Приложение В (обязательное). Метод определения температуры изгиба под нагрузкой

Приложение В
(обязательное)

Метод определения температуры изгиба под нагрузкой

B.1 Область применения

Настоящий метод испытания распространяется на многослойные реактопласты (далее - ламинаты), а также другие пластмассы, армированные волокном длиной не менее 7,5 мм, и устанавливает метод определения температуры изгиба под нагрузкой.

B.2 Сущность метода

Образец подвергается трехточечному изгибу под действием постоянной нагрузки со стороны главной плоскости образца (предпочтительно) или со стороны боковой плоскости для получения напряжения при изгибе. Температуру повышают с равномерной скоростью, а значение температуры, при которой возникает стандартный прогиб, соответствующий установленному увеличению напряжения при изгибе, измеряют.

B.3 Оборудование

В.3.1 Устройство для создания напряжения при изгибе

Устройство для создания напряжения при изгибе (далее - устройство) должно быть сконструировано в соответствии с рисунком В.1. Устройство состоит из жесткой металлической рамы, в которой может свободно перемещаться стержень в вертикальном направлении, в основание которой устанавливаются в горизонтальном положении металлические опоры полуцилиндрической формы.

Материал опор и вертикальных элементов рамы должен иметь такой же коэффициент теплового линейного расширения, что и стержень.

Примечание - Если вертикальные элементы прибора не имеют одинакового коэффициента теплового линейного расширения, то разность в изменении длины этих элементов приводит к погрешности измерения кажущегося прогиба образца. В этом случае необходимо провести контрольное испытание, в качестве образца используя контрольный образец, изготовленный из инвара или боросиликатного стекла. Толщина контрольного образца должна быть равна толщине образца из полимерного композита. Диапазон температур испытания контрольного образца должен соответствовать диапазону температур испытания образца из полимерного композита. Должен быть определен поправочный коэффициент, размерность которого выражается в миллиметрах. Если поправочный коэффициент превышает 0,01 мм, его значение необходимо учитывать в результатах испытания, прибавляя к значению кажущегося прогиба образца.

Стержень должен быть оснащен подставкой для помещения грузов и нагружающим наконечником.

Радиус закругления нагружающего наконечника и опор должен составлять (3,00,2) мм. Ширина контактной поверхности нагружающего наконечника и опор должна быть не меньше ширины образца.

Расстояние между опорами должно быть регулируемым и изменяться в зависимости от значения пролета. Пролет L, мм, определяется по формуле:

,

(В.1)

где h - толщина образца, мм.

Примечание - В случае использования устройства с фиксированным пролетом между опорами 100 мм, толщину образца следует сократить путем механической обработки до значения не более 3 мм.

"Рисунок В.1 - Прибор для определения температуры изгиба под нагрузкой (показано для испытания со стороны главной плоскости образца)"

Вертикальное усилие, приложенное к образцу посредством наконечника, должно приходиться на середину расстояния между опорами. Линии соприкосновения опор с образцом должны быть параллельны плоскости наконечника и находиться под прямым углом к длине образца, размещенного симметрично поперек этих линий.

В.3.2 Нагревательное оборудование

В комплект нагревательного оборудования должны входить нагревательная ванна, наполненная теплопередающей жидкостью, мешалка, блок управления.

Уровень теплопередающей жидкости в нагревательной ванне должен быть выше верхней плоскости образца не менее чем на 50 мм.

Теплопередающая жидкость должна быть стабильна в диапазоне изменения температуры испытания и не должна вызывать набухание или растрескивание образца.

В качестве теплопередающей жидкости рекомендуется использовать парафин, трансформаторное масло, глицерин или силиконовое масло. Допускается применение других жидкостей.

Блок управления должен обеспечивать увеличение температуры с равномерной скоростью (12010)°С/ч.

Скорость нагревания необходимо периодически проверять:

- либо путем проверки автоматического показания температуры;

- либо вручную проверять показания температуры каждые 6 мин.

Требования к скорости нагревания должны считаться удовлетворенными, если через каждые 6 мин в процессе испытания изменение температуры составит (121)°С.

Разность температур жидкости в нагревательной ванне между температурой у середины и у концов образца не должна превышать 1°С.

Примечание - В конструкции нагревательного оборудования следует предусмотреть автоматическое прекращение нагревания по достижении значения стандартного прогиба.

В.3.3 Грузы

Для нагружения образца до требуемого напряжения при изгибе, рассчитанного в соответствии с В.5.1, необходимо иметь набор разновесов.

Примечание - Может потребоваться набор разновесов, отличающихся по массе на 1 г.

B.3.4 Средство для измерения температуры

Средство измерения температуры должно иметь точность измерения не хуже 0,5°С.

Средство измерения температуры должно быть откалибровано на глубине погружения для конкретного используемого прибора. Датчик температуры средства измерения температуры должен располагаться на расстоянии (2,00,5) мм от середины образца.

Примечание - Рекомендуется оснастить нагревательную ванну отдельным средством измерения температуры в каждом испытательном отсеке, если их несколько.

B.3.5 Прибор для измерения прогиба

Для измерения прогиба рекомендуется использовать микрометр с круговой шкалой, который должен иметь точность измерения 0,01 мм. Измерение прогиба проводить в середине образца между опорами.

Для измерения прогиба допускается использовать другие средства измерения, отвечающие требованиям точности.

Примечание - В приборах определенного типа усилие , прилагаемое пружиной прибора с круговой шкалой, действует вверх и поэтому уменьшает усилие, направленное вниз, оказываемое нагруженным стержнем, тогда как в приборах других типов усилие действует вниз и увеличивает приложенное усилие, оказываемое нагруженным стержнем. В таких случаях необходимо определить величину и направление , чтобы иметь возможность компенсировать его (см. Б.5.1). Поскольку в определенных приборах с круговой шкалой значительно изменяется в диапазоне измерения прибора, его необходимо измерять в той части диапазона, в которой будет использоваться прибор.

В.4 Подготовка к проведению испытания

В.4.1 Общие требования

B.4.1.1 Поверхности образцов должны быть ровными и гладкими, смежные поверхности образца должны быть взаимно перпендикулярны. На поверхностях образцов не допускается наличие царапин, вмятин, следов травления и заусенцев.

Все плоскости резания должны быть гладкими, следы механической обработки направлены вдоль образца.

B.4.1.2 Требования внешнего вида должны проверяться путем визуального контроля, требования к прямизне, прямоугольности и плоскостности - при помощи микрометрического штангенциркуля.

B.4.1.3 Образцы, не отвечающие требованиям В.4.1.1, должны браковаться или подвергаться механической обработке до получения соответствующего размера и формы перед испытанием.

B.4.1.4 При использовании образцов, полученных литьем, допускается наличие вмятин, угла литейного уклона от 1° до 2° для облегчения распалубки, а также перепад в толщине не более 0,1 мм, который образуется при охлаждении образца из-за разности температур в центре образца и по краям, поэтому образцы могут перекашиваться при нагревании и изгибаться без нагрузки. В связи с этим необходимо использовать удвоенное количество образцов, полученных литьем, и прикладывать нагрузку к двум образцам с противоположных сторон.

В.4.2 Форма и размеры образцов

Образец изготавливают в форме прямоугольного параллелепипеда, размеры которого должны соответствовать таблице В.1.

B.4.3 Количество образцов

Испытывают не менее двух образцов. Чтобы компенсировать влияние искривления, образцы необходимо испытывать, располагая их взаимно противоположными плоскостями по отношению к нагружающему наконечнику. Если необходимо провести повторные испытания, то для каждого повторного испытания потребуется два дополнительных образца.

B.4.4 Подготовка образцов

Образцы должны изготавливаться в соответствии с нормативно-технической документацией на полимерный композит. При отсутствии таких указаний образцы должны изготавливаться прессованием в соответствии с ГОСТ 12015, литьем под давлением - ГОСТ 12019, механической обработкой - ГОСТ 26277.

При использовании образцов, полученных литьем под давлением, ширина образца должна быть перпендикулярна направлению формующего усилия.

В случае изготовления образцов из ламината, толщиной более 7 мм, механической обработке подвергают одну из сторон образца, пока толщина образца не будет уменьшена до заданного размера. Если стороны образца неодинаковы, в протоколе испытания необходимо отметить сторону, которая подвергалась механической обработке.

Примечание - Большинство армированных реактопластов анизотропно и, как следствие, неоднородно по толщине, поэтому после механической обработки могут измениться их свойства.

Таблица В.1 - Размеры образца

Наименование параметра	Значение параметра
Длина, l, мм	(10 + L)
Ширина, b, мм	от 9,8 до 12,8
Толщина, h, мм	от 2,0 до 7,0
Примечание - Значение ширины и толщины не должно отклоняться более чем на 2% от среднего значения.

В.4.5 Отжиг

Чтобы свести к минимуму расхождения в результатах испытания, вызванные различными условиями формования, образцы должны подвергаться отжигу перед испытанием. Процедура отжига должна устанавливаться в нормативно-технической документации на материал.

В.4.6 Кондиционирование

Кондиционирование образцов должно проводиться в соответствии с требованиями нормативно-технической документации на материал. В случае отсутствия указаний, образцы кондиционируются при одной из стандартных атмосфер по ГОСТ 12423.

В.5 Проведение испытания

В.5.1 Расчет прилагаемой нагрузки

В.5.1.1 Измерить толщину и ширину образца с точностью до 0,1 мм. Установить пролет между опорами в соответствии с формулой (В.1). Измерить пролет с точностью до 0,5 мм.

В.5.1.2 При трехточечном изгибе прилагаемая к образцу нагрузка со стороны главной плоскости F, Н, определяется по формуле:

.

(В.2)

Прилагаемая к образцу нагрузка со стороны боковой плоскости F, Н, определяется по формуле:

.

(В.3)

Прилагаемая нагрузка должна создавать напряжение при изгибе, равное 1/1000 модуля упругости при изгибе при нормальной температуре, определяемого по ГОСТ 4648 или ГОСТ 25.604.

Допускается определять прилагаемую нагрузку как нагрузку, требуемую для создания начального прогиба, эквивалентного увеличению деформации изгиба, равному 0,1% изгиба в образце. В этом случае не требуется определять модуль упругости при изгибе. Начальный прогиб должен быть измерен с точностью до 2,5%.

В.5.1.3 При расчете нагрузки необходимо учитывать массу стержня, а также усилие, прилагаемое пружиной прибора с круговой шкалой (см. В.3.5).

В.5.1.4 Масса груза , кг, которая необходима для нагружения образца до требуемого напряжения при изгибе, определяется по формуле:

,

(В.4)

где - усилие, прилагаемое пружиной прибора с круговой шкалой, Н;

- масса стержня, кг.

Значение усилия имеет положительный знак, если противодействие пружины направлено в сторону образца (т.е. вниз), и отрицательный, если противодействие пружины направлено в противоположном направлении (т.е. против опускания стержня), или равно нулю, если пружинный инструмент вообще не используется.

Значение фактической прилагаемой нагрузки должно быть равно (F2,5%).

Примечание - Все равенства, касающиеся свойств при изгибе, верны только для линейной зависимости деформации от напряжения; таким образом, для большинства пластмасс эти равенства точны только при незначительном прогибе. Данные равенства могут, однако, применяться в целях сравнения.

B.5.2 Начальная температура оборудования для нагрева

Перед началом каждого испытания температура нагревательного оборудования (В.3.2) должна быть не более 27°С.

B.5.3 Измерение

Установить образец на опоры главной плоскостью. Поместить устройство для создания напряжения при изгибе в нагревательную ванну, как показано на рисунке В.1. Приложить нагрузку, рассчитанную по В.5.1, чтобы получить напряжение при изгибе образца. Через пять минут после первоначального приложения нагрузки записать показание микрометра (В.3.5) или установить его на 0.

Примечание - Пятиминутный интервал необходим для того, чтобы частично компенсировать ползучесть, проявляемую некоторыми материалами при комнатной температуре под воздействием напряжения при изгибе. Ползучесть, которая возникает в этом интервале, составляет значительную долю ползучести, возникающей в первые 30 мин. Допускается не выдерживать образец в течение 5 мин под нагрузкой при испытании материалов, не проявляющих заметной ползучести в течение первых 5 мин при исходной температуре испытания.

Поднять температуру в ванне с равномерной скоростью (12010)°С/ч. Записать температуру, при которой начальный прогиб образца увеличился на значение стандартного прогиба [см. формулы (В.5) и (В.6)]. Эта температура является температурой изгиба под нагрузкой.

Стандартный прогиб , мм, со стороны главной плоскости образца определяют по формуле:

.

(В.5)

Стандартный прогиб , мм, со стороны боковой плоскости образца определяют по формуле:

.

(В.6)

Значение увеличения деформации изгиба принимают равным 0,2%.

Примечание - При интерпретации результатов испытания допускается пользоваться зависимостью, если она известна, величины прогиба образца от его температуры. Таким образом, рекомендуется, чтобы, там, где возможно, прогиб образца измерялся непрерывно во время ожидания и во время нагревания. Испытание следует выполнять не менее чем на двух образцах. Каждый образец должен использоваться только один раз. Чтобы компенсировать эффекты асимметрии, например искривление образца, образцы необходимо измерять попарно и располагать противоположными сторонами к нагружающему наконечнику.

В.6 Обработка результатов

Температуру изгиба под нагрузкой выражают как среднее арифметическое температур изгиба под нагрузкой образцов. Выражают результаты испытания с точностью до одного градуса Цельсия.

В.7 Протокол испытания

Протокол испытания должен включать следующую информацию:

а) ссылку на настоящий стандарт;

б) все сведения, необходимые для идентификации испытуемого материала;

в) метод подготовки образцов;

г) теплопередающую жидкость, используемую в нагревательной ванне;

д) использованные методы кондиционирования и отжига, если применялись;

е) температуру изгиба под нагрузкой в градусах Цельсия (если отдельные результаты двух измерений при различных направлениях нагружения отличаются более чем на заданное предельное значение, все отдельные результаты должны заноситься в протокол испытаний по отдельности для каждого из двух направлений);

ж) размеры использованных образцов;

и) использованное напряжение при изгибе, указывающее дополнительно, был ли использован:

- модуль упругости при изгибе (при нормальной температуре);

или

- начальный прогиб, соответствующий разности деформаций изгиба 0,1%;

к) использованный пролет;

л) необычное поведение образца, отмеченное во время испытания или после извлечения из прибора;

м) механически обработанную грань, если было необходимо уменьшить толщину образца путем механической обработки.