Od lat 50tych ubiegłego wieku tworzywa sztuczne znajdują coraz szersze zastosowanie aplikacyjne. Są wszechobecne w naszym życiu. Tworzywa sztuczne używane są w produkcji: materiałów do pakowania czy udoskonalonych materiałów włókienniczych. Stosowane są również jako elementy narzędzi skrawających. Tworzywa sztuczne, ze względu na unikalne właściwości wynikające z procesu technologicznego zapewniającego uzyskanie specyficznych wymagań funkcjonalnych, są najczęściej wykorzystywanym w praktyce materiałem na świecie. Obecność tworzyw sztucznych oraz kompozytów w przemyśle samochodowym, zabawkowym, opakowań – butelki oraz artykułów gospodarstwa domowego wynika z ich uniwersalnych właściwości mechanicznych.
Wzrastające zapotrzebowanie na tworzywa sztuczne wymusiło na producentach prowadzenie badań zmierzających do określenia jakości swoich produktów z określeniem ich właściwości mechanicznych i chemicznych. Ze względu na zastosowanie tworzyw sztucznych jako elementy konstrukcyjne narażone na przypadkowe uderzenia, wymagane jest prowadzenie badań umożliwiających określenie wpływu działania warunków dynamicznych na ich udarność z uwzględnieniem oceny zjawiska pękania powstałego podczas próby. Zniszczenie wskutek działania dynamicznych warunków próbek wykonanych z tworzyw sztucznych uzależnione jest od prędkości uderzenia bijaka podczas prowadzanych prób udarności. Zachowanie materiału poddanego działaniu sił dynamicznych przy uderzeniu jest inne od próbki poddanej działaniu sił statycznych z prędkością mniejszą i ustaloną. Ma to szczególne znaczenie przy elementach wytworzonych z tworzyw sztucznych które narażone są na działanie wielu czynników zewnętrznych zmieniających się dynamicznie oraz w przypadku elementów stanowiących kompozyt wytworzony z różnego rodzaju materiałów. Forma zniszczenia materiałów kompozytowych zależeć będzie od struktury elementu – rodzaju zastosowanej żywicy i pigmentów oraz technologii wykonania. To wszystko ma istotny wpływ na wytrzymałość materiałów zastosowanych przy produkcji kompozytu oraz finalnego produktu wytworzonego z użyciem kompozytu. Badania prowadzone wg wymagań normy ASTM D3763 zapewniają uzyskanie danych materiałów z uwzględnieniem ich wytrzymałości, plastyczności, odporności na obciążenia dynamiczne oraz możliwości pochłaniania energii uderzenia. Wyniki stanowią parametry niezbędne przy pracach zmierzających do opracowania nowych materiałów i ich technologii wytwarzania.
Do badań zastosowano system CEAST 9350 z układem umożliwiającym prowadzenie badań z użyciem wysokich wartości energii, wyposażony w: 15,6 kN bijak z wkładką półkulistą o średnicy 1,27 cm, oprogramowanie DAS 16000 i Visual Impact oraz oprzyrządowanie do mocowania pneumatycznego skonstruowane wg wymagań normy ASTM D3763. Próbę udarności prowadzono z prędkością 4,4 m/s. Zakres próbkowania danych to 30 ms. Norma ASTM D37636 wymaga mocowania próbek centrycznie pomiędzy dwoma płytami w sposób zapewniający jednorodny rozkład ciśnienia zaciskającego uniemożliwiającego przemieszczanie się próbki podczas badań. Urządzenie powinno umożliwić prowadzenie próby z energią uderzenia zapewniającą uzyskanie spowolnionej prędkości udarowej (z ang. velocity slowdown) nie przekraczającej 20% wartości początkowej odpowiadającej maksymalnej wartości obciążenia. Stwierdzono, że w przypadku zastosowania urządzenia umożliwiającego wykonanie próby udarności z energią kinetyczną o wartości min. trzy razy większą od energii odpowiadającej wartości maksymalnej obciążenia, wartość spowolnionej prędkości udarowej jest mniejsza niż 20%.
Próbę prowadzić trzeba w warunkach laboratoryjnych w temperaturze pokojowej 23(± 2)oC oraz przy wilgotności względnej o wartości 50%. Zmiana w kontrolowany sposób warunków zewnętrznych – temperatury oraz wilgotności przy zastosowaniu ustalonej wartości prędkości uderzenia umożliwia określenie temperatury przejścia tworzywa sztucznego z plastycznego do kruchego.
Przedstawiona konfiguracja systemu do badań jest idealna do wyznaczenia charakterystyki pracy materiałów plastycznych w warunkach uderzeń dynamicznych. Wyniki uzyskane w trakcie badań z zastosowaniem systemu Instron mogą być stosowane w procesie weryfikacji jakości oraz trwałości tworzyw sztucznych przez producentów oraz naukowców. Zastosowanie komory środowiskowej umożliwi realizację badań z zastosowaniem zmiennych warunków zewnętrznych co pozwoli uzyskać dane dotyczące zachowania się tworzyw sztucznych w temperaturze niskiej i wysokiej.
Wideo:
ASTM D3763