem niniejszej normy jest ocena reakcji tworzyw sztucznych (tworzyw termoplastycznych, termoutwardzalnych, mieszanek wypełnionych/niewypełnionych) na gwałtowne obciążenia udarowe przy zginaniu. Pozwala to określić takie właściwości, jak wytrzymałość, kruchość i odporność na nagłe wstrząsy. Właściwości te mają kluczowe znaczenie w zastosowaniach takich jak części samochodowe, dobra konsumpcyjne, opakowania i elementy inżynieryjne.

Metoda ta jest szczególnie użyteczna w następujących celach:

Porównanie różnych gatunków i receptur tworzyw sztucznych.
Kontrola jakości w produkcji materiałów.
Aby ocenić wpływ nacięć, temperatury, wypełniaczy, wzmocnień i starzenia na odporność na uderzenia.

Metoda ta wykorzystuje wahadłowe urządzenie do badań udarności (podobne do urządzeń Charpy'ego lub Izoda) do uderzania w poziomo podparty pręt testowy w konfiguracji zginania trójpunktowego. Ruchomy młot uderza w próbkę w określonym punkcie, powodując jej zgięcie i potencjalne pęknięcie.

Podstawowe cechy instalacji są następujące:

Próbka spoczywa płasko na dwóch podporach.
Uderzenie następuje od strony przeciwnej do podpór (uderzenie zginające).
Rejestrowana jest energia tracona przez wahadło podczas załamania (lub odkształcenia).
Można testować zarówno próbki z nacięciem, jak i bez nacięcia (wersje z nacięciem oceniają wrażliwość na nacięcie).

Przykładowe wymiary są następujące (typowe dla małych standardowych prętów):

Długość: około 80 mm.
Szerokość: 10 mm lub 15 mm.
Grubość: 4 mm.
Odległość między podporami: Zwykle 60-62 mm.
Opcjonalne nacięcie w kształcie litery V lub U do badania udarności z karbem.

Norma DIN 53453 to ważna, wczesna norma dotycząca badania tworzyw sztucznych, która z czasem została w dużej mierze zastąpiona normami zharmonizowanymi na szczeblu międzynarodowym:

ISO 179-1 Tworzywa sztuczne – Oznaczanie udarności metodą Charpy’ego – Część 1: Badanie udarności bez użycia przyrządów
ISO 179-2 Tworzywa sztuczne – Oznaczanie właściwości udarnościowych metodą Charpy’ego – Część 2: Badanie udarności z użyciem przyrządów
ISO 180 Tworzywa sztuczne – Oznaczanie udarności Izoda

Wiele kart charakterystyki materiałów i raportów z badań nadal odwołuje się do wartości normy DIN 53453, ale często proponowane są nowe specyfikacje. Tymczasem niektóre urządzenia obsługują zarówno normę DIN 53453, jak i nowsze metody badań.

Chociaż norma DIN 53453 nie jest już podstawową normą, nadal ma znaczenie w niektórych branżach oraz przy porównywaniu danych historycznych. Wiele wahadłowych maszyn do badań udarności nadal podaje zgodność z normą DIN 53453, a także z normami ISO 179 i ASTM D6110.

Wyniki gięcia udarowego według normy DIN 53453 są koncepcyjnie bardzo zbliżone do wartości uzyskanych w próbie Charpy'ego z karbem i bez karbu zgodnie z normą ISO 179 (uderzenie krawędziowe, gięcie 3-punktowe).

Krótko mówiąc, głównym celem normy DIN 53453 jest pomiar wytrzymałości tworzyw sztucznych na zginanie udarowe w kontrolowanych warunkach laboratoryjnych. Ta właściwość wskazuje, jak dobrze materiał wytrzymuje szybko działającą siłę zginającą bez pękania. Wyniki są istotne dla:

Porównanie różnych materiałów plastikowych.
Ocena wytrzymałości materiału.
Ocena niezawodności produktu w warunkach obciążeń udarowych.
Wspomaganie doboru materiałów do elementów konstrukcyjnych.

Branże takie jak motoryzacja, budownictwo, pakowanie i dobra konsumpcyjne opierają się na tego typu testach, aby zagwarantować trwałość i bezpieczeństwo.

Metoda badawcza zdefiniowana w normie DIN 53453 polega na uderzeniu młotem wahadłowym w próbkę z tworzywa sztucznego podpartą w dwóch punktach. Uderzenie następuje w środek próbki, powodując nagłe obciążenie zginające. Energia absorbowana przez próbkę podczas pęknięcia lub odkształcenia jest mierzona i wykorzystywana do obliczenia wytrzymałości na zginanie.

Podstawowe kroki są na ogół następujące:

Przygotowanie standaryzowanych próbek tworzyw sztucznych.
Próbkę podtrzymuje się poziomo na dwóch kowadłach.
Uderzenie w środek próbki przy użyciu skalibrowanego wahadła.
Rejestrowanie energii pochłoniętej podczas uderzenia.
Obliczanie wytrzymałości na zginanie udarowe na podstawie wymiarów próbki i pochłoniętej energii.

Próbki stosowane w normie DIN 53453 muszą spełniać określone wymagania wymiarowe, aby zapewnić powtarzalność wyników. Typowe cechy to:

Kształt pręta prostokątnego
Idealnie gładkie powierzchnie
Precyzyjna kontrola długości, szerokości i grubości.
Dokładne wymiary zależą od użytych materiałów i sprzętu badawczego. Przed badaniem zazwyczaj konieczne jest wstępne przygotowanie próbek (pod kątem temperatury i wilgotności).

Norma ta wymaga stosowania specjalistycznego sprzętu do badania odporności na uderzenia, obejmującego:

Urządzenie do badania udarności wahadłowej
Dwupunktowy element podtrzymujący
System pomiaru energii
Urządzenie do wyrównywania próbek

Urządzenie do badań wahadłowych musi zostać skalibrowane w celu zapewnienia dokładnego pomiaru energii uderzenia pochłoniętej przez próbkę.

Głównym wynikiem testu jest wytrzymałość na zginanie, zazwyczaj wyrażana w kJ/m² (kilodżulach na metr kwadratowy). Wartość tę oblicza się ze wzoru:

Energia pochłonięta podczas złamania.
Pole przekroju poprzecznego próbki

Wyższe wartości oznaczają większą odporność na pękanie przy zginaniu wywołane uderzeniem.

Norma DIN 53453 ma zastosowanie do wielu tworzyw sztucznych, w tym:

Tworzywa termoplastyczne
Tworzywa termoutwardzalne
Kompozyty z tworzyw sztucznych wzmocnionych
Polimery inżynieryjne

Typowe zastosowania obejmują:

Części wewnętrzne i zewnętrzne samochodów
Obudowy plastikowe
Elementy konstrukcyjne z tworzyw sztucznych
Produkty przemysłowe poddawane nagłym obciążeniom.

Norma DIN 53453 odgrywa kluczową rolę w spójnej ocenie odporności tworzyw sztucznych na zginanie udarowe. Zapewniając znormalizowaną metodę, umożliwia laboratoriom i producentom uzyskanie wiarygodnych i porównywalnych danych.

Wiele nowoczesnych laboratoriów stosuje obecnie normy międzynarodowe, takie jak ISO 179 lub ISO 180, dotyczące badań udarności, jednak norma DIN 53453 nadal ma swoje znaczenie, zwłaszcza w europejskiej dokumentacji technicznej, przy porównywaniu historycznych danych i starszych specyfikacji.

Podsumowując, norma DIN 53453 zapewnia ujednolicone podejście do określania wytrzymałości tworzyw sztucznych na zginanie udarowe, pomagając inżynierom zrozumieć, jak materiały zachowują się pod wpływem nagłych uderzeń zginających, a także wspierając lepszy dobór materiałów i projektowanie produktów.

Nasza organizacja, dysponująca kompetentną i doświadczoną kadrą, od wielu lat rozumie potrzeby swoich klientów, zapewniając im zaawansowane usługi testowe, których potrzebują, oraz wspierając ich we wdrażaniu, wdrażaniu i doskonaleniu systemów zarządzania. W tym zakresie świadczymy również usługi testowe zgodne z normą DIN 53453.