CS258251B1 - A method for conducting thermal oxidation and atmospheric aging tests of polymers - Google Patents
A method for conducting thermal oxidation and atmospheric aging tests of polymers 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
- tests
- impact
- exposed
- series
- Prior art date
Links
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 performing tests of thermal-oxidative and atmospheric aging of polymers, corrosion tests and other external environmental influences on samples subjected to impact tests under multiaxial tension using parachutes to cause a mandrel impact on the wall of the tested samples. From the tested injection-molded polymer types, model products in the form of plates with a film gate measuring 50 x 50 mm are injected or larger extruded plates are cut into 50 x 50 mm plates, then these model products are exposed in series of 5 to 25 pieces, always on the same side, to the action of different external environments at different time intervals, after exposure, the plates are placed ■on a support with a circular hole of at least 40 mm diameter and subjected to a mandrel impact on the center of the exposed surface and the energy to failure due to fracture or cracks in the tested plate is determined. The average energy to failure of individual series of exposed plates is evaluated in % relative to the value of the average energy to failure of the unexposed series of plates.
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 of performing thermal-oxidative aging tests of polymer materials in hot-air dryers, atmospheric aging tests of polymers in climate stations, corrosion tests of materials in various environments, tests of the influence of ionizing radiation and other influences of the external environment on various non-metallic, especially polymer 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 determine changes in the mechanical behavior of polymers depending on the time and conditions of exposure to external influences, to determine the resistance and service life of products made of these materials in various environments and to determine the conditions of processing and use of materials. The vast majority of tests of thermal-oxidative and atmospheric aging, corrosion tests and other effects of the external environment on various, especially polymer materials, used so far are based on monitoring irreversible changes in basic mechanical and chemical-physical properties, measured on test specimens for tensile testing and for determining impact or notch toughness, e.g. by the Charpy, Izod, Dynstat, or impact tensile methods depending on the time and conditions of exposure to 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 standard mechanical properties, the relevant test specimens are subjected to uniaxial tension, i.e. uniaxial tensile or bending stresses arise in the specimens. It is also known that in the case of aging, corrosion and other environmental influences, the determination of ductility changes and changes in notch and impact toughness or changes in fracture energy are among the most sensitive test methods, which provide basic criteria for assessing the service life and resistance of materials to various environmental influences.
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.The lifetime of a material in a given environment is most often defined as the time in hours or years after which a defined change occurs, e.g. a 50% decrease in ductility, notch or impact toughness or other properties of exposed materials relative to the initial unexposed materials. These lifetime values are most often determined from graphical dependences of changes in the above-mentioned mechanical properties of materials on the exposure time in the given 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 shortcoming of the methods used so far for testing aging, corrosion, the effects of ionizing radiation and other external environmental influences on polymer materials is the fact that the most frequently used monitoring of the mechanical behavior of materials and their service life in various external environments, corresponding to the environments of application practice, is based on the performance of standard tests, in which the material in the form of a test specimen is subjected to uniaxial mechanical stress. In practice, products made of polymer materials are most often found in the form of thin-walled shells subjected to multiaxial stress. Stressing of such products under uniaxial stress occurs only exceptionally in practice.
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.The above-mentioned deficiency is eliminated by the method of performing tests of thermal-oxidative and atmospheric aging of polymers, corrosion tests and other environmental influences on samples subjected to impact tests under multiaxial tension using parachutes and high-speed tearing machines to cause a mandrel impact on the wall of the tested samples according to the invention. The essence of the method lies in the fact that model products in the form of plates with a film gate of minimum dimensions of 50 x 50 mm are injected from injection polymers and plates are extruded from extrusion polymers, which are also cut into plates of dimensions of 50 x 50 mm. These model products are then exposed in series of 5 to 25 pieces, always on the same side, to the action of various 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 products are placed on a support with a circular hole of a minimum diameter of 40 mm and subjected to impact with a mandrel on the center of the exposed side. This determines the energy required to break due to fracture or cracks in the tested plate. The average energy to break of the individual series of exposed plates is then evaluated as a % relative to the value of the average energy to break 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 for performing tests of thermal-oxidative and atmospheric aging and other effects of the external environment on polymers was developed and verified based on tests of various polymers, e.g. polyethylene, polypropylene, polystyrene, high-impact polystyrene, ABS polymer, structurally lightweight polypropylene filled with calcium carbonate, polyester glass laminates, etc. The tests performed showed that the method according to the invention is also suitable for testing corrosion, the effects of ionizing radiation and other external effects on various metallic and non-metallic materials, e.g. based on stainless steel, aluminum, duralumin, cladding materials, roofing materials, 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 in the form of plates of various thicknesses, U-profiles and hollow cylinders, the most successful were plates measuring 50 x 50 mm and 4 mm thick, produced by injecting polymers through a film gate into an injection mould. This type of model product has the advantage that it best reproduces the complex supramolecular structure of injected polymers, which occurs in a completely similar state in most differently shaped injected polymer products. Plates with an optimal thickness of 4 mm allow, in addition to modelling the structure of real products, an easy comparison of the ageing and corrosion of polymers using standard tensile, notch or impact test specimens, the standard thickness of which is 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 model products in the form of plates, which are prepared under similar technological conditions as during the injection molding of real products, are then subjected in series of about 25 pieces to the action of the relevant external environment. At pre-selected time intervals, individual series of exposed model products are removed from the tested environment and, after conditioning, e.g. at a temperature of 50 °C for 48 hours, they are subjected to impact tests under multiaxial tension. The principle of such a test consists in the impact of a mandrel on the product and the evaluation of the energy required for its failure by fracture, the formation of a crack, 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 direction of the normal at the point of impact. During the impact, multiaxial tension is created in the wall of the product around the point of impact. The test is performed as a passive drop test, in which a mandrel with a hemispherical impact working surface falls on the product in free fall. The test is performed on a vertical or pendulum fall arrester. A high-speed tearing machine or other device can also be used. The fall arrester or similar device ensures the mutual position of the product and mandrel during impact. The product is suitably placed or clamped in a fixture on the base plate of the fall arrester in advance of the impact. The amount of energy of the mandrel hitting the product is regulated by changing the weight of the mandrel or changing its fall height, or 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 failure. Products can be tested at normal or other suitable temperature, consistent with 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 impact tests under multiaxial tension have been used for many years to test variously shaped products, the use of these tests to evaluate the durability and resistance of materials to external environmental influences, e.g. in aging tests, has not yet been described. The advantage of the new method of performing these tests according to the invention is significantly greater sensitivity than in the standard aging test methods used so far. Changes in the material of the model product resulting from exposure to external environments are reflected much more significantly in the results of impact tests under multiaxial tension than in standard tests under uniaxial tension.
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 testing method according to the invention provides an approximation of the actual service life, i.e. the useful life of real products under conditions similar to external environments.
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, real products are in most cases subjected to multiaxial stress. Another advantage is that the magnitude of the coefficient of variation of up to about 20% in the test according to the invention is comparable to the coefficient of variation in standard tests of impact and notch toughness of exposed test specimens under uniaxial stress.
Způsob provádění zkoušek tepelně-oxidačního a atmosférického stárnutí polymerů podle vynálezu je blíže osvětlen na následujících příkladech.The method of performing thermal-oxidative and atmospheric aging tests of polymers according to the invention is illustrated in more 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.Thermal-oxidative aging of polypropylene. The tests were carried out on heat-stabilized polypropylene MOSTEN 52 522 in the form of granules with a flow index of 1.98 g/10 min and an induction period of 207 min. Model products in the form of plates 50 x 50 mm with a nominal thickness of 1, 2 and 4 mm were produced from polypropylene by injection molding with a film gate. Technological injection molding conditions: melt temperature 230 °C, mold temperature 60 °C, injection pressure 80 MPa, contact pressure 70 MPa. Test specimens for the type-II tensile test according to ČSN 64 0605 and for determining the notch toughness by the Charpy method No. 2 according to ČSN 64 0612 were also manufactured 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 manufactured plates in the number of 25 pieces for each of the planned samplings for different time intervals were placed in hot-air dryers together with standard specimens for tensile testing and determination of notch toughness, 10 pieces for each sampling, and subjected to aging at temperatures of 130, 110 and 90 °C. After the selected time intervals in multiples of thousands of hours, the exposed plates and exposed test specimens were removed from the individual dryers. After they had cooled 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 carried out at a speed of 5 m.min - ''·. Aged and unaged plates of all thicknesses were subjected to a passive drop test on a vertical drop machine. The test arrangement is shown in Fig. la, lb and lc. The test plate 2 was placed on a steel prism 2 with a circular hole é 40 mm. The position of the prism 2 on the base plate 2 was fixed by a pin 2» the position of the plate 2 on the steel prism 2 was fixed by pins 2· Thus it was guaranteed that the bumper of the mandrel 2 fell on the center of the plate 2i and the axis of the hole passed 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 radius 5 mm with a dull surface, so that it would not be permanently deformed during the tests. The energy of the falling 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 the fact that a series of 25 plates are gradually exposed to the impact of a mandrel falling in free fall. The energy of the mandrel is given by the product of the mandrel weight and the fall height. In the event of breakage of the first plate by fracture or the formation of a crack, the energy of the mandrel hitting the next plate is reduced by a predetermined amount, e.g. by one step; if the plate does not fail, the energy is increased by one step. This procedure is repeated for the entire series of plates. Each plate is subjected to the impact only once. The size of the step 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 mathematically processing the results of the drop test, e.g. according to DIN 53 443, etc., the energy to failure in joules was then calculated. This is the kinetic energy of the falling mandrel required to break the test plate. At the same time, the standard deviation and the coefficient of variation of this energy were calculated. To compare the energy to failure of plates of different thicknesses, the values found were divided by the average thickness of the plates, and the energy to failure per 1 mm of thickness was thus calculated 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 Fig. 2 to Fig. 4. The values of the changes in the energy to break the exposed plates are expressed here in % relative to the energy to break the initial unexposed plates, the value of which is set equal to 100 4. Fig. 2 shows the results of aging at 130 °C, Fig. 3 at 110 °C and Fig. 4 at 90 °C. For comparison, the same graphs also show the percentage changes in the tensile properties of standard test specimens on the aging time, the dependence of the density h and the solution viscosity eta of the polymer. It is clear from the graphs that the changes detected by the method according to the invention are characterized by greater sensitivity than standard tensile tests, because the changes in the energy to failure of the model products were about 1,200 4 at an aging temperature of 130 °C, about 900 4 at 110 °C and about 500 4 at 90 °C. In contrast, the changes in the tensile properties: yield strength elongation to yield strength delta, stress to yield
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 tension do not exceed about 150 4 at an aging temperature of 130 °C, 70 4 at 110 °C and 30 4 at 90 °C.
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, which compares the results of measurements on model products using the method according to the invention and on standard bodies under uniaxial tension.
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.Fig. 6 graphically shows the dependence of the energy to failure of aged plates of different thicknesses on the aging time at different aging temperatures, converted 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.The graph shows that the largest changes in the energy to failure are shown by plates with the greatest thickness, i.e. 4 mm, which is related to the identified failure mechanism of 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 Fig. 2 to 4 it can be shown that the initial increase in the energy to break the aged model plates with a thickness of 4 mm to a maximum lying around 4,000 hours is caused by the prevailing strengthening of polypropylene due to its additional crystallization at increased aging temperatures. This is indicated by a similar increase in density with a similarly situated maximum. With further aging over 4,000 to 8,000 hours, there is a gradual decrease in the energy to damage the aged samples, and this decrease is caused by the prevailing oxidative cleavage of the polymer associated with the formation of pores and cracks. This is also indicated by the gradual decrease in the density of the polymer below its initial value and a further decrease in the logarithm of the viscosity number of the polymer, which retains a linear unthickened 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.Thermal-oxidative aging tests of ABS-polymer. ABS-polymer FORSAN 548 from the production of k. p. Chemopetrol with a flow index of 1.99 g/10 min was used. The procedure for manufacturing test plates was the same as in example 1. Technological conditions: melt temperature 212 °C, mold temperature 66 °C, injection pressure 80 MPa, downforce 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 shown in Fig. 7 as a function of the percentage changes in the energy to failure of model products as a function of the aging time in thousands of hours. For comparison, the changes in mechanical properties measured on standard test specimens are also shown in the graph:
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 ^., elongation at yield c Kfc , tahrfbp^., ductility delta, modulus E, notch toughness a„, 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 half, i.e. 50% decrease in the observed property. The intersection of this line with the time dependence curve of the relevant property then indicates on the time axis the service life at a given aging temperature in terms of that property. For example, from Fig. 7 it follows that the service life 05/2' time P r ° half decrease in ductility delta of standard test specimens is about 1,500 h, the service life θ Ε /2' Li · ûoba P r ° half decrease in energy to failure of model products according to the invention is about 13,000 h, the service life D aK/2' time for half decrease in notch toughness aK of standard test specimens 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.Fig. 7 further shows that in the case of thermal-oxidative aging of ABS polymer at 70 °C, relatively rapid embrittlement of the polymer occurs from the very beginning of the aging tests, which is manifested by a sudden decrease in the ductility delta of standard bodies, a gradual decrease in the energy to damage model products and a slower decrease in the notch toughness and R of standard bodies. This embrittlement of ABS polymer, which is accompanied by the formation of cracks and pores in the polymer, as shown in the figure by the decrease in polymer density with aging time, is caused by oxidative cleavage of the polybutadiene component in ABS polymer, which was proven from parallel measurements of infrared spectra of aged samples.
IAND
Příklad 3Example 3
Porovnáni atmosférického stárnutí různých polyolefinů a styrenových hmot a kopolymerů.Comparison of atmospheric aging of various polyolefin and styrene compositions and copolymers.
Jako výchozích polymerů bylo použito:The following polymers were used as starting materials:
1. -Polyetylénu PE zn. LITEN MT 62, světelně stabilizovaný, index toku 5,62 g/10 min.1. -Polyethylene PE brand LITEN MT 62, light stabilized, melt 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, melt 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. Propylene-ethylene copolymer CEP brand MOSTEN 55 235, stabilized with carbon black, melt 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 index 4.63 g/10 min.
5. Houževnatého polystyrenu hPS zn. KRASREN 552, bílý, index toku 1,76 g/10 min.5. High-density 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. ABS polymer brand FORSAN 548, stabilized with carbon black, melt index 1.47 g/10 min.
Způsobem popsaným v příkladu 1 byly z výše uvedených polymerů připraveny zkušební destičkyTest plates were prepared from the above polymers using the method described in Example 1.
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.Model products - plates - and standard test specimens were clamped in special holders, in aluminum fixation panels according to Czechoslovak AO 220 633 with dimensions of 550 x 330 x 2 mm. These panels were then fixed in exposure stands in the climatic station in Prague-Letňany and in a standardized position, at an inclination of 135° to the south at a height of 1 m above the ground, they were exposed to the effects of weathering. Individual fixation panels were then removed at 3-month intervals, the plates and test specimens were released, washed with water, wiped and dried at 50 °C for 48 h. Then the properties were measured on the samples as in example 2. The results of the effects of weathering after 3 summer months in Ϊ changes are given in table 2. The value of 100% corresponds to the initial unexposed samples.
Tabulka 2Table 2
Měřená % změny po 3 měsících atmosfér, stárnutíMeasured % change after 3 months of atmospheres, aging
tost aR tost 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% lying outside the measuring range of the tearing machine
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 after 3 months of atmospheric aging of light-stabilized polyolefins and polystyrenes, it is possible to detect significant changes using the method according to the invention, i.e. a decrease in the energy to break the model products from the original 100% for the initial, unaged state of the samples to, for example, 66.3% for polypropylene or 20.7% for ABS polymer. Only in the case of polyethylene PE, which is characterized by exceptionally high ductility and toughness, could the relevant values of the energy to break the plates be measured even after 3 months of aging, both at normal temperature and at -40 °C, because the tested plates only deform plastically during drop tests without the formation of brittle cracks and without fracture. Only after a longer period of atmospheric aging does embrittlement of this type of polyethylene occur and the aged plates break brittlely during drop tests. Their energy to break gradually decreases with increasing atmospheric aging time.
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, significantly exceeding 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 | A method for conducting thermal oxidation and atmospheric aging tests of polymers |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CS823793A CS258251B1 (en) | 1982-05-24 | 1982-05-24 | A method for conducting thermal oxidation and atmospheric aging tests of polymers |
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 | A method for conducting thermal oxidation and atmospheric aging tests of polymers |
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 | |
| Swallowe | Mechanical properties and testing of polymers: an A–Z reference | |
| Amjadi et al. | Creep behavior and modeling of high-density polyethylene (HDPE) | |
| Hsueh et al. | Micro and macroscopic mechanical behaviors of high-density polyethylene under UV irradiation and temperature | |
| Alwis et al. | Time-temperature superposition to determine the stress-rupture of aramid fibres | |
| Pillay et al. | Effects of moisture and UV exposure on liquid molded carbon fabric reinforced nylon 6 composite laminates | |
| Kabir et al. | Tensile and fracture behavior of polymer foams | |
| Merah et al. | Effect of temperature on tensile properties of HDPE pipe material | |
| Crompton | Physical testing of plastics | |
| Shen et al. | Effects of sorbed water on properties of low and high molecular weight PMMA: 1. Deformation and fracture behaviour | |
| Carpier et al. | Mechanical behavior of carbon fibers polyphenylene sulfide composites exposed to radiant heat flux and constant compressive force | |
| Arnold | The effects of physical aging on the brittle fracture behavior of polymers | |
| Zhao et al. | Aging behaviour and properties evaluation of high-density polyethylene (HDPE) in heating-oxygen environment | |
| Hinczica et al. | Influence of recyclates on mechanical properties and lifetime performance of polypropylene materials | |
| CS258251B1 (en) | A method for conducting thermal oxidation and atmospheric aging tests of polymers | |
| 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 | |
| Şahin et al. | The effect of natural weathering on the mechanical, morphological and thermal properties of high impact polystyrene (HIPS) | |
| Maxwell et al. | Prediction of environmental stress cracking resistance in linear low density polyethylenes | |
| Pick et al. | An investigation into the relationship between the impact performance of rotationally molded polyethylene products and their dynamic mechanical properties | |
| Vu-Khanh et al. | Mechanisms of brittle-ductile transition in toughened thermoplastics | |
| Bal et al. | Effect of Changing Environments on Microstructure of HDPE Polymer | |
| Messiha et al. | On the slow crack growth process and associated structure–property relationships in polyamide 12 grades |