ISO 6603 Tworzywa sztuczne – Oznaczanie odporności na przebicie i uderzenie sztywnych tworzyw sztucznych

Norma „ISO 6603 Tworzywa sztuczne – Oznaczanie odporności sztywnych tworzyw sztucznych na przebicie i uderzenie”, opublikowana przez Międzynarodową Organizację Normalizacyjną (ISO), składa się z następujących podrozdziałów opublikowanych pod tym samym tytułem:

• Norma „ISO 6603-1 Część 1: Badanie udarności bez użycia narzędzi” opisuje metody określania odporności na przebicie i uderzenie sztywnych tworzyw sztucznych w postaci płaskich próbek do badań, takich jak krążki lub kwadratowe elementy, w określonych warunkach. Próbki mogą być formowane bezpośrednio, wycinane z arkuszy lub pobierane z gotowych produktów. Zdefiniowano różne typy próbek do badań i warunki badania.

Metody spadającej strzałki służą do badania zachowania się arkuszy lub form z tworzyw sztucznych pod wpływem uderzenia prostopadłego do płaszczyzny próbki. Normę tę można stosować, jeśli wystarczy scharakteryzować zachowanie się tworzyw sztucznych pod wpływem uderzenia, wykorzystując wartość progową energii zerwania na podstawie dużej liczby próbek. Jeśli do szczegółowej charakterystyki zachowania się pod wpływem uderzenia wymagany jest wykres siła-ugięcie lub siła-czas zarejestrowany przy nominalnie stałej prędkości uderzenia, stosuje się normę ISO 6603-2.

Niniejsze metody badawcze mają zastosowanie do próbek o grubości od 1 mm do 4 mm. W przypadku grubości poniżej 1 mm zaleca się stosowanie normy ISO 7765. Grubości powyżej 4 mm można badać, jeśli dostępny jest odpowiedni sprzęt, jednak badanie to wykracza poza zakres norm ISO 6603-1 i ISO 6603-2.

Metody te nadają się do następujących typów materiałów:

• Sztywne materiały termoplastyczne do formowania i wytłaczania, obejmujące wypełnione, niewypełnione i wzmocnione mieszanki i arkusze.
• Sztywne materiały termoutwardzalne do formowania i wytłaczania, w tym mieszanki wypełnione i wzmocnione, arkusze i laminaty.
• Kompozyty termoutwardzalne i termoplastyczne wzmacniane włóknami, zawierające wzmocnienia jednokierunkowe lub niejednokierunkowe (np. maty, tkaniny tkane, tkaniny rowingowe, przędze cięte, wzmocnienia kombinowane i hybrydowe, rowingi, włókna mielone oraz arkusze wykonane z materiałów wstępnie impregnowanych).

Metody te stosuje się również do wyrobów gotowych, laminatów oraz próbek formowanych lub obrabianych maszynowo z arkuszy wytłaczanych lub odlewanych.

Wyniki badań są porównywalne tylko wtedy, gdy warunki przygotowania próbki, jej wymiary i powierzchnia, a także warunki badania są takie same. W szczególności nie można porównywać wyników uzyskanych dla próbek o różnej grubości. Kompleksowa ocena odpowiedzi na naprężenia udarowe wymaga określenia w funkcji prędkości uderzenia i temperatury dla różnych parametrów materiału, takich jak krystaliczność i zawartość wilgoci.

Na podstawie tego badania nie można bezpośrednio przewidzieć zachowania się gotowych produktów pod wpływem uderzenia, ale można pobrać próbki gotowych produktów i poddać je badaniom przy użyciu tych metod.

Zasadniczo, odporność na uderzenia próbek testowych o odpowiedniej wielkości określa się poprzez uderzenie próbki nasmarowaną, obciążoną końcówką udarową, zrzucaną pionowo ze znanej wysokości. Próbka testowa jest uderzana w jej środek końcówką udarową prostopadłą do jej powierzchni. Dopuszcza się dwie metody regulacji energii w momencie uderzenia: zmianę masy przy stałej wysokości oraz zmianę wysokości przy stałej masie.

Procedura zmiennej wysokości jest zależna od prędkości, a w zależności od szybkości odkształcania materiału można zaobserwować różne wyniki. Przedstawiono dwie statystyczne metody testowania:

• Metoda A: Metoda drabinowa (indywidualna) (preferowana).
• Metoda B: Metoda grupowa (opcjonalna).
• Norma „ISO 6603-2 Część 2: Instrumentalne badanie udarności” opisuje metodę badania służącą do określania charakterystyk udarności sztywnych tworzyw sztucznych w postaci płaskich próbek, z wykorzystaniem przyrządów mierzących siłę i ugięcie. Metoda ta ma zastosowanie wszędzie tam, gdzie do szczegółowej charakterystyki zachowania się przy uderzeniu niezbędny jest wykres siła-ugięcie lub wykres siła-czas, zarejestrowany przy nominalnej stałej prędkości uderzenia.

Metoda badawcza jest ważna dla próbek o grubości od 1 mm do 4 mm. Metoda ta nadaje się do stosowania z następującymi rodzajami materiałów:

• Sztywne materiały termoplastyczne do formowania i wytłaczania, obejmujące wypełnione, niewypełnione i wzmocnione mieszanki i arkusze.
• Sztywne materiały termoutwardzalne do formowania i wytłaczania, w tym mieszanki wypełnione i wzmocnione, arkusze i laminaty.
• Kompozyty termoutwardzalne i termoplastyczne wzmacniane włóknami, zawierające wzmocnienia jednokierunkowe lub wielokierunkowe, maty, tkaniny tkane, włókna tkane, przędze cięte, wzmocnienia kombinowane i hybrydowe, włókna, włókna mielone oraz arkusze wykonane z materiałów wstępnie impregnowanych.

Metodę tę stosuje się również do formowanych lub przetworzonych próbek z gotowych produktów, laminatów oraz arkuszy wytłaczanych lub odlewanych.

Wyniki badań są porównywalne tylko wtedy, gdy warunki przygotowania próbki, wymiary, powierzchnie i warunki badania są takie same. W szczególności nie można porównywać wyników uzyskanych dla próbek o różnej grubości. Kompleksową ocenę reakcji na naprężenia udarowe można uzyskać, określając prędkość i temperaturę uderzenia w funkcji różnych parametrów materiału, takich jak krystaliczność i zawartość wilgoci.

Zachowania gotowych produktów w warunkach uderzenia nie można bezpośrednio przewidzieć na podstawie tego badania, ale można pobrać próbki gotowych produktów do badań tą metodą. Dane testowe uzyskane tą metodą nie są przeznaczone do wykorzystania w obliczeniach projektowych. Informacje o typowym zachowaniu materiału można jednak uzyskać, badając próbki przygotowane w różnych temperaturach i przy różnych prędkościach uderzenia, o różnej grubości i w różnych warunkach.

Celem niniejszej normy nie jest interpretacja mechanizmu występującego w każdym punkcie wykresu siła-odchylenie. Takie interpretacje są zadaniem badań naukowych.

Zasadniczo próbka badawcza jest przebijana przez środek za pomocą nasmarowanego wiertła udarowego, prostopadle do powierzchni próbki i z nominalnie równomierną prędkością. Otrzymany wykres siły odkształcenia lub siły od czasu jest rejestrowany elektronicznie. Próbka badawcza powinna (najlepiej) być utrzymywana w stałej pozycji podczas badania.

Wykres siła-ugięcie uzyskany w wyniku tych testów obrazuje zachowanie się próbki w czasie uderzenia, umożliwiając wyciągnięcie wniosków na temat różnych cech zachowania się materiału.

Normy ISO 6603 to uznawane na całym świecie normy mierzące odporność sztywnych tworzyw sztucznych na przebicie i rozdarcie przy dużej prędkości. Jest to rodzaj uszkodzeń uderzeniowych, których tradycyjne testy, takie jak Charpy czy Izod, nie są w stanie prawidłowo ocenić. Normy te są uważane za ważne z następujących powodów:

• Symuluje rzeczywiste tryby awarii: liczne plastikowe elementy ulegają przebiciu i pęknięciu (np. kamień uderzający w zderzak samochodu, narzędzie spadające na tackę akumulatora, kolano uderzające w wewnętrzny panel drzwi). Norma ta bezpośrednio odtwarza to wieloosiowe, szybkie przebicie.
• Niezbędne w przypadku podzespołów o znaczeniu krytycznym dla bezpieczeństwa: powszechnie wymagane w przemyśle motoryzacyjnym (bezpieczeństwo wnętrza, ochrona pieszych, ochrona akumulatorów pojazdów elektrycznych), kaskach, sprzęcie ochronnym i obudowach urządzeń medycznych, w których odporność na przebicie może zapobiec obrażeniom lub wyciekom.
• Rozróżnia zachowanie ciągliwe i kruche: wersja instrumentacyjna wyświetla kompletną krzywą siły i ugięcia, ujawniając, czy materiał pochłania energię po pierwszym pęknięciu (ciągliwy = bezpieczniejszy), czy też pęka natychmiast (kruchy).
• Umożliwia ona rzetelne porównywanie materiałów: wykorzystuje stałą geometrię udaru (półkulista końcówka o średnicy 20 mm), kompresję i prędkość (około 4,4 m/s), dzięki czemu wyniki dla PC, ABS, PP, PA, kompozytów i innych materiałów z dowolnego laboratorium na świecie mogą być bezpośrednio porównywane.
• Wymagane przede wszystkim przez specyfikacje producentów oryginalnego sprzętu: Producenci samochodów, marki dóbr konsumpcyjnych i organy regulacyjne często wymagają badania odporności na przebicie, jeśli konieczne jest udowodnienie skuteczności.
• Stanowi podstawę doboru materiałów i projektowania części: Projektanci wykorzystują te standardowe dane do wyboru twardszych gatunków, optymalizacji żebrowania/grubości lub przejścia z form kruchych na ciągliwe (np. poprzez dodanie modyfikatorów udarności).
• Łączy testy laboratoryjne z sytuacjami rzeczywistymi: zapewnia znacznie lepszą korelację między awariami w terenie a testami udarnościowymi z użyciem prętów z karbem, zwłaszcza w przypadku płaskich lub lekko zakrzywionych części (termoformowanych tacek, obudów, paneli).

Podsumowując, norma ISO 6603 jest jedną z najważniejszych norm charakteryzujących odporność sztywnych tworzyw sztucznych na uderzenia z dużą prędkością. Łącząc proste testy z użyciem ciężarka spadowego z zaawansowanymi testami instrumentalnymi, dostarcza inżynierom wiarygodnych i porównywalnych danych na temat odporności tworzyw sztucznych na przebicie i pochłaniania energii w warunkach symulujących rzeczywiste wypadki lub niewłaściwe użytkowanie.

Nasza organizacja, dysponująca kompetentną i doświadczoną kadrą, od wielu lat rozumie potrzeby klientów, oferując im zaawansowane usługi badawcze oraz wspierając ich we wdrażaniu, wdrażaniu i doskonaleniu systemów zarządzania. W tym zakresie świadczymy również usługi badawcze dla przedsiębiorstw zgodnie z normą „ISO 6603 Tworzywa sztuczne – Oznaczanie odporności na przebicie i udarność sztywnych tworzyw sztucznych”.