Home Хаб Испытание на удар при низкой температуре | ARM-I Low Temperature Impact Test

Испытание на удар при низкой температуре | ARM-I Low Temperature Impact Test

Last update: February 9, 2024

	ARM Low Temperature Impact Test (ENG).mp4
	ARM Low Temperature Impact Test (RUS).mp4

Нижеописанная процедура является русским переводом оригинального метода по определению ударной стойкости при низкой температуре различных пластиков для ротационного формования: Low Temperature Impact Test (version 4.0 – July 2003) Association of Rotational Molders®

Данный тест очень похож на метод определения энергии удара по Гарднеру, но им не является. В связи с этим, сравнивать полученные значения двух методов не корректно.

Протокол испытания на удар при низкой температуре

Этот тест был разработан Международной ассоциацией ротоформовщиков (ARM®) на основе различных источников, все из которых ARM International® и ее члены считают надежными. Несмотря на то, что ARM International® предпринимает действия для подтверждения полноты и точности данных, на которых основан данный метод тестирования, ARM International® и ее члены не дают никаких гарантий или иных заверений относительно полноты и точности данных, а также не берут на себя никакой ответственности за любые потери или ущерб, понесенные в результате использования этого теста.

Как и при любой процедуре подобного рода, используйте соответствующие защитные устройства. Ответственность за соблюдение техники безопасности лежит на тестировщике!

Область применения.
1. Данный метод охватывает определение энергии, необходимой для разрушения образцов пластика при низкой температуре с помощью свободно падающих стержней (дротиков).
2. Включены четыре процедуры тестирования.
  1. Для процедуры А требуется дротик весом 10 фунтов (4,536 кг).
  2. Для процедуры В требуется дротик весом 15 фунтов (6,804 кг).
  3. Для процедуры С требуется дротик весом 20 фунтов (9,072 кг).
  4. Для процедуры D требуется дротик весом 30 фунтов (13,61 кг).
3. Описаны два типа разрушения.
  1. Разрушение пластичности — происходит, когда дротик удлиняет образец и прокалывает отверстие в испытуемом образце.
  2. Хрупкое разрушение — происходит, когда образец разрушается хрупким образом, разбиваясь или раскалываясь на две или более части; или когда пораженные участки отрываются без удлинения.
4. Подготовка образцов для получения данных об ударном воздействии, приведенных в перечне свойств пластиков ARM International® (Listing of Resin Properties).
  1. Испытуемые образцы, подлежащие удару, должны быть изготовлены из детали, отформованной вращательным способом. Падающий дротик должен удариться о поверхность детали, которая контактировала с формой при ее формовании.
5. В этом испытании используются тяжелые падающие предметы, низкие температуры, громкий шум и риск разлетающихся обломков. Следует позаботиться о том, чтобы иметь надлежащие средства индивидуальной защиты, такие как защитная обувь, защитные очки, средства защиты органов слуха и перчатки.
Краткое описание метода.
1. В каждой процедуре устанавливается высота нахождения конкретного дротика, которая приведет к выходу из строя 50% образцов. Процедуры A, B и C отличаются только весом дротика, в то время как Процедура D отличается как весом дротика, так и геометрии наконечника.
2. Используемая методика обычно называется методом Брюсетона или методом "Вверх-вниз". Тестирование проводится вблизи среднего значения, что сокращает количество образцов, необходимых для получения достаточно точной оценки.
3. Поскольку дротик весом 30 фунтов (13,61 кг) имеет наконечник другой геометрии, абсолютные значения ударов нельзя сравнивать с теми, которые были получены при использовании других дротиков. Кроме того, поскольку скорость падающего дротика будет разной для всех дротиков, сравнивать можно только значения из разных материалов, использующих один и тот же дротик. Обратите внимание, что отчет должен документировать фактически использованный дротик (т.е. 10 фунтов, 15 фунтов, 20 фунтов или 30 фунтов).
Важно.
Условия испытания по процедуре A такие же, как по процедурам B и C, но отличаются весом дротика, все три процедуры служат только показателем пригодности к эксплуатации при низких температурах без прямой корреляции с техническими данными, которые можно использовать при проектировании.
1. Основным ограничением процедуры А является то, что при фиксированном весе дротика и максимальной высоте падения может отсутствовать энергия, достаточная для разрушения образца.
2. Процедуры B и C позволяют увеличить воздействие на 50% и 100%, соответственно, за счет больших весов дротиков. Процедура D позволяет добиться еще более сильного удара, благодаря большему весу дротика и более строгой геометрии наконечника дротика. Логическим продолжением является то, что вес дротика может быть увеличен или высота падения увеличена, чтобы вызвать поломку, в пределах физического пространства.
  1. Конструкция наконечника во всех процедурах предназначена для обеспечения наибольшей концентрации напряжений в кратчайшие сроки, так чтобы изменение толщины жестких материалов по-прежнему приводило к тому или иному виду разрушения.
3. Числовые данные, полученные с помощью одной процедуры, не могут быть заменены данными, полученными с помощью другой процедуры, из-за различных скоростей дротика и геометрии дротика. Однако характер разрушения, вызванного процедурами A, B, C или D, может быть полезным показателем указывающий на надлежащим образом "пропеченный" материал в ротоформовочной машине.
  1. Для полиэтилена, желаемый режим разрушения — это разрушение пластичности, который обычно возникает на должным образом "пропеченном" материале ротоформовочной обработки.
  2. Для полиэтилена, хрупкое разрушение или разрушение в результате раздробления обычно указывает на то, что при используемых параметрах ротоформовочной обработки не были достигнуты оптимальные свойства материала.
4. Высота тестера может варьироваться в соответствии с индивидуальными требованиями к пространству испытателя; однако следует использовать максимальную высоту удара в 10 футов. Процедуры A, B и C позволяют выбрать вес дротика, который в большинстве случаев приведет к выходу из строя образца в среднем диапазоне тестера. Это поможет уменьшить любое влияние скорости на результаты, но не сведет его на нет. Процедура D является наиболее суровым испытанием, и эффект воздействия наконечника дротика будет преобладающим фактором, нежели эффект скорости
5. Образцы должны быть как можно более плоскими и находится свободно в держателе.
6. На полученные результаты влияет качество поверхности образца. Следует избегать образцов с поверхностными изъянами или дефектами на любой из поверхностей.
7. При сравнении образцов различной толщины ударопрочность не может быть нормализована для средней толщины образца, даже если состояние поверхности образцов примерно эквивалентно.
8. Все образцы должны быть выдержаны в соответствии с равновесием температуры испытания по всей детали.
9. Образцы, отформованные ротоформовочным способом, помещаются в держатель для образцов таким образом, чтобы наконечник соприкасался с поверхностью, которая контактировала с формой при формовании. Внутреннюю поверхность образца кладут вниз.
Определения.
1. Разрушение
  1. Пластичное — определяется проникновением дротика через образец, оставляющим отверстие с волокнистыми волокнами в месте разрушения и не растрескивающиеся наружу от места разрушения, а тажке если область под дротиком удлинилась и истончилась в месте повреждения.
  2. Хрупкое — обозначается тем, что деталь физически разваливается на части или трескается в месте удара. Образец не имеет удлинения или имеет очень малое удлинение.
2. Высота падения — расстояние между ударным наконечником дротика и поверхностью испытуемого образца. (См. Приложение А)
3. Дротик и Наконечник
  1. Дротик — определяется как все падающее устройство заданного общего веса в зависимости от процедуры. Дротик состоит как из тупой части, так и из твердой массы большего диаметра, длина которой сокращена в соответствии с допуском по весу.
  2. Наконечник — определяется как 1,0 дюйма на 4,5 дюйма (25,4 мм на 114,3 мм) или 0,5 дюйма на 4,0 дюйма (12,7 мм на 101,6 мм) полусферическая концевая часть дротика, поражающая образец.
Приспособления.
1. Испытательная машина — сконструирована так, как показано в приложении А.
  1. Процедура А — дротик весом 10 фунтов (4,536 кг), как указано в приложении С.
  2. Процедура В — дротик весом 15 фунтов (6,804 кг), как указано в приложении С.
  3. Процедура С — дротик весом 20 фунтов (9,072 кг) в соответствии с приложением С.
  4. Процедура D — дротик весом 30 фунтов (13,61 кг) в соответствии с приложением D.
2. Подставка для образца, как описано в приложении В.
3. Микрометр для измерения толщины образца.
Меры предосторожности по технике безопасности.
1. Защитный кожух должен окружать образец и держатель, а также проходить над направляющей трубкой, показанной в приложении А.
2. Внутри подставки для образца должна быть пластиковая подушка, чтобы предотвратить повреждение наконечника дротика, когда дротик проникает в образец.
3. Со всеми образцами следует обращаться с помощью щипцов или перчаток.
4. Следует надевать средства защиты органов слуха из-за громкого шума, возникающего при попадании падающего дротика на образец.
Выборка.
1. Испытуемые образцы должны быть репрезентативными для исследуемой детали.
2. Испытуемые образцы для международного перечня свойств пластиков ARM International® (Listing of Resin Properties) должны иметь толщину 0,125 дюйма (3,17 мм) и 0,250 дюйма (6,34 мм). Толщина образцов должна варьироваться не более чем на ±10% для образцов толщиной 0,125 дюйма (3,17 мм) и ±5% для образцов толщиной 0,250 дюйма (6,34 мм). Обратите внимание, что процедура D обычно используется для образцов толщиной более 0,4 дюйма (10,2 мм).
Испытуемые образцы.
1. Испытуемые образцы должны быть получены из деталей, изготовленных с помощью ротоформовочного способа.
2. Испытуемые образцы должны быть как можно более плоскими и не иметь дефектов на поверхности, которые в противном случае могут свести на нет результаты испытания (читай теорию Гриффита).
3. Измерьте размер детали в пределах 5,0 x 5,0 ± 0,08 дюйма (127,0 x 127,0 ± 2 мм). Это обеспечит свободную посадку в держателе для образцов.
4. Измерьте и запишите толщину каждого образца в зоне воздействия. Обратите внимание, что детали одинаковой толщины (т.е. в пределах критериев диапазона толщин), протестированные с использованием одного и того же дротика, можно легко сравнить.
5. Запишите толщину образца на стороне формы образца.
Охлаждение.
1. Испытуемые образцы должны быть подготовлены таким образом, чтобы обеспечить равномерное охлаждение поперечного сечения образца не менее чем до -40℉ ± 3,5℉ (-40℃ ± 2℃). Практический опыт показывает, что образцы, подвергшиеся воздействию -40℉ / -40℃ при полной циркуляции по поверхности достигает равномерного охлаждения/равновесия всего за два часа. Практический опыт показывает, что сложенные в стопку образцы для испытаний подвергаются воздействию -40℉ /-40℃ с ограниченной циркуляцией требуется гораздо более длительное время выдержки для достижения равномерного охлаждения/равновесия, даже более 24 часов в зависимости от конфигурации штабеля.
2. Если не указано иное, испытуемый образец следует выдерживать в морозильной камере с циркуляцией воздуха или холодильном шкафу не менее двух часов при температуре -40℉ ± 3,5℉ (-40℃ ± 2℃) перед испытанием.
Процедура.
1. Поднимите дротик весом 10 фунтов, 15 фунтов, 20 фунтов или 30 фунтов (4,536 кг, 6,804 кг, 9,072 кг или 13,61 кг) на высоту, которая, как ожидается, приведет к выходу из строя половины испытуемых образцов. Запишите значение высоты.
2. Извлеките испытуемый образец из холодильной камеры с помощью щипцов или перчаток и поместите его на держатель для испытаний внутренней стороной детали вниз, а маркированной поверхностью вверх. Убедитесь, что он находится по центру держателя образца.
3. Отпустите дротик в течение 30 секунд после извлечения из морозильной камеры/помещения испытуемого образца в держатель для теста.
4. Наблюдайте и фиксируйте прохождение или неудачу. Считается, что образец прошел испытание, если с поверхности удара не вытекла бы вода, если бы он находился в контейнере. (В образце плиты нет видимого отверстия). Необратимая деформация - это не отказ. Глубина и площадь углубления могут указывать на близость к разрушению.
5. Если первый образец выходит из строя, уменьшите высоту падения на Δh, обычно составляющую 6 дюймов (152,4 мм). Повторите тест. Продолжайте уменьшать высоту с тем же шагом, пока деталь не пройдет. Если первый образец не разрушится, увеличьте высоту падения на 6 дюймов (152,4 мм) и повторите испытание. Продолжайте увеличивать высоту сброса с тем же шагом до тех пор, пока не произойдет разрушение. Если до достижения 75% высоты тестера отказ не произойдет, прекратите тестирование и замените дротик на более тяжелый. Отбросьте данные, полученные к этому моменту, и начните сначала. Каждый удар должен наноситься по новому испытуемому образцу.
6. Этот метод позволяет определить общую высоту дротика для каждого испытания по ранее протестированному образцу. Испытание на удар может быть проведено на образце только один раз.
7. Используйте таблицу для каждого образца, как показано в Приложении Е. Поместите условные обозначения на запись, чтобы показать, какой символ обозначает "пройдено" и "не пройдено". (Примечание: Такие буквы, как O для обозначения прохождения, X для разрушения при пластичности и * для разрушения при хрупкости, разъясняют результат каждого испытания.)
8. Каждая таблица должна содержать как можно больше информации об истории образца, такой как температура обработки, время цикла, время охлаждения и время выдержки (промежуток времени с момента формования).
9. Для получения наилучших результатов протестируйте 20 образцов, а затем подсчитайте общее количество N (событий). Это число может быть безотказным или со сбоями, в зависимости от того, что меньше. N должно быть равно 10. Если N<10, продолжайте тестирование до тех пор, пока N=10, затем прекратите тестирование.
Расчеты.
1. В форме данных (Приложение Е) запишите в графе n_i общее количество событий (количество отказов или неотказов, в зависимости от того, что меньше) на каждой высоте сброса. (См. приложение E.)
2. В колонке i введите целые числа 0, 1, 2 и т.д. для каждого введенного n_i. Поставьте 0 для наименьшей высоты дротика, при которой было введено значение n_i, 1 для следующей большей высоты дротика и т.д.
3. Добавьте столбец n_i. Оно всегда должно быть равно 10, если процедура выполняется в точности. Общее количество столбцов n_i равно N.
4. В столбце in_i на каждой высоте, введите соответствующее значение n_i умноженное на i, чтобы рассчитать in_i. (См. Приложение F.)
5. Введите используемый h.
6. Введите h₀, который имеет наименьшую высоту, на которой произошло событие. Это должна быть высота, которой
  присваивается значение i, равное нулю.
7. Средняя высота разрушения. Рассчитайте среднюю высоту отказа на основе полученных данных следующим образом:
  h = h₀+ [Δh (A/N ± 0,5)] где
  h = средняя высота разрушения в футах (метрах)
  h₀ = наименьшая высота, на которой произошло событие, в футах (метрах)
  Δh = приращение в футах (метрах) изменения высоты используемого дротика (6 дюймов или 152,4 мм)
  N = общее количество сбоев или не-сбоев, в зависимости от того, что меньше (называется событиями)
  i = 0, 1, 2, - - - K (индекс подсчета, начинается с h₀)
  
  k
  A = ∑in_i
  i=0
  
  n_i = количество событий в h_i
  h_i = h₀ + Δh и
  h_k = наибольшая высота, на которой произошло событие, в футах (метрах)
  1. При вычислении h отрицательный знак используется в круглых скобках, когда события являются сбоями. Положительный знак используется, когда события не являются разрушением.
8. Средняя энергия отказа — MFE. Рассчитайте среднюю энергию отказа следующим образом:
  MBE = h x w (для футов-фунтов)
  MBE = h x w x g (для J)
  Где w = вес дротика, используемый в фунтах или кг
  g = ускорение под действием силы тяжести = 9,81 м/с²
Отчет.
1. Отчет будет содержать следующее:
  1. Полная идентификация тестируемого образца, включая тип материала, источник, код производителя, размеры формы, историю обработки (т.е. время, температуру и любые визуальные наблюдения, касающиеся детали, пузырьков, царапин и т.д.)
  2. Способ приготовления образца.
  3. Средняя высота разрушения.
  4. Использованный дротик весом 10 фунтов, 15 фунтов, 20 фунтов или 30 фунтов (4,536 кг, 6,3804 кг, 9,072 кг или 13,61кг).
  5. Средние значения толщины образца и диапазон измерений.
  6. Количество образцов, используемых для определения средней высоты разрушения.
  7. Средняя энергия отказа.
  8. Любые отклонения от рекомендованной процедуры.
  9. Типы отказов.
  10. Дата испытания и оператор.

Примечание: При производстве нереально воздействовать на 20 или более образцов для контроля качества от детали к детали. После того, как будет установлена средняя высота разрушения (MFE), можно разработать тест контроля качества с использованием меньшего количества образцов.

Этот тест был разработан Международной ассоциацией ротационных формовщиков на основе различных источников, все из которых ARM International® и ее члены считают надежными. Несмотря на то, что ARM International® предпринимает действия для подтверждения полноты и точности данных, на которых основан данный метод тестирования, ARM International и ее члены не дают никаких гарантий или иных заверений относительно полноты и точности данных, ARM International® и ее члены не берут на себя никакой ответственности за любые потери или ущерб, понесенные в результате использования этого теста. Как и при любой процедуре подобного рода, используйте соответствующие защитные устройства. Ответственность за соблюдение надлежащих правил техники безопасности лежит на тестировщике.

Температурный режим для ARM Impact Testing (и несколько других практических советов от доктора Ника Хенвуда)

–40º (фактически одинаковое число в градусах по ºF или по ºC) указано в качестве температуры охлаждения перед испытанием на падение дротиком в соответствии с протоколом ARM® (Low Temperature Impact Test, version 4.0 – July 2003). Эта относительно низкая температура была выбрана потому, что она обеспечивает лучшую дифференциацию между различными сортами полиэтилена и различными условиями обработки. При более высокой температуре кондиционирования различия может быть труднее обнаружить.

Если вы обратитесь в компанию, которая поставляет оборудование для общественного питания в отели и рестораны, они должны быть в состоянии предложить широкий ассортимент морозильных камер с температурой до -40º. Обычная бытовая морозильная камера работает при более высокой температуре (прибл. 0ºF). Ожидайте практический рабочий диапазон 35-50ºF; такого уровня точности достаточно для проведения тестирования ARM.

Морозильная камера, которую я использую в своей лаборатории (см. рис. 1), имеет внутренний объем около 5 кубических футов, и для меня это достаточно большой объем. Я провожу множество тестов на воздействие, так что для большинства людей этого также должно быть достаточно. Если бы я купил что-то подобное сегодня, я бы ожидал, что заплачу примерно 500-700 долларов. Морозильные камеры для биомедицинских лабораторий стоят немного дороже (700-1000 долларов). Обычная “лабораторная” морозильная камера будет значительно меньше, может работать на другой механической основе и будет стоить гораздо дороже. Он также будет выдерживать гораздо более жесткие температурные допуски, но для наших целей в этом нет необходимости.

Обычно я складываю свои образцы для испытания на удар одной стопкой в большой пластиковый пакет, причем верхний образец помечается идентификационным номером (см. рис. 2). Некоторые люди разделяют каждый образец в устройстве типа “подставка для тостов”, но я не обнаружил, что это имеет какое-либо заметное значение для проверки консистенции. Я выдерживаю образцы в течение 48 часов, прежде чем протестировать их.

Непосредственно перед началом испытания на удар я вынимаю стопку из 24 образцов из пакета и храню стопку вертикально в морозильной камере. Затем, когда я готов приступить к работе, я открываю крышку морозильной камеры, достаю один образец и испытываю его на удар в течение 30 секунд. Немного попрактиковавшись, вы станете довольно ловким в этом деле. Образцы, которые не прошли проверку, отправляются прямо в мусорное ведро, но я сохраняю образцы, которые прошли проверку. Это связано с тем, что позже я часто провожу сопутствующие тесты (например, плотность деталей, индекс желтизны и индекс расплавления), и мне нужно несколько сохранившихся образцов. Если вы решите проводить только тесты на воздействие, в этом, вероятно, нет необходимости.

Как только образцы остынут, может быть трудно сразу определить, какая сторона находится в форме (т.е. снаружи детали), а какая - со стороны воздуха (т.е. внутри детали). Для правильного проведения испытания сторона формы всегда должна располагаться самой верхней в держателе ударного образца перед ударом. Если вы не будете соблюдать это правило, то получите крайне противоречивые данные. Чтобы быть уверенным, я обычно обозначаю форму каждого образца перманентным маркером; ничего особенного не требуется, просто какая-нибудь закорючка, но это действительно помогает, когда вы в разгаре тестирования.

Для испытания на удар рукояткой моя стандартная пресс-форма позволяет изготовить 24 образца, чего почти всегда достаточно для проведения испытания в соответствии с указаниями. Протокол ARM предусматривает, что для наименее частого события требуется 10 точек данных, которые могут быть пройдены или могут быть неудачными. Это гарантирует, что, если выбранная начальная высота падения несколько отличается от конечной средней высоты разрушения, все равно будет достаточно данных для получения статистически значимого результата.

Когда я пытаюсь выявить небольшие различия между сортами или условиями обработки, я обычно измеряю толщину каждого образца перед температурной обработкой. Мое любимое оружие — K-Metron от 493K, потому что датчик может быть подключен непосредственно к электронной таблице через Bluetooth. Это означает, что вы можете быстро составить таблицу и автоматически рассчитать среднюю толщину и стандартное отклонение. Однако штангенциркули и клипсатор будут выполнять ту же работу, хотя и в более медленном темпе. Со временем я скорректировал свои настройки формования, чтобы добиться минимальных изменений толщины от образца к образцу, так что мне не всегда нужно это делать. Это зависит от того, чего я пытаюсь достичь.

Если вы хотите адаптировать испытание ARM® для материалов, не содержащих полиэтилен, такое низкотемпературное охлаждение может оказаться неподходящим. Многие другие материалы, имеющиеся в продаже (например, нейлон, полипропилен и ацеталь), оказывают относительно слабое воздействие при температуре ниже 32 °F. В таких случаях я обычно поддерживаю контролируемую комнатную температуру (23ºC / 73ºF). Для этого я соорудил простую “горячую комнату”: это большая коробка, изготовленная из изоляционной плиты толщиной 4 дюйма, покрытой фольгой, с трубчатым нагревателем, управляемым ПИД-регулятором.

Доктор Ник Хенвуд является техническим директором Ассоциации ротационных формовщиков. Он имеет более чем 30-летний опыт работы в ротомолдинге, специализируясь в области разработки материалов и управления технологическими процессами. Он работает консультантом, исследователем и преподавателем в своей собственной компании Rotomotive Limited, базирующейся в Великобритании.