EN ISO 6721 Пластмассы - Определение динамических и механических свойств

Стандарт «EN ISO 6721 Пластмассы — Определение динамических механических свойств», разработанный Международной организацией по стандартизации (ISO) и впоследствии опубликованный в качестве европейского стандарта в рамках усилий по гармонизации, состоит из следующих подразделов, опубликованных под тем же названием:

• Стандарт «EN ISO 6721-1 Часть 1: Общие принципы» описывает методы определения динамических механических свойств жестких пластмасс в области линейного вязкоупругого поведения. В этом стандарте приводятся определения и излагаются общие принципы, охватывающие все аспекты, общие для отдельных методов испытаний, описанных в последующих разделах.

Различные режимы деформации могут давать результаты, которые не поддаются прямому сравнению. Например, растягивающие колебания вызывают однородное напряжение по всей толщине образца, в то время как измерения при изгибе в основном зависят от свойств поверхностных областей образца.

Значения, полученные в результате испытаний на изгиб, сопоставимы со значениями, полученными в результате испытаний на растяжение, только при тех уровнях деформации, где зависимость напряжения от деформации является линейной, и для образцов с однородной структурой.

• Стандарт «EN ISO 6721-2 Часть 2: Метод кручения с помощью маятника» описывает два метода (A и B) определения линейных динамических механических свойств пластмасс, а именно составляющих модуля упругости при кручении и потерь, в зависимости от температуры для малых деформаций в диапазоне частот от 0,1 Гц до 10 Гц.

Температурная зависимость этих свойств, измеренная в достаточно широком диапазоне температур (например, от -50 до +150 градусов для большинства коммерчески доступных пластмасс), предоставляет информацию о переходных областях полимера (например, стеклование и плавление). Она также дает информацию о начале пластической текучести.

Описанные два метода неприменимы к асимметричным ламинатам (в этом отношении применяется стандарт EN ISO 6721-3). Методы не подходят для испытания резины. В этом отношении применяется стандарт ISO 4664-2.

• Стандарт «EN ISO 6721-3 Часть 3: Изгибные колебания — Метод резонансной кривой» описывает метод изгибных колебаний, основанный на резонансных кривых, для определения комплексного модуля изгиба однородных пластмасс и демпфирующих свойств ламинированных пластмасс, предназначенных для звукоизоляции (например, систем, состоящих из металлической пластины, покрытой демпфирующим пластиковым слоем, или сэндвич-систем, состоящих из двух слоев металлических пластин с промежуточным пластиковым слоем). Во многих случаях полезно определять эти свойства как функцию температуры и частоты.
• Стандарт «EN ISO 6721-4 Часть 4: Колебания при растяжении — нерезонансный метод» описывает вынужденный нерезонансный метод определения компонент комплексного модуля упругости полимеров при растяжении, как правило, на частотах от 0,01 Гц до 100 Гц. Измерения на более высоких частотах возможны, но при этом могут возникать значительные ошибки в измеренных динамических свойствах. Этот метод подходит для измерения динамических модулей упругости в диапазоне от 0,01 ГПа до 5 ГПа.

Хотя можно исследовать материалы с модулями, выходящими за пределы этого диапазона, цель состоит в использовании альтернативных режимов деформации для повышения точности.

Этот метод особенно подходит для измерения коэффициентов потерь и поэтому может быть легко использован для изучения изменения динамических свойств в зависимости от температуры и частоты на значительной части области релаксации стекло-резина. Наличие данных, полученных в широком диапазоне частот и температур, позволяет строить эталонные графики, отображающие динамические свойства в расширенном диапазоне частот при различных температурах, используя процедуры частотно-температурного сдвига.

• Стандарт «EN ISO 6721-5 Часть 5: Изгибные колебания — нерезонансный метод» описывает нерезонансный метод определения компонент комплексного модуля упругости при изгибе полимеров, основанный на изгибных колебаниях, как правило, на частотах от 0,01 Гц до 100 Гц. Измерения на более высоких частотах возможны, но при этом вероятны значительные ошибки в измеренных динамических свойствах. Этот метод подходит для измерения динамических модулей упругости в диапазоне от 10 МПа до 200 ГПа.

Хотя можно исследовать материалы с модулем упругости ниже 10 МПа, более точные измерения их динамико-механических свойств можно проводить с использованием режимов сдвиговой деформации.

Этот метод особенно подходит для измерения коэффициентов потерь более 0,02 и поэтому может быть удобно использован для изучения изменения динамических свойств в зависимости от температуры и частоты на значительной части области релаксации стекло-резина. Наличие данных, полученных в широком диапазоне частот и температур, позволяет получать сводные графики, отображающие динамические свойства в расширенном диапазоне частот при различных температурах с использованием процедур сдвига частоты/температуры.

• Стандарт «EN ISO 6721-6 Часть 6: Сдвиговые колебания — нерезонансный метод» описывает вынужденный нерезонансный метод определения компонент комплексного модуля сдвига полимеров, как правило, на частотах от 0,01 Гц до 100 Гц. Измерения на более высоких частотах возможны, но при этом высока вероятность значительных ошибок в измеренных динамических свойствах. Этот метод подходит для измерения динамических модулей упругости в диапазоне от 0,1 МПа до 50 МПа.

Хотя можно изучать материалы с модулем упругости более 50 МПа, более точные измерения динамических свойств сдвига можно получить, используя режим деформации при кручении.

Этот метод особенно подходит для измерения коэффициентов потерь более 0,02 и, следовательно, может быть удобно использован для изучения изменения динамических свойств в зависимости от температуры и частоты на значительной части области релаксации стекло-резина. Наличие данных, полученных в широком диапазоне частот и температур, позволяет получать эталонные графики, показывающие динамические свойства в расширенном диапазоне частот при различных температурах, используя процедуры сдвига частоты/температуры.

• Стандарт «EN ISO 6721-7 Часть 7: Крутильные колебания — Нерезонансный метод» описывает нерезонансный метод определения компонент комплексного модуля сдвига твердых полимеров в форме стержней или брусков на основе крутильных колебаний, как правило, на частотах от 0,001 Гц до 100 Гц. Возможны измерения на более высоких частотах, но при этом могут возникать значительные ошибки в измеренных динамических свойствах. Этот метод подходит для измерения динамических модулей упругости в диапазоне от приблизительно 10 МПа, типичных для твердых каучуков, до приблизительно 10 ГПа, что соответствует армированным волокнами пластикам. Хотя можно изучать материалы с модулями ниже 10 МПа, более точные измерения их динамических свойств могут быть достигнуты с помощью простых деформаций сдвига или кручения тонких слоев между параллельными пластинами.

Этот метод особенно подходит для измерения коэффициентов потерь более 0,02 и, следовательно, может быть удобно использован для изучения изменения динамических свойств в зависимости от температуры и частоты на значительной части области релаксации стекло-резина. Наличие данных, полученных в широком диапазоне частот и температур, позволяет строить эталонные графики, отображающие динамические свойства в расширенном диапазоне частот при различных температурах, используя процедуры частотно-температурного сдвига.

Хотя коэффициенты потерь ниже 0,1 можно определить точнее с помощью крутильного маятника, метод, описанный в этом стандарте, позволяет охватить гораздо более широкий и непрерывный диапазон частот.

• Стандарт «EN ISO 6721-8 Часть 8: Продольные и поперечные колебания — Метод распространения волн» описывает метод распространения ультразвуковых волн для определения составляющих продольного комплексного модуля упругости и сдвигового комплексного модуля упругости полимеров на дискретных частотах, обычно в диапазоне от 0,5 МГц до 5 МГц. Этот метод подходит для измерения материалов с модулями упругости в диапазоне от 0,01 ГПа до 200 ГПа и коэффициентами потерь ниже 0,1 на частоте приблизительно 1 МГц. В материалах с более высокими потерями возникают значительные ошибки измерения скорости из-за искажения формы волны, и эти ошибки могут быть уменьшены только с помощью процедур, выходящих за рамки данного стандарта.

Этот метод позволяет проводить измерения на небольших образцах, обычно размером 50 мм х 20 мм х 5 мм, или на небольших участках более крупных образцов или пластин. Таким образом, можно получить информацию об однородности или анизотропии модуля упругости в образце.

• Стандарт «EN ISO 6721-9 Часть 9: Растягивающие колебания — Метод распространения импульсов» описывает метод распространения импульсов для определения составляющей накопления комплексного модуля упругости полимеров на дискретных частотах, обычно в диапазоне от 3 кГц до 10 кГц. Этот метод подходит для измерения материалов с модулем упругости в диапазоне от 0,01 ГПа до 200 ГПа и коэффициентами потерь ниже 0,1 на частоте приблизительно 10 кГц. В материалах с более высокими потерями возникают значительные ошибки в измерении скорости из-за уменьшения амплитуды.

Этот метод позволяет проводить измерения на тонких пленках или тонких волокнах, а также на длинных образцах, обычно размером 300 мм x 5 мм x 0,1 мм в виде полос или 300 мм x 0,1 мм (диаметр) в виде волокон. Данный метод может быть непригоден для ячеистых пластиков, композитных пластиков и многослойных изделий.

• Стандарт «EN ISO 6721-10 Часть 10: Комплексная вязкость сдвига с использованием осциллирующего реометра с параллельными пластинами» описывает общие принципы метода определения динамических реологических свойств полимерных расплавов при угловых частотах, обычно варьирующихся от 0,01 рад·с⁻¹ до 100 рад·с⁻¹, с использованием осциллирующего реометра с геометрией параллельных пластин. Могут использоваться и угловые частоты за пределами этого диапазона. Этот метод используется для определения значений следующих динамических реологических свойств: комплексная вязкость сдвига, динамическая вязкость сдвига, противофазная составляющая комплексной вязкости сдвига, комплексный модуль сдвига, модуль потерь при сдвиге и модуль накопления при сдвиге. Он обычно подходит для измерения значений комплексной вязкости сдвига до приблизительно 10 МПа·с.

Однако в настоящее время этот стандарт не действует.

• Стандарт «EN ISO 6721-11 Часть 11: Температура стеклования» описывает использование методов динамического механического анализа в режиме температурного сканирования для определения температуры стеклования пластмасс. Он предлагает альтернативный метод дифференциальной сканирующей калориметрии для этого измерения.

Динамический механический анализ используется для определения изменения модуля упругости, модуля потерь и коэффициента потерь в зависимости от температуры и частоты. На основе этих данных определяется значение температуры стеклования. Многие имеющиеся в продаже приборы используют этот метод, и в принципе он может применяться ко всем режимам нагружения, описанным в стандарте ISO 6721-1.

Предложенные методы минимизируют ошибки, вызванные тепловой инерцией образца, которая варьируется в зависимости от используемой скорости нагрева, за счет предположения, что температура образца определяется измеренной температурой печи. Это исключает необходимость прямого измерения температуры образца, например, с помощью термопары, встроенной в образец.

• Стандарт «EN ISO 6721-12 Часть 12: Вибрационные колебания при сжатии — нерезонансный метод» описывает нерезонансный метод вибрационных колебаний при сжатии, обычно используемый для определения компонентов комплексного модуля сжатия полимеров на частотах от 0,01 Гц до 100 Гц. Этот метод применим для измерения динамических модулей упругости полужестких полимеров в диапазоне от 1 МПа до 1 ГПа.

Этот метод особенно подходит для измерения динамических модулей и коэффициентов потерь полужестких пластиков в форме прямоугольных призм, цилиндров или трубок и может быть легко использован для исследования изменения динамических свойств в зависимости от температуры и частоты в значительной части области релаксации стекло-резина.

На протяжении многих лет наша организация, располагающая компетентным и опытным персоналом, понимает потребности своих клиентов, предоставляет им необходимые передовые услуги по тестированию и помогает в создании, внедрении и совершенствовании систем управления. В рамках этой деятельности мы также предоставляем услуги по тестированию в соответствии со стандартом EN ISO 6721.