CS258251B1 - Method of polymers' thermal oxidation and atmospheric ageing tests realization - Google Patents
Method of polymers' thermal oxidation and atmospheric ageing tests realization Download PDFInfo
- Publication number
- CS258251B1 CS258251B1 CS823793A CS379382A CS258251B1 CS 258251 B1 CS258251 B1 CS 258251B1 CS 823793 A CS823793 A CS 823793A CS 379382 A CS379382 A CS 379382A CS 258251 B1 CS258251 B1 CS 258251B1
- Authority
- CS
- Czechoslovakia
- Prior art keywords
- plates
- impact
- tests
- polymers
- series
- Prior art date
Links
- 238000012360 testing method Methods 0.000 title claims abstract description 62
- 230000032683 aging Effects 0.000 title claims abstract description 43
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 title claims abstract description 38
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 18
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 title description 4
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 title description 4
- 230000035882 stress Effects 0.000 claims abstract description 19
- 238000002347 injection Methods 0.000 claims abstract description 13
- 239000007924 injection Substances 0.000 claims abstract description 13
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 claims abstract description 9
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 claims abstract description 9
- 238000009863 impact test Methods 0.000 claims abstract description 5
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 claims description 10
- 238000005422 blasting Methods 0.000 claims 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 18
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 description 11
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 11
- -1 polyethylene Polymers 0.000 description 11
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 description 8
- 239000004793 Polystyrene Substances 0.000 description 8
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 description 8
- 229920002223 polystyrene Polymers 0.000 description 5
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 4
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 description 4
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 4
- 238000009864 tensile test Methods 0.000 description 4
- 238000010998 test method Methods 0.000 description 4
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000005865 ionizing radiation Effects 0.000 description 3
- VTYYLEPIZMXCLO-UHFFFAOYSA-L Calcium carbonate Chemical compound [Ca+2].[O-]C([O-])=O VTYYLEPIZMXCLO-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 2
- PPBRXRYQALVLMV-UHFFFAOYSA-N Styrene Chemical compound C=CC1=CC=CC=C1 PPBRXRYQALVLMV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000006229 carbon black Substances 0.000 description 2
- 238000001746 injection moulding Methods 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 238000007248 oxidative elimination reaction Methods 0.000 description 2
- 229920000098 polyolefin Polymers 0.000 description 2
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 2
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 2
- 229910000737 Duralumin Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000005062 Polybutadiene Substances 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
- 229910000019 calcium carbonate Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005253 cladding Methods 0.000 description 1
- 230000003750 conditioning effect Effects 0.000 description 1
- 238000007596 consolidation process Methods 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 229920001577 copolymer Polymers 0.000 description 1
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 1
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 1
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 239000008187 granular material Substances 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 1
- 230000002427 irreversible effect Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 229920002857 polybutadiene Polymers 0.000 description 1
- 229920000728 polyester Polymers 0.000 description 1
- 229920005653 propylene-ethylene copolymer Polymers 0.000 description 1
- 239000000741 silica gel Substances 0.000 description 1
- 229910002027 silica gel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 1
- 238000004154 testing of material Methods 0.000 description 1
- 235000012431 wafers Nutrition 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Landscapes
- Processing And Handling Of Plastics And Other Materials For Molding In General (AREA)
- Testing Resistance To Weather, Investigating Materials By Mechanical Methods (AREA)
- Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)
Abstract
Způsob provádění zkoušek tepelně- -oxidačního a atmosférického stárnutí polymerů, zkoušek koroze a ostatních vlivů vnějšího prostředí na vzorcích podrobených rázovým zkouškám při víceosé napjatosti za použití padostrojů pro vyvolání nárazu trnem na stěnu zkoušených vzorků. Ze zkoušených vstřikovacích typů polymerů se vstřikují modelové výrobky tvaru destiček s filmovým vtokem rozměrů 50 x 50 mm nebo se vytlačené desky větších rozměrů rozřežou na destičky 50 x 50 mm, potom se tyto modelové výrobky vystaví v sériích od 5 do 25 kusů vždy na stejné straně působení různých vnějších prostředí v různých časových intervalech, po expozici se destičky umístí ■na podpěru s kruhovým otvorem o min. průměru 40 mm a podrobí nárazu trnem na střed exponované strajny a stanoví se energie k porušení vlivem lomu nebo trhlin ve zkoušené destičce. Průměrná energie k porušení jednotlivých sériích exponovaných destiček se vyhodnotí v % vzhledem k hodnotě průměrné energie k porušení neexponované série destiček.Method of conducting heat- -oxidative and atmospheric aging polymers, corrosion tests and other influences the external environment on samples subjected to \ t impact tests with multi-axis stress using pad impact impact machines the specimen wall. Of the tested injection types of polymers are injected plate-shaped model products with film inlet 50 x 50 mm or the larger plates are cut on plates 50 x 50 mm, then these model products exhibit in series from 5 to 25 pieces on the same side different external environments in different time intervals, the plates are placed after exposure ■ on a support with a circular hole of min. average 40 mm and subjected to a center impact exposed areas and energy is determined fracture or crack breakage the plate to be tested. Average energy to break individual series exposed platelets are evaluated in% relative to the value average energy for failure unexposed platelet series.
Description
Vynález se týká způsobu provádění zkoušek tepelně-oxidačního stárnutí polymerních materiálů v teplovzduŠných sušárnách, zkoušek atmosférického stárnutí polymerů v klimatických stanicích, zkoušek koroze materiálů v různých prostředích, zkoušek vlivu ionizujícího záření a jiných vlivů vnějšího prostředí na různé nekovové, zejména polymerní materiály.The invention relates to a method for conducting heat-oxidative aging tests of polymeric materials in hot air driers, atmospheric aging of polymers in climatic stations, corrosion testing of materials in various environments, testing of ionizing radiation and other environmental effects on various non-metallic, especially polymeric materials.
Účelem těchto zkoušek je zjišťování změn mechanického chování polymerů v závislosti na době a podmínkách působení vnějších vlivů, stanovení odolnosti a životnosti výrobků z těchto materiálů v různých prostředích a určování podmínek zpracování a použití materiálů. Převážná většina dosud používaných zkoušek tepelně-oxidačního a atmosférického stárnutí, zkoušek koroze a ostatních vlivů vnějšího prostředí na různé, zejména polymerní materiály je založena na sledování nevratných změn základních mechanických a chemicko-fyzikálních vlastností, změřených na zkušebních tělesech pro zkoušku tahem a pro stanovení rázové nebo vrubové houževnatostí, např. metodou Charpy, Izod, Dynstat, příp. tahu rázem v závislosti na době a podmínkách působení vnějšího prostředí.The purpose of these tests is to detect changes in the mechanical behavior of polymers as a function of time and environmental conditions, to determine the durability and durability of products made of these materials in different environments, and to determine the processing and use conditions of the materials. The vast majority of tests of thermal oxidation and atmospheric aging, corrosion tests and other environmental influences on various, especially polymeric materials, are based on observation of irreversible changes of basic mechanical and chemical-physical properties measured on test specimens for tensile testing and for determination of impact or notch toughness, e.g. by Charpy, Izod, Dynstat, respectively. impact force depending on the time and conditions of the external environment.
Při měření standardních mechanických vlastností jsou příslušná zkušební tělesa podrobena jednoosé napjatosti, tzn. v tělesech vznikají jednoosá tahová nebo ohybová napětí. Je rovněž známo, že pro případ zkoušek stárnutí, koroze a jiných vlivů vnějšího prostředí patří stanovení změn tažnosti a změn vrubové a rázové houževnatosti nebo změn energie k porušení mezi nejcitlivější zkušební metody, které poskytují základní kritéria pro hodnocení životnosti a odolnosti materiálů vůči působení různých vnějších prostředí.When measuring the standard mechanical properties, the respective test specimens are subjected to uniaxial stresses, ie. Solids are subject to uniaxial tensile or bending stresses. It is also known that in the case of aging, corrosion and other environmental tests, the determination of ductility, notch, impact, or energy variations is a failure among the most sensitive test methods that provide the basic criteria for assessing the durability and resistance of materials to various external environment.
Přitom je jako životnost materiálu v příslušném prostředí nejčastěji definována doba v hodnichách nebo v rocích, po níž dochází k definované změně, např. k 50% poklesu tažnosti, vrubové nebo rázové houževnatosti nebo jiné vlastnosti exponovaných materiálů vzhledem k výchozím neexponovaným materiálům. Tyto hodnoty životnosti jsou nejčastěji zjišťovány z grafických závislostí změn výše uvedených mechanických vlastností materiálů na době expozice v příslušném vnějším prostředí.In this context, the material life in a given environment is most often defined as the time in years or years after which there is a defined change, for example, a 50% decrease in ductility, notch or impact toughness or other properties of exposed materials relative to untreated starting materials. These lifetime values are most often obtained from the graphical dependence of changes in the above mechanical properties of materials on exposure time in the respective external environment.
Základním nedostatkem dosud používaných způsobů provádění zkoušek stárnutí, koroze, vlivu ionizujícího záření a ostatních vlivů vnějšího prostředí na polymerní materiály je skutečnost, že nejčastěji používané sledování mechanického chování materiálů a jejich životnosti v různých vnějších prostředích, odpovídájících prostředím aplikační praxe, je založeno na provádění standardních zkoušek, při kterých je materiál ve tvaru zkušebního tělesa podroben jednoosému mechanickému namáhání. Přitom výrobky z polymerních materiálů se vyskytují v praxi nejčastěji ve tvaru tenkostěnných skořepin, podrobených víceosé napjatosti. Namáhání takových výrobků při jednoosé napjatosti se v praxi vyskytuje jen výjimečně.The basic drawback of the methods used to carry out aging, corrosion, ionizing radiation and other environmental effects on polymeric materials so far is that the most commonly used monitoring of the mechanical behavior of materials and their durability in various external environments corresponding to application practice environments is based on standard tests in which the test specimen material is subjected to uniaxial mechanical stress. In practice, products made of polymeric materials are in practice most often in the form of thin-walled shells subjected to multiaxial stress. In practice, stresses of such products under uniaxial stress are rare.
Uvedený nedostatek odstraňuje způsob provádění zkoušek tepelně-oxidačního a atmosférického stárnutí polymerů, zkoušek koroze a ostatních vlivů vnějšího prostředí na vzorcích podrobených rázovým zkouškám při víceosé napjatosti za použití padostrojů a vysokorychlostních trhacích strojů pro vyvolání nárazu trnem na stěnu zkoušených vzorků podle vynálezu. Podstata způsobu spočívá v tom, že se ze vstřikovacích polymerů vstřikují modelové výrobky tvaru destiček s filmovým vtokem o minimálních rozměrech 50 x 50 mm a z’vytlačovacích polymerů se vytlačují desky, které se rovněž rozřežou na destičky rozměrů 50 x 50 mm. Tyto modelové výrobky se pak vystaví v sériích od 5 do 25 kusů vždy na stejné straně působení různých vnějších prostředí v různých časových intervalech.This drawback removes the method of conducting thermo-oxidative and atmospheric aging of polymers, corrosion tests and other environmental influences on specimens subjected to impact tests at multiaxial stress using paddles and high-speed tear-off machines to induce impact on the wall of test specimens of the invention. The essence of the process is to inject model injection molded polymers with a minimum film size of 50 x 50 mm from injection molding polymers, and extruding polymers to extrude plates which are also cut into 50 x 50 mm size plates. These model products are then exposed in series from 5 to 25 pieces on the same side to different external environments at different time intervals.
Po expozici se modelové výrobky umístí na podpěru s kruhovým otvorem o minimálním průměru 40 mm a podrobí se nárazu trnem na střed exponované strany. Stanoví se tak energie potřebná k porušení vlivem lomu nebo trhlin ve zkoušené destičce. Průměrná energie k porušení jednotlivých sérií exponovaných destiček se pak vyhodnotí v % vzhledem k hodnotě průměrné energie k porušení neexponované série destiček, zkušených na stejné straně jako destičky exponované.After exposure, the model articles are placed on a support with a circular hole with a minimum diameter of 40 mm and subjected to a mandrel impact on the center of the exposed side. This determines the energy required for failure due to fracture or cracking in the test plate. The average rupture energy of the individual series of exposed plates is then evaluated in% of the value of the average rupture energy of the unexposed series of plates tested on the same side as the exposed plates.
Způsob provádění zkoušek tepelně-oxidačního a atmosférického stárnutí a ostatních vlivů vnějšího prostředí na polymery byl vypracován a ověřen na základě zkoušek různých polymerů např. typu polyetylénu, polypropylenu, polystyrenu, houževnatého polystyrenu, ABS-polymeru, strukturně lehčeného polypropylenu plněného uhličitanem vápenatým, polyesterových skelných laminátů aj. Z provedených zkoušek vyplynulo, že způsob podle vynálezu je vhodný i pro zkoušky koroze, vlivu ionizujícího záření a jiných vnějších vlivů na různé kovové i nekovové materiály např. na bázi ocele nerez, hliníku, duralu, obkladových materiálů, střešních krytin aj.The method of conducting tests of thermo-oxidative and atmospheric aging and other environmental effects on polymers has been developed and verified on the basis of tests of various polymers such as polyethylene, polypropylene, polystyrene, tough polystyrene, ABS polymer, structurally lightweight calcium carbonate filled polypropylene, polyester glass Testing has shown that the method according to the invention is also suitable for testing corrosion, ionizing radiation and other external influences on various metallic and non-metallic materials such as stainless steel, aluminum, duralumin, cladding materials, roofing, etc.
Z odzkoušených základních typů modelových výrobků tvaru desek různé tlouštky, U-profilů a dutých válců se nejvíce osvědčily destičky rozměrů 50 x 50 mm o tlouštce 4 mm, vyráběné vstřikováním polymerů filmovým vtokem do vstřikovací formy. Tento druh modelových výrobků má výhodu v tom, že je v něm nejlépe reprodukována složitá nadmolekulární struktura vstřikovaných polymerů, která se vyskytuje ve zcela obdobném stavu u většiny různě tvarovaných vstřiková ných výrobků z polymerů. Destičky s optimální tloušťkou 4 mm umožňují kromě modelování struktury skutečných výrobků i snadné porovnání průběhu stárnutí a koroze polymerů za použití standardních tahových, vrubových nebo rázových zkušebních těles, jejichž standardní tloušťka je 4 mm.Of the tested basic types of model products of the shape of plates of various thicknesses, U-profiles and hollow cylinders, the most successful ones were plates of dimensions 50 x 50 mm with a thickness of 4 mm, produced by injection of polymers by film inlet into the injection mold. This kind of patterned article has the advantage that the complex supramolecular structure of injection molded polymers is best reproduced in it, which occurs in a completely similar state to most differently shaped injection molded polymer articles. In addition to modeling the actual product structure, inserts with an optimum thickness of 4 mm also allow easy comparison of aging and corrosion of polymers using standard tensile, notched or impact specimens with a standard thickness of 4 mm.
Výše uvedené modelové výrobky tvaru destiček, které jsou připravovány za obdobných technologických podmínek jako při vstřikování skutečných výrobků se pak podrobují v sériích po asi 25 kusech působení příslušného vnějšího prostředí. V předem zvolených časových inter— valech se jednotlivé série exponovaných modelových výrobků odeberou ze zkoušeného prostředí a po kondicionaoi např. při teplotě 50 °C po dobu 48 hodin se podrobí rázovým zkouškám při víceosé napjatosti. Princip takové zkoušky spočívá v nárazu trnu na výrobek a vyhodnocení energie potřebné k jeho porušeni lomem, vznikem trhliny apod.The above-mentioned plate-shaped products, which are prepared under similar technological conditions to the injection of actual products, are then subjected in series to about 25 pieces to the respective external environment. At preselected time intervals, the individual series of exposed model articles are taken from the test environment and after conditioning at, e.g., 50 ° C for 48 hours, subjected to impact tests at multiaxial stress. The principle of such a test consists in the impact of the mandrel on the product and the evaluation of the energy needed to break it by fracture, crack formation, etc.
Náraz trnu směřuje kolmo na povrch výrobku, ve směru normály v místě dopadu. Ve stěně výrobku v okolí místa dopadu vznikne v průběhu nárazu víceosá napjatost. Zkouška se provádí jako pasivní pádová zkouška, při níž na výrobek dopadá trn s polokulovou dopadovou pracovní plochou volným pádem. Zkouška probíhá na vertikálním nebo kyvadlovém padostroji. Lze použít i vysokorychlostní trhací stroj či jiné zařízení. Padostroj nebo obdobné zařízení zajištuje vzájemnou polohu výrobku a trnu při nárazu. Výrobek je předem nárazem vhodně uložen nebo upnut v přípravku na základové desce padostroje. Velikost energie trnu dopadajícího na výrobek se reguluje změnou hmotnosti trnu nebo změnou jeho pádové výšky, příp. kombinací obou.The impact of the mandrel is directed perpendicular to the surface of the product, in the normal direction at the point of impact. During the impact, a multi-axial state of stress occurs in the wall of the product around the impact site. The test is performed as a passive drop test in which a product with a hemispherical impact working surface is dropped freely on the product. The test is performed on a vertical or pendulum glider. A high speed shredder or other equipment may also be used. A spike or similar device ensures the relative position of the product and the mandrel when impacted. The product is suitably stowed or clamped in the jig on the base of the glider in advance. The amount of energy of the mandrel striking the product is controlled by changing the weight of the mandrel or by changing its drop height, respectively. a combination of both.
Ke stanovení energie k porušení lze použít různých metod, popsaných v literatuře. Výrobky lze zkoušet při normální nebo jiné vhodné teplotě, odpovídající praxi.Various methods described in the literature can be used to determine the energy to break. The products may be tested at normal or any other appropriate temperature appropriate to practice.
Přestože rázové zkoušky při víceosé napjatosti se používají již řadu let ke zkoušení různě tvarovaných výrobků, nebylo dosud popsáno využití těchto zkoušek k hodnocení životnosti a odolnosti materiálů vůči vlivům vnějšího prostředí, např. při zkouškách stárnutí. Výhodou nového způsobu provádění těchto zkoušek podle vynálezu je podstatně větší citlivost než u dosud používaných standardních způsobů zkoušek stárnutí. Změny v materiálu modelového výrobku vzniklé v důsledku expozice ve vnějších prostředích se na výsledcích rázových zkoušek při víceosé napjatosti projevují totiž mnohem výrazněji než u standardních zkoušek při napjatosti jednoosé.Although multi-axis stress tests have been used for many years to test differently shaped products, the use of these tests to assess the durability and resistance of materials to environmental influences, such as aging tests, has not been described. The advantage of the novel method of carrying out these tests according to the invention is that the sensitivity is much greater than that of the standard aging test methods used hitherto. Changes in the material of a model product due to exposure to external environments have a much greater impact on the results of impact tests at multiaxial stress than in standard uniaxial stress tests.
Jinou výhodou je to, že způsob zkoušek podle vynálezu poskytuje v přiblížení skutečnou životnost, tj. dobu použitelnosti reálných výrobků za podmínek podobnosti vnějších prostředí.Another advantage is that the test method of the invention provides, in approach, the actual lifetime, i.e., the shelf life of real products under similar environmental conditions.
V praxi jsou totiž skutečné výrobky ve většině případů podrobeny víceosé napjatosti. Další výhodou je pak to, že velikost variačního koeficientu do asi 20 % je u zkoušky podle vynálezu srovnatelná s variačním koeficientem u standardních zkoušek rázové a vrubové houževnatosti exponovaných zkušebních těles při jednoosé napjatosti.In practice, in most cases, real products are subjected to multiaxial stresses. Another advantage is that the coefficient of variation of up to about 20% in the test according to the invention is comparable to the coefficient of variation in the standard impact and notch toughness tests of exposed test specimens at uniaxial stress.
Způsob provádění zkoušek tepelně-oxidačního a atmosférického stárnutí polymerů podle vynálezu je blíže osvětlen na následujících příkladech.The method of conducting the heat oxidation and atmospheric aging tests of the polymers of the present invention is illustrated in greater detail in the following examples.
Příklad 1Example 1
Tepelně-oxidační stárnutí polypropylenu. Zkoušky byly prováděny na tepelně stabilizovaném polypropylenu MOSTEN 52 522 ve formě granulátu s indexem toku 1,98 g/10 min a indukční periodou 207 min. Z polypropylenu byly vstřikováním filmovým vtokem vyrobeny modelové výrobky tvaru destiček 50 x 50 mm o jmenovité slouštce 1, 2 a 4 mm. Technologické podmínky vstřikování: teplota taveniny 230 °C, teplota formy 60 °C, vstřikovací tlak 80 MPa, dotlak 70 MPa. Ze stejného materiálu byla za obdobných podmínek vyrobena i zkušební tělesa pro zkoušku tahem typu-II podle ČSN 64 0605 a pro stanovení vrubové houževnatosti metodou Charpy č. 2 podle ČSN 64 0612.Thermo-oxidative aging of polypropylene. The tests were performed on thermostabilized polypropylene MOSTEN 52 522 in the form of a granulate with a flow index of 1.98 g / 10 min and an induction period of 207 min. The 50 x 50 mm plate model products of nominally 1, 2 and 4 mm in diameter were made from polypropylene by injection molding. Injection technology conditions: melt temperature 230 ° C, mold temperature 60 ° C, injection pressure 80 MPa, pressure 70 MPa. Test specimens for tensile test type-II according to ČSN 64 0605 and for determination of notch toughness by method Charpy No. 2 according to ČSN 64 0612 were made from the same material under similar conditions.
Vyrobené destičky v počtu 25 kusů na každý z plánovaných odběrů pro různé časové intervaly byly spolu se standardními tělesy pro zkoušku tahem a stanovení vrubové houževnatosti, po 10 ks na každý odběr, umístěny v teplovzdušných sušárnách a podrobeny stárnutí při teplotách 130, 110 a 90 °C. Po uplynutí zvolených časových intervalů v násobcích tisíců hodin byly z jednotlivých sušáren odebírány exponované destičky a exponovaná zkušební tělesa. Po jejich vychladnutí v exsikátoru nad silikagelem byly při normální teplotě změřeny jejich základní mechanické a chemicko-fyzikální vlastnosti.The 25-piece plates produced for each of the scheduled sampling times for various time intervals, along with standard tensile and notch toughness specimens, 10 pieces per sampling, were placed in hot air driers and aged at 130, 110 and 90 ° C. After the selected time intervals in multiples of thousands of hours, exposed plates and exposed test specimens were removed from individual dryers. After cooling in a desiccator over silica gel, their basic mechanical and chemical-physical properties were measured at normal temperature.
Tahové zkoušky byly provedeny rychlostí 5 m.min-''·. Stárnuté i nestárnuté destičky všech tlouštěk byly na vertikálním padostroji podrobeny pasivní pádové zkoušce. Uspořádání zkoušky je patrné na obr. la, lb a lc. Zkušební destička 2 byla uložena na ocelovém hranolu 2 s kruhovým otvorem é 40 mm. Poloha hranolu 2 na základové desce 2 fixována čepem 2» poloha destičky 2 na ocelovém hranolu 2 byla fixována kolíky 2· Tak bylo zaručeno, že nárazník trnu 2 dopadal na střed destičky 2i a osa otvoru procházela bodem dopadu nárazníku trnu 2 na destičku a těžištěm trnu. Trn 2 byl opatřen nárazníkem s polokulovou dopadovou plochou poloměru 5 mm se zakaleným povrchem, aby v průběhu zkoušek nedošlo k její trvalé deformaci. Změna energie dopadajícího trnu byla prováděna změnou pádové výšky.Tensile tests were conducted at 5 meters per minute - '' ·. The aging and non-aging plates of all thicknesses were subjected to a passive drop test on a vertical padlock. The test setup is shown in Figures 1a, 1b and 1c. The test plate 2 was mounted on a steel prism 2 with a 40 mm circular hole. Position of the prism 2 to the base plate 2 is fixed pin 2 »position of the plate 2 on the steel prism 2 being fixed pins 2 · So as to ensure that the bumper mandrel 2 impinges on the center plate 2i and the hole axis passing through the point of impact of the bumper of the mandrel 2 on the plate and the center of gravity of the mandrel . The mandrel 2 was provided with a bumper with a hemispherical impact surface of 5 mm radius with a cloudy surface to prevent permanent deformation during the tests. The energy of the incident mandrel was changed by changing the drop height.
Bylo použito tzv. stupňovité zkušební metody, která spočívá v tom, že série 25 kusů destiček se postupně vystaví nárazu trnu který padá volným pádem. Energie trnu je dána součinem hmotnosti trnu a pádové výšky. V případě porušení první destičky lomem, příp. vznikem trhliny se energie trnu dopadajícího na následující destičku o předem určenou velikost např. o jeden stupeň, sníží, nedojde-li k poruše destičky, energie se o jeden stupeň zvýší. Tento postup se opakuje pro celou sérii destiček. Každá destička se podrobí nárazu pouze jedenkrát. Velikost stupně se během zkoušky nemění.The so-called step test method was used, which consists in that a series of 25 pieces of plates are gradually exposed to the impact of a mandrel which falls freely. The energy of the mandrel is given by the product of the weight of the mandrel and the fall height. In the case of breakage of the first plate by fracture, resp. by developing a crack, the energy of the mandrel striking the next plate by a predetermined size, e.g., one degree, is reduced, unless the plate fails, the energy is increased by one degree. This procedure is repeated for a whole series of plates. Each plate is impacted only once. The step size does not change during the test.
Matematickým zpracováním výsledků pádové zkoušky např. podle DIN 53 443 aj. byla pak vypočtena energie k porušení v joulech. Je to kinetická energie padajícího trnu potřebná k porušení zkušební destičky. Zároveň byla vypočtena směrodatná odchylka a variační koeficient této energie. Pro srovnání energie k porušení destiček o různých tlouštkách byly zjištěné hodnoty děleny střední tlouštkou destiček, a byla tak vypočtena energie k porušení na 1 mm tlouštky v J.mm-''.By means of mathematical processing of the drop test results, eg according to DIN 53 443 etc., the energy to failure in joules was calculated. It is the kinetic energy of the falling mandrel needed to break the test plate. At the same time, the standard deviation and the coefficient of variation of this energy were calculated. For comparison energy violation wafers with different thicknesses were observed value divided by the average thickness of the platelets and the energy thus calculated to breach on a 1 mm thickness in J.mm - '.
Naměřené výsledky jsou znázorněny v grafech na obr. 2 až obr. 4. Hodnoty změn energie k porušení exponovaných destiček jsou zde vyjádřeny v % vzhledem k energii k porušení výchozích neexponovaných destiček, jejíž hodnota je položena rovna 100 4. Na obr. 2 jsou výsledky stárnutí při 130 °C, na obr. 3 při 110 °C a na obr. 4 při 90 °C. Pro srovnání jsou na stejných grafech uvedeny i percentuální změny tahových vlastností standardních zkušebních těles na době stárnutí, závislost hustoty h a roztokové viskozity éta polymeru. Z grafů je zřejmé, že změny zjištěné způsobem podle vynálezu se vyznačují větší citlivostí než standardní tahové zkoušky, protože změny energie k porušení modelových výrobků činily při teplotě stárnutí 130 °C asi 1 200 4, při 110 °C asi 900 4 a při 90 °C asi 500 4. Oproti tomu změny tahových vlastností: meze kluzu prodloužení na mezi kluzu tažnosti delta, napětí k dosaženíThe measured results are shown in the graphs in Figures 2 to 4. The values of the energy changes for the failure of the exposed platelets are expressed here in% relative to the energy for the failure of the default unexposed platelets of 100 4. Figure 2 shows the results aging at 130 ° C, in Fig. 3 at 110 ° C and in Fig. 4 at 90 ° C. For comparison, the same graphs also show the percentage changes in tensile properties of standard test specimens on aging time, the dependence of density h and solution viscosity of the polymer. The graphs show that the changes detected by the method of the invention are more sensitive than the standard tensile tests, since the energy changes for model article failure were about 1200 at an aging temperature of 130 ° C, about 900 4 at 110 ° C and at 90 ° C about 500 4. In contrast, changes in tensile properties: yield strength elongation at yield strength delta, stress to reach
2204 prodloužení t>2204 a mo<4u4u E u standardních zkušebních těles zkoušených standardním způsobem při jednoosé napjatosti nepřesahují při teplotě stárnutí 130 °C asi 150 4, při 110 °C 70 4 a při 90 °C 30 4.2204 elongations t> 2204 and mo <4u4u E for standard test specimens tested in a standard manner under uniaxial stress, at an aging temperature of 130 ° C do not exceed about 150 4, at 110 ° C 70 4 and at 90 ° C 30 4.
Vyšáí citlivost způsobu podle vynálezu je dále dokumentována grafy na obr. 5, na němž je porovnání výsledků měřeni na modelových výrobcích způsobem podle vynálezu a na standardních tělesech při jednoosé napjatosti.The higher sensitivity of the method according to the invention is further documented by the graphs in Fig. 5, in which a comparison of the measurement results on the model articles according to the method according to the invention and on standard bodies at uniaxial stress is compared.
Na obr. 6 jsou graficky znázorněny závislosti energie k porušení stárnutých destiček různých tlouštěk na době stárnutí při různých teplotách stárnutí přepočtěné na 1 mm tloušEky.Figure 6 is a graphical representation of the energy dependence of aging plates of different thicknesses on aging time at different aging temperatures, calculated to 1 mm thickness.
Z grafu je patrné, še největší změny energie k porušení vykazují destičky o největší tloušEce, tj. 4 mm, což souvisí se zjištěným mechanismem porušení stárnutých desek.It is apparent from the graph that the largest changes in the energy to failure are shown by the plates having the greatest thickness, i.e. 4 mm, which is related to the observed mechanism of failure of the aged plates.
Z grafů na obr. 2 až 4 lze prokázat, že počáteční nárůst energie k porušení stárnutých modelových destiček o tloušEce 4 mm na maximum ležící zhruba u 4 000 hodin je způsoben převládajícím zpevněním polypropylenu vlivem jeho dodatečné krystalizace při zvýšených teplotách stárnuti. Tomu nasvědčuje obdobný nárůst hustoty s obdobně situovaným maximem. Při dalším stárnuti nad 4 000 až 8 000 hodin dochází k postupnému poklesu energie k poškozeni stárnutých vzorků, přičemž tento pokles je způsoben převládajícím oxidačním štěpením polymeru spojeném s tvorbou pórů a trhlin. Tomu nasvědčuje i postupný pokles hustoty polymeru pod její výchoz! hodnotu a dalši pokles logaritmu viskozitnlho čísla polymeru, který si v celém průběhu stárnutí zachovává lineární nezesltěnou strukturu.From the graphs in Figures 2 to 4, it can be shown that the initial increase in energy to break the aging 4 mm thick platelets to a maximum of about 4000 hours is due to the predominant consolidation of polypropylene due to its additional crystallization at elevated aging temperatures. This is indicated by a similar increase in density with a similarly situated maximum. Upon further aging over 4000 to 8000 hours, a gradual decrease in energy causes damage to the aged samples, which is due to the predominant oxidative cleavage of the polymer associated with the formation of pores and cracks. This is also indicated by the gradual decrease of the polymer density below its starting point! value and further decrease in the logarithm of the viscosity number of the polymer, which retains a linear unbrushed structure throughout the aging process.
Příklad 2Example 2
Zkoušky tepelně-oxidačního stárnutí ABS-polymeru. Bylo použito ABS-polymeru FORSAN 548 z produkce k. p. Chemopetrol o indexu toku 1,99 g/10 min. Postup výroby zkušebních destiček byl. stejný jako v příkladu 1. Technologické podmínky: teplota taveniny 212 °C, teplota formy 66 °C, vstřikovací tlak 80 MPa, dotlak 80 MPa. Vzorky byly stárnuty 20 000 hodin při 70 °C.Tests of thermal oxidation aging of ABS-polymer. The ABS-polymer FORSAN 548 produced by Chemopetrol with a flow index of 1.99 g / 10 min was used. The test plate manufacturing process was. same as in Example 1. Technological conditions: melt temperature 212 ° C, mold temperature 66 ° C, injection pressure 80 MPa, pressure 80 MPa. The samples were aged for 20,000 hours at 70 ° C.
Výsledky měření jsou graficky znázorněny na obr. 7 jako závislosti percentuálních změn energie k poškození-modelových výrobků na době stárnutí v tisících hodin. Pro srovnání jsou v grafu uvedeny i změny mechanických vlastností naměřené na standardních zkušebních tělesech:The measurement results are graphically depicted in Fig. 7 as the percent changes in energy to damage-model products on aging time in thousands of hours. For comparison, the graph also shows changes in mechanical properties measured on standard test specimens:
meze kluzu bR^., protažení na mezi kluzu cKfc, pevnosti tahrfbp^., tažnosti delta, modulu E, vrubové houževnatosti a„, tvrdosti dle Brinella T„ a hustoty h.yield strength b R ^., yield strength c Kfc , tensile strength tbfbp ^, delta ductility, modulus E, notch toughness ", Brinell hardness T " and density h.
Λ VΛ V
Spodní vodorovná čárkovaná přímka vyznačuje poloviční, tj. 50% pokles sledovaných vlastnosti. Průsečík této přímky s křivkou časové závislosti příslušné vlastnosti pak vyznačuje na časové ose životnost při dané teplotě stárnutí z hlediska oné vlastnosti. Tak např. z obr. 7 vyplývá, že životnost 05/2' doba Pr° poloviční pokles tažnosti delta standardních zkušebních těles je asi 1 500 h, životnost θΕ/2' Li · ůoba Pr° poloviční pokles energie k porušení modelových výrobků podle vynálezu je asi 13 000 h, životnost DaK/2' · doba pro poloviční pokles vrubové houževnatosti aK standardních zkušebních těles je asi 17 000 h.The lower horizontal dashed line indicates a 50% or 50% decrease in the observed properties. The intersection of this line with the curve of the time dependence of the relevant property then indicates on the timeline the service life at a given aging temperature in terms of that property. For example, Fig. 7 shows that the lifetime 05/2 ' time P r ° half the elongation of the delta standard test specimens is about 1 500 h, the lifetime θ Ε / 2' Li P r ° half the energy decrease due to model failure of the products according to the invention is about 13,000 h, the service life D and K / 2 ', the time for half the notch toughness and the standard test bodies is about 17,000 h.
Z obr. 7 dále vyplývá, že pro případ tepelně-oxidačního stárnutí ABS-polymeru při 70 °C nastává od samého začátku zkoušek stárnutí relativně rychlé křehnutí polymeru, které se projevuje náhlým poklesem tažnosti delta standardních těles, postupným poklesem energie k poškození modelových výrobků a pomalejším poklesem vrubové houževnatosti aR standardních těles. Toto křehnutí ABS-polymeru, které je doprovázeno tvorbou trhlin a pórů v polymeru, jak na tč ukazuje pokles hustoty polymeru s dobou stárnutí, je způsobeno oxidačním štěpením polybutadienové složky v ABS-polymeru, což bylo prokázáno z paralelních měření infračervených spekter stárnutých vzorků.Figure 7 furthermore shows that for the case of thermo-oxidative aging of the ABS polymer at 70 ° C, from the very beginning of the aging tests, the relatively brittle embrittlement of the polymer results in a sudden decrease in the ductility of standard bodies, slower decrease in notch toughness and R of standard bodies. This embrittlement of the ABS polymer, which is accompanied by the formation of cracks and pores in the polymer, as shown by the decrease in polymer density with aging time, is due to oxidative cleavage of the polybutadiene component in the ABS polymer.
IAND
Příklad 3Example 3
Porovnáni atmosférického stárnutí různých polyolefinů a styrenových hmot a kopolymerů.Comparison of atmospheric aging of various polyolefins and styrene materials and copolymers.
Jako výchozích polymerů bylo použito:The following polymers were used as starting polymers:
1. -Polyetylénu PE zn. LITEN MT 62, světelně stabilizovaný, index toku 5,62 g/10 min.1. -Polyethylene PE branded LITEN MT 62, light stabilized, flow index 5.62 g / 10 min.
2. Polypropylenu PP zn. MOSTEN 52 532, světelně stabilizovaný, index toku 1,71 g/10 min.2. Polypropylene PP brand MOSTEN 52 532, light stabilized, flow index 1.71 g / 10 min.
3. Kopolymeru propylen-etylen CEP zn. MOSTEN 55 235, stabilizovaný sazemi, index toku 0,36 g/10 min.3. MOSTEN 55 235 propylene-ethylene copolymer, stabilized by carbon black, flow index 0.36 g / 10 min.
4. Polystyren PS zn. KRASTEN 127, čirý, idnex toku 4,63 g/10 min.4. Polystyrene PS brand KRASTEN 127, clear, flow idnex 4.63 g / 10 min.
5. Houževnatého polystyrenu hPS zn. KRASREN 552, bílý, index toku 1,76 g/10 min.5. Tough polystyrene hPS brand KRASREN 552, white, flow index 1.76 g / 10 min.
6. ABS-polymeru zn. FORSAN 548, stabilizovaný sazemi, index toku 1,47 g/10 min.6. FORSAN 548 ABS polymer, stabilized by carbon black, flow index 1.47 g / 10 min.
Způsobem popsaným v příkladu 1 byly z výše uvedených polymerů připraveny zkušební destičkyTest plates were prepared as described in Example 1 from the above polymers
Modelové výrobky - destičky - i standardní zkušební tělesa byly upnuty ve speciálních držácích, v hliníkových fixačních panelech podle čs. AO 220 633 o rozměrech 550 x 330 x 2 mm. Tyto panely byly pak upevněny v expozičních stojanech v klimatické stanici v Praze-Letňanech a v normalizované poloze, ve sklonu 135° k jihu ve výšce 1 m nad zemí byly vystaveny vlivu povětrnosti. Jednotlivé fixační panely byly pak v 3měsičních intervalech odebírány, destičky a zkušební tělesa byly uvolněny, omyty vodou, otřeny a vysušeny při 50 °C po dobu 48 h. Poté byly na vzorcích měřeny vlastnosti jako v příkladu 2. Výsledky vlivu povětrnosti po 3 letních měsících v Ϊ změny jsou uvedeny v tabulce 2. Hodnota 100 % odpovídá výchozím neexponovaným vzorkům.The model products - inserts - as well as the standard test specimens were clamped in special holders, in aluminum fixation panels according to CS. AO 220 633 with dimensions 550 x 330 x 2 mm. These panels were then mounted in exposure stands in the Prague-Letňany climatic station and in a normalized position, inclined 135 ° to the south at a height of 1 m above the ground, they were exposed to the weather. The individual fixation panels were then removed at 3-month intervals, the plates and specimens were loosened, washed with water, wiped and dried at 50 ° C for 48 h. The properties were then measured as in Example 2. Weathering results after 3 summer months v Ϊ changes are shown in Table 2. 100% corresponds to the default unexposed samples.
Tabulka 2Table 2
Měřená % změny po 3 měsících atmosfér, stárnutíMeasured% change after 3 months of atmosphere, aging
tost aR and R
Pozn.: x/1 bez lomu při 23 a při »-40 °C x/2 = tažnost větší než 220 % ležící mimo měřicí rozsah trhacího strojeNote: x / 1 without fracture at 23 and at -40 ° C x / 2 = elongation greater than 220% outside the measuring range of the shredder
Z tabulky vyplývá, že již po 3 měsících atmosférického stárnutí světelně stabilizovaných polyolefinů a polystyrenů je možno způsobem dle vynálezu zjistit výrazné změny, tj. pokles energie k porušení modelových výrobků z původních 100 % pro výchozí-nestárnutý stav vzorků na např. 66,3 % pro polypropylen nebo 20,7 % pro ABS-polymer. Pouze u polyetylénu PE, který se vyznačuje mimořádně vysokou tažností a houževnatostí nemohly být ani po 3měsíčním stárnutí změřeny příslušné hodnoty energie k porušení destiček jak při normální teplotě, tak i při -40 °C, poněvadž zkoušené destičky se při pádových zkouškách pouze plasticky deformují bez tvorby křehkých trhlin a bez lomu. Teprve po delší době atmosférického stárnutí nastává křehnutí tohoto typu polyetylénu a stárnuté destičky se při pádových zkouškách porušují křehkým způsobem. Jejich energie k porušení se postupně snižuje se zvyšující se dobou atmosférického stárnutí.The table shows that even after 3 months of atmospheric aging of light stabilized polyolefins and polystyrenes, the method according to the invention shows significant changes, ie the decrease of energy for failure of model products from the original 100% for initial-ageless state of samples to eg 66.3% for polypropylene or 20.7% for ABS polymer. Only PE polyethylene, which is characterized by extremely high ductility and toughness, could not be measured after 3 months of aging due to the corresponding energy values for plate failure at both normal temperature and -40 ° C, since the test plates only plastically deform without drop formation of brittle cracks and without fracture. It is only after a long period of atmospheric aging that this type of polyethylene becomes brittle and the aging platelets fail in a brittle manner in drop tests. Their energy to break down gradually decreases with increasing time of atmospheric aging.
Z tabulky 2 je zřejmá i vysoká citlivost zkoušek atmosférického stárnutí podle vynálezu, značně přesahující citlivost standardních zkoušek stárnutí.Table 2 also shows the high sensitivity of the atmospheric aging tests according to the invention, well above the sensitivity of standard aging tests.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CS823793A CS258251B1 (en) | 1982-05-24 | 1982-05-24 | Method of polymers' thermal oxidation and atmospheric ageing tests realization |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CS823793A CS258251B1 (en) | 1982-05-24 | 1982-05-24 | Method of polymers' thermal oxidation and atmospheric ageing tests realization |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CS379382A1 CS379382A1 (en) | 1987-12-17 |
| CS258251B1 true CS258251B1 (en) | 1988-08-16 |
Family
ID=5379048
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CS823793A CS258251B1 (en) | 1982-05-24 | 1982-05-24 | Method of polymers' thermal oxidation and atmospheric ageing tests realization |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CS (1) | CS258251B1 (en) |
-
1982
- 1982-05-24 CS CS823793A patent/CS258251B1/en unknown
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CS379382A1 (en) | 1987-12-17 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Sahu et al. | Effect of UV exposure on bimodal HDPE floats for floating solar application | |
| Alwis et al. | Time-temperature superposition to determine the stress-rupture of aramid fibres | |
| Swallowe | Mechanical properties and testing of polymers: an A–Z reference | |
| Pillay et al. | Effects of moisture and UV exposure on liquid molded carbon fabric reinforced nylon 6 composite laminates | |
| Shen et al. | Effects of sorbed water on properties of low and high molecular weight PMMA: 1. Deformation and fracture behaviour | |
| Grande et al. | Rate‐dependent self‐healing behavior of an ethylene‐co‐methacrylic acid ionomer under high‐energy impact conditions | |
| Noda et al. | Fatigue failure mechanisms of short glass-fiber reinforced nylon 66 based on nonlinear dynamic viscoelastic measurement | |
| Cheng et al. | Mechanical behaviour of poly (methyl methacrylate) Part 1 Tensile strength and fracture toughness | |
| Brown et al. | The transition between ductile and slow-crack-growth failure in polyethylene | |
| Imaddahen et al. | Multi‐scale analysis of short glass fiber‐reinforced polypropylene under monotonic and fatigue loading | |
| Zhao et al. | Aging behaviour and properties evaluation of high-density polyethylene (HDPE) in heating-oxygen environment | |
| CS258251B1 (en) | Method of polymers' thermal oxidation and atmospheric ageing tests realization | |
| Qayyum et al. | The effect of weathering on residual stresses and mechanical properties in injection-moulded semi-crystalline polymers | |
| Qayyum et al. | Weathering of injection-moulded glassy polymers: changes in residual stress and fracture behaviour | |
| Pusz et al. | Creep damage mechanisms in gas pipes made of high density polyethylene | |
| Pons et al. | An Environmental Stress Cracking (ESC) test to study the ageing of biopolymers and biocomposites | |
| Therese Pick et al. | The effect of cooling rate on the impact performance and dynamic mechanical properties of rotationally molded metallocene catalyzed linear low density polyethylene | |
| Wnuk et al. | Design and application of an instrumented falling weight impact tester | |
| Pick et al. | An investigation into the relationship between the impact performance of rotationally molded polyethylene products and their dynamic mechanical properties | |
| Maxwell et al. | Prediction of environmental stress cracking resistance in linear low density polyethylenes | |
| Sandilands et al. | An examination of the role of flaw size and material toughness in the brittle fracture of polyethylene pipes | |
| Cakmak et al. | The effect of biaxial orientation and crystallinity on the long‐term creep behavior of poly (ethylene terephthalate) films below glass transition temperature | |
| Bal et al. | Effect of Changing Environments on Microstructure of HDPE Polymer | |
| Atahan et al. | Evaluation of recycled content guardrail posts | |
| RU2334232C1 (en) | Method for detecting of structural heterogeneity of elastomers |