ASTM D638, свойства пластмасс при растяжении
В стандарте ASTM D638 приводится описание метода испытания для определения свойств усиленных и неусиленных пластмасс при растяжении. Это испытание выявляет важные механические свойства (например, напряжение растяжения, деформация, модуль растяжения, прочность при растяжении, точка текучести и точка разрушения.
Стандарт ASTM D638 содержит информацию относительно форм и размеров образцов, процесса испытания (включая условия окружающей среды), а также требования к точности используемых испытательных машин и экстензометров. Следующая информация дает исчерпывающий обзор. Однако приобретение полного стандарта является обязательным условием для обеспечения нормативного проведения испытаний на растяжение по ASTM D638.
Стандарт ASTM D638 и его аналог ISO 527-1 / ISO 527-2 технически эквивалентны, но не дают полностью сопоставимых результатов, поскольку формы образцов, процесс испытания и определение результатов различаются по нескольким параметрам.
Подробнее об ISO 527-1 / ISO 527-2
ISO vs. ASTM Сравнение стандартов ASTM для испытаний на растяжениеЦель и характеристикиОбразцы и размерыПроведение испытанияОборудованиеУсловия окружающей средыАвтоматизацияЧасто задаваемые вопросыЗагрузки
В чем разница между стандартами ASTM D638 и ISO 527-1/2?
ASTM D638 и ISO 527-1/2 - это два часто используемых стандарта для определения свойств пластмасс при растяжении. В то время как ASTM D638 представляет собой прагматичную характеризацию свойств при растяжении, главная идея стандарта ISO 527 состоит в высокой сравнимости результатов испытаний между лабораториями, фирмами и далее за пределами границ стран.
Здесь есть несколько важных различий, которые следует учитывать при сравнении стандартов ASTM D638 и ISO 527:
- ISO и ASTM допускают различные размеры образцов:
ASTM D638 тип I предпочитает образцы из жестких пластмасс в форме лопатки с общей длиной 165 мм, толщиной 3,2 мм (1/8 дюйма) и расчетной длиной 50 мм (2 дюйма), потому что они относительно близки к обычной толщине материала в готовых изделиях и в то же время позволяют измерять деформацию с хорошей точностью.
Предпочтительный образец с заплечиками по ISO 527-2 - это образец типа 1A (литье) с общей длиной 170 мм, толщиной 4 мм и расчетной длиной 75 или 50 мм. В то время как ASTM подразумевает пять типов образцов, ISO ограничивается двумя, чтобы соблюдать высокую точность сравнения. - Указанные в стандартах скорости испытания и деформации могут различаться.
- ASTM D638 во многих случаях предъявляет менее жесткие требования к точности измерения деформации, чем ISO 527.
- Предписанные для испытания условия окружающей среды (например, температура и влажность воздуха) могут варьироваться.
- Требования к анализу данных и определению результатов в обоих стандартах могут различаться.
Стандарт ASTM D638 подходит для моих испытаний?
В области полимеров существуют различные нормативные методы испытаний на растяжение, в зависимости от материала и формы поставки:
- ASTM D638: испытание неармированных и армированных коротким волокном пластмасс на растяжение Стандарт ASTM D638 можно применять при толщине образца от 1,0 до 14 мм (0,55 дюйма).
- ASTM D882: испытания пластиковых пленок и плиточного материала толщиной менее 1,0 мм (0,04 дюйма). Для этого существуют специальные образцы и методика, учитывающая особые требования к испытаниям пленок. Если толщина материала составляет более 14 мм (0,55 дюйма), то ее следует уменьшить посредством машинной обработки.
- ASTM D412: испытание вулканизированной резины и термопластичных эластомеров на растяжение
- ASTM D1708: испытание микрообразцов (microtensile Specimens) на растяжение
- ASTM D5323: определение модуля секущей 2% у геомембран в процессе испытания на растяжение
- ASTM D2290: прочность сегментов труб при растяжении (Hoop Tensile)
- ASTM D3039: испытание усиленных волокном слоистых материалов с полимерной матрицей (GRC или CRC) на растяжение. Эти материалы, в зависимости от направления и структуры слоистого пластика или ткани, могут обладать очень разными свойствами. Поэтому зачастую требуются специальные образцы и испытательные методики
- ASTM D3916: испытание пултрудированных усиленных стекловолокном штанг на растяжение
- ASTM D7205: испытание усиленных волокном стержней с полимерной матрицей на растяжение
- ASTM D751: испытание тканей с пропиткой на растяжение
- ASTM D1623: испытание твердых пенных материалов на растяжение
- ASTM D3574 Test E: испытание мягких пенных материалов на растяжение
- ASTM D897: свойства клеевых соединений при растяжении
Цель и характеристики испытания на растяжение по ASTM D638
В процессе испытания на растяжение по ASTM D638 определяют различные типовые характеристики, которые описывают важные механические свойства формовочной массы или образца, извлеченного в определенном месте из какого-либо изделия:
- Напряжение растяжения: отношение усилия к начальному поперечному сечению образца
- Деформация: отношение изменения расчетной длины к начальной расчетной длине
- Модуль растяжения: наклон кривой в диаграмме напряжения/деформации
- Точка текучести: напряжение и деформация в точке кривой, в которой наклон равен нулю
- Точка разрушения: напряжение и деформация в момент разрушения образца
- Коэффициент Пуассона: отрицательное отношение поперечной деформации к продольной
Испытания на старение
Испытание на растяжение по ASTM D638 образует хорошую базу для выявления изменения механических характеристик полимера после старения, термообработки, нахождения в определенной среде или после атмосферного воздействия. Для этого характеристики определяются в процессе испытания на растяжение, затем еще раз - после старения или атмосферного воздействия.
ASTM D638, размеры / типы образцов
Используемые для испытаний по ASTM D638 образцы классифицируют по типам:
- ASTM D638 тип I - преимущественно используют образцы с заплечиками типа I с толщиной 3,2 мм (1/8 дюйма) и расчетной длиной 50 мм (2 дюйма), которые относительно близки к обычной толщине материала в готовых изделиях и в то же время позволяют измерять деформацию с хорошей точностью.
- ASTM D638 тип II - если в узкой рабочей части образца типа I разрушения не происходит, то стандарт ASTM D638 рекомендует использовать образцы типа II, у которых ширина узкого рабочего сегмента значительно уменьшена.
- ASTM D638 тип III - если образцы извлекаются из материала толщиной более 7 мм путем механической обработки, то для этого предусмотрен образец типа III. У него увеличены как ширина узкого рабочего сегмента, так и ширина заплечиков и общая длина, так что толщина образца остается меньше ширины. При толщине плиты более 14 мм толщину образца адаптируют посредством механической обработки.
- ASTM D638 тип IV - образец типа IV особенно подходит для испытаний очень мягких полимеров (например, резины); его используют, если предусмотрено сравнение между мягкими и более жесткими полимерами.
- ASTM D638 тип V - если в наличии мало испытываемого материала или из изделия можно извлечь только небольшие образцы, то применяют образцы типа V, которые по всем размерам меньше образцов типа I.
| Стандарт | Тип образцов | Примечание | l3 мм | l1 мм | b2 мм | b1 мм | h мм | L0 мм | L мм |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| ASTM D638 | Тип I | Предпочтительные образцы для жестких пластмасс | ≥165 | 57±0,5 | 19+6,4 | 13±0,5 | 3,2±0,4 | 50±0,25 | 115±5 |
| ASTM D638 | Тип II | предпочтительно, если тип 1 разрушается не в узком сечении | ≥183 | 57±0,5 | 19+6,4 | 6±0,5 | 3,2±0,4 | 50±0,25 | 135±5 |
| ASTM D638 | Тип III | для толщины образца более 7мм (жесткие и мягкие пластмассы) | ≥246 | 57±0,5 | 29+6,4 | 19±0,5 | 7...14 | 50±0,25 | 115±5 |
| ASTM D638 | Тип IV | для сравнения жестких и мягких пластмасс | ≥115 | 33±0,5 | 19+6,4 | 6±0,05 | 3,2±0,4 | 25±0,13 | 65±5 |
| ASTM D638 | Тип V | малые образцы из готовых изделий | ≥63,5 | 9,53 | 9,53+3,1 | 3,18±0,5 | 3,2±0,4 | 7,62 | 25,4±5 |
Процесс испытания по ASTM D638: сразу же запустить испытание с testXpert
Проведение испытания по ASTM D638 с программным обеспечением testXpert:
Испытание на растяжение - один из наиболее популярных видов испытаний в области механических испытаний пластмасс и полимеров. Подробное описание проведения испытания приведено в стандарте ASTM D638. Как можно легко проводить испытания с ПО testXpert на 100% в соответствии со стандартами и без необходимости читать много страниц, Вы узнаете в пошаговом руководстве.
Простое и эффективное проведение испытаний по ASTM D638, это также гарантирует быструю интеграцию новых сотрудников:
- все характеристики и параметры стандарта ASTM D638 уже сохранены в стандартной программе испытаний для ASTM D638. Соответствие стандарту гарантировано, нет необходимости тратить время на изучение самого стандарта.
- Оператор шаг за шагом сопровождается по всему испытанию. На экране он видит только свои собственные задачи благодаря функции управление пользователями. Это гарантирует быстрое освоение. Все пользователи уверенно проводят испытания по стандарту ASTM D638, ничто не будет забыто.
- Максимальную эффективность испытаний обеспечивает функция привязка периферийных приборов: если микрометр передает размеры образцов напрямую в программное обеспечение, это экономит время и исключает ошибки при вводе.
к программному обеспечению testXpert проведение испытания в 6 этапов с ПО testXpert
Машины для испытаний по ASTM D638
Для проведения испытаний на растяжение по ASTM D638 применяют наши универсальные машины модельного ряда zwickiLine, ProLine и AllroundLine. Типовая испытательная машина обладает номинальным усилием 10 кН. Это позволяет измерять прочность образцов типа I при растяжении чуть ниже 250 Мпа, что, как правило, достаточно для неармированных пластмасс. Меньшие усилия адаптируют посредством соответствующего выбора датчика силы. Для повышенных усилий доступны нагружающие рамы с более высоким номиналом.
Стандарт ASTM D638 требует точности измерения соответствующих значений в ±1%. Это требование подтверждается калибровкой по ASTM E4 для всего диапазона измерения датчика силы. Качество системы силоизмерения определяется, в частности, шириной диапазона измерения, в котором можно достичь требуемой точности. Испытательные машины фирмы ZwickRoell достигают указанной в стандарте ASTM E4 точности, начиная уже с 1/1000 своего измерительного диапазона. Благодаря этому, можно измерять модульные значения и значения напряжения растяжения многих материалов с одной и той же испытательной конструкцией без переоборудования.
Измерение образца перед испытанием по ASTM D638
Помимо форм образцов стандарт ASTM D638 также указывает точность, с которой следует снимать размеры образцов.
- Ширину пластмассовых образцов можно определять с помощью штангенциркуля, микрометра или прибора для измерения поперечного сечения
- Толщину пластмассовых образцов измеряют с помощью микрометра или прибора для измерения поперечного сечения
- Усилие измерения составляет от 5 до 15 Н, измерительные поверхности имеют круглую и плоскую форму, обычно диаметром 6,35 мм (6,5 мм). Возможны другие контактные элементы
- Измерение проводится по центру образца в пределах расчетной длины. Литые образцы измеряют в зоне 5 мм вокруг центра расчетной длины
- Погрешность измерения толщины в 0,1 мм создает погрешность в 2.5 %!
Захваты для испытаний по ASTM D638
Во время испытаний по ASTM D638 образцы должны надежно удерживаться в испытательной машине без проскальзывания, и при этом они не должны повреждаться из-за излишнего зажимного усилия.
В захватах используются различные принципы действия:
Пневматические захваты
- Закрытие при нажатии на кнопку
- Прямая передача скорости траверсы на образец без проскальзывания, что обеспечивает постоянную и воспроизводимую скорость деформации во время испытания
- Точно настраиваемое усилие зажима
- Очень широкая область применения для мягких и твердых полимеров
- Рекомендуются, если требуется высокая воспроизводимость результатов испытания, если испытывают очень разные материалы, или если ежедневно проводится очень много испытаний.
- Необходимо в сочетании с автоматическими системами подачи образцов
Винтовые захваты
- Ручное закрытие посредством винтового движения
- Прямая передача скорости траверсы на образец без проскальзывания для постоянной и воспроизводимой скорости деформации во время испытания
- Широкая область применения: от полужестких до жестких пластмасс
- Подходят для испытаний с высокими требованиями к воспроизводимости результатов измерений
Клиновые захваты
- Ручное закрытие посредством рычага
- Подходят для очень частого проведения испытаний
- Усилие зажима прикладывается при перемещении траверсы в процессе испытания на растяжение посредством клинового принципа, вследствие чего уменьшается скорость деформации образца, что может повлиять на результат испытания
- Подходят для внутренних задач контроля качества с низкими требованиями к воспроизводимости с измеренными значениями других лабораторий
Клино-винтовые захваты
- Комбинация винтового и клинового принципа, губки прикладываются к образцу вручную посредством винтового движения и генерируют усилие зажима во время испытания благодаря клиновому принципу
- Применяются, если есть необходимость испытывать самые разные образцы толщиной более 30 мм без замены клиновых губок
Экстензометры для испытаний по ASTM D638
Измеряемые величины в соответствии со стандартом ASTM D638: перемещение траверсы / изменение расстояния между зажимами и измеренная напрямую деформация образца. Для измерения перемещения траверсы требуется точность соответствующих измеренных значений в ± 10% (ASTM D638). Перемещение траверсы в особенности используется для определения номинальной деформации разрушения, так что измеряемые значения обычно относительно велики.
Модуль растяжения определяют экстензометры с непосредственным измерением. Допустимая погрешность определения деформации составляет 0,0002 [мм/мм]. Это соответствует погрешности деформации в 0,02% или - при расчетной длине 50 мм - допустимой погрешности перемещения в 0,01 мм.
Для измерения точек текучести и малых деформаций (примерно до 20%) ASTM D638 требует соблюдения класса C согласно калибровочному стандарту ASTM E83. Для деформации до 10% это означает фиксированное максимально допустимое значение погрешности при определении деформации 0,001 [мм/мм], что соответствует деформации 0,1%. Для измерения большей деформации относительная погрешность не должна превышать ± 1% соответствующего измеренного значения.
Для измерения деформации более 20% стандарт ASTM D638 допускает относительную погрешность ± 20%, что легко достижимо даже для относительно простых экстензометров.
Экстензометры фирмы ZwickRoell для испытаний по ASTM D638
В зависимости от Ваших пожеланий, фирма ZwickRoell предлагает различные экстензометры, большинство из которых соответствуют классу точности B-2 по ASTM E83:
- Non-contact VideoXtens для оптического бесконтактного измерения с высокими разрешением и точностью. VideoXtens обладает очень широким диапазоном измерения: от измерения модуля до деформации образца >100%. Установка на образец осуществляется автоматически. Существует возможность интеграции измерения поперечной деформации и использования термокамер
- makroXtens для механически контактного измерения с очень высокими разрешением и точностью. Датчик makroXtens обладает очень широким диапазоном измерения: от измерения модуля до деформации образца >100%. Установка на образец осуществляется автоматически. Измерение возможно вплоть до разрушения образца без снятия щупов. Существует возможность интеграции измерения поперечной деформации и использования термокамер.
- multiXtens объединяет измерение модуля растяжения с измерением высокой деформации вплоть до разрушения образца. Он дополнительно обладает очень большим путем перемещения до 740 мм. Его можно использовать, если необходимо испытывать очень разные материалы (например, хрупкие пластмассы и эластомеры с очень большой степенью деформации).
- Ручной контактный датчик Clip-on для механически контактного измерения с очень высокими разрешением и точностью. Перед испытанием оператор вручную устанавливает датчик на образец и снимает его после достижения максимального пути измерения или перед разрушением образца. Доступны пути измерения от 2 мм до 25 мм, в зависимости от исполнения.
- Механический длинноходовой датчик для измерения от средних до больших деформаций образцов, подходит для деформации при пределе текучести и деформации разрушения. Установка на образец осуществляется автоматически, возможно измерение без снятия щупов.
- Оптический длинноходовой датчик для измерения от средних до больших деформаций образцов путем отслеживания отражающих меток, подходит для деформации при пределе текучести и деформации разрушения. Установка на образец осуществляется автоматически, точно как измерение расстояния между метками, измерение проводится вплоть до разрушения образца.
Определенные в стандарте ASTM D638 условия кондиционирования и окружающей среды
- Соблюдение регламентированных условий кондиционирования и окружающей среды относительно температуры и влажности воздуха имеет большое значение для сравнимости результатов испытаний.
- Указания по срокам кондиционирования обычно имеются в заводских стандартах для испытываемого материала. Кроме того, в рамках испытаний формовочных масс образцы в течение минимум 16 часов должны храниться в нормальных климатических условиях.
- Если испытания проводятся в нормальных климатических условиях, то эти условия регламентированы в стандарте ASTM D618.
Умеренный климат: 23 ± 2 °C, отн. влажн. 50 ± 10 %
Субтропический климат: 27 ± 2 °C, отн. влаж. 65 ± 10 % - Погрешности соответствуют классу 2. В классе 1 эти погрешности делятся на 2.
- Под термином "комнатная температура" обычно подразумевается достаточно широкий температурный диапазон (от 18 °C до 28 °C).
- Кроме того, можно проводить испытания с высокими или низкими температурами, для которых можно регламентировать собственные требования.
ASTM D638, испытание на растяжение при низких или высоких температурах
Стандартным является измерение образцов в кондиционированном состоянии в соответствии с методом A по ASTM D618. Однако стандарт ASTM D638 также допускает иные условия кондиционирования и измерения, так что можно даже проводить испытания при низких или высоких температурах.
Для испытаний пластмасс на растяжение по ASTM D638 при низких или высоких температурах предлагается термокамера фирмы ZwickRoell. Температурный диапазон можно настраивать от -80°C до +360°C. Полностью интегрированная система обеспечивает эффективность, надежность и простоту управления при проведении испытаний на растяжение. Применение решения дверь в двери позволяет значительно снизить расход азота и степень обледенения в процессе проведения испытаний при низкой температуре, что делает испытания более экономичными.
Больше испытаний за то же время: рост интенсивности проведения испытаний пластмасс в лаборатории
Что касается испытаний на растяжение по ASTM D638, автоматизированное решение может быть интересным, начиная уже с 10 образцов в день. Наш ассистент roboTest N выполняет простые действия «взять»/«положить» и является экономичным решением для лаборатории по испытаниям пластмасс.
Лабораториям с высокими требованиями к испытаниям мы рекомендуем нашу роботизированную испытательную систему roboTest L. Наша рабочая лошадка для испытаний пластмасс в больших количествах рассчитана на 450 образцов. Она автономно проводит измерение поперечного сечения образцов и испытания на растяжение по ASTM D638. После испытания остатки образца извлекаются из захватов отдельными грейферами.
Другие формы образцов или другие методы испытаний также не являются проблемой для наших автоматизированных испытательных систем. Автоматизированная испытательная система roboTest R сложнее, она позволяет дополнительно подключать вторую или третью испытательную машину или дополнительные приборы (например, центрирующую станцию или климатическую камеру для температур от -80 °C до +360 °C). Это не только повышает интенсивность проведения испытаний, но и предлагает возможность параллельного проведения разных испытаний – для быстрого получения надежных результатов!
о roboTest N о roboTest L о roboTest R Зачем автоматизировать? Связаться сейчас
Часто задаваемые вопросы по стандарту ASTM D638
Наиболее часто используемым стандартом ASTM для испытаний пластмасс на растяжение является ASTM D638. Этот стандарт применяют для определения свойств пластмасс при растяжении для контроля, спецификации, количественной характеризации, а также для исследований и разработок. Он регламентирует испытательные приборы, форму и размеры образцов, а также испытательную методику. К характеристикам материалов, которые определяют с помощью стандарта ASTM D638, относятся прочность при растяжении, деформация образца, значения деформации, модуль упругости и возможность определения коэффициента Пуассона при комнатной температуре.
Подробную информацию можно найти в полной версии стандарта: ASTM D638
Определение прочности пластмасс при растяжении осуществляется, как правило, посредством измерения напряжения, необходимого для разрушения или повреждения пластмассового образца. Поэтому в стандарте различают предел текучести и прочность при разрушении. Этот решающий признак пластмасс часто используют в области исследований и разработок, а также для контроля качества. Прочность пластмасс при растяжении определяют с помощью испытательной машины, в которой образец растягивается до разрушения, в процессе чего измеряются и рассчитываются критические значения. Как правило, эти испытания проводят по стандарту ASTM D638, в котором регламентированы форма и размеры испытываемого образца, указана спецификация машины и описан метод испытания.
Стандарт ASTM D638 описывает испытание пластмасс на растяжение. Измеряют такие характеристики, как модуль растяжения, напряжение текучести, деформация текучести, прочность при растяжении и деформация разрушения. Эти характеристики важны для оценки и сравнения пластмасс и их композиций, а также для контроля качества.
У хрупких пластмасс и пластмасс, не обладающих точкой текучести, деформацию разрушения измеряют напрямую с помощью механического или бесконтактного экстензометра. У термопластичных пластмасс, обладающих точкой текучести, номинальную деформацию разрушения определяют из пути перемещения тянущего зажима испытательной машины.
Прочность при растяжении - это наивысшее напряжение, которое может достичь образец во время испытания на растяжение. Эта прочность при растяжении может возникать в точке текучести, в этом случае она называется «Прочность при растяжении в точке текучести». Если прочность при растяжении возникает незадолго до разрушения образца, то ее называют «Прочность растяжения при разрушении».
Для испытаний пластиковых пленок и плиточного материала толщиной до 1 мм используют стандарт ASTM D882. Для этого существуют специальные образцы и методика, учитывающая особые требования к испытаниям пленок.
Усиленные продольным волокном пластмассы (например, GRC или CRC) измеряют в процессе испытания на растяжение по ASTM D 3039. Эти материалы, в зависимости от направления и структуры слоистого пластика или ткани, могут обладать очень разными свойствами. Поэтому зачастую требуются специальные образцы и испытательные методики.
Для измерения коэффициента Пуассона при комнатной температуре стандарт ASTM E132 предлагает подходящий метод испытания. Однако для неусиленных пластмасс зачастую для расчетов можно использовать неизменное значение коэффициента Пуассона, так как оно постоянно.
Стандартным является измерение образцов в кондиционированном состоянии в соответствии с методом A по ASTM D618. Однако стандарт ASTM D638 также допускает иные условия кондиционирования и измерения, так что можно даже проводить испытания при низких или высоких температурах.
Стандарт ASTM D638 регулирует определение характеристик при растяжении, включая прочность при растяжении неусиленных и усиленных пластмасс. Другие часто используемые стандарты для определения прочности при растяжении: ASTM E8/ASTM E8M для металлов, ASTM D412 для резины и эластомеров, а также ASTM D3039 для волокнистых композитов