Ударная прочность. 
Деформационные свойства полимерных материалов

Способность полимерных материалов сопротивляться нагрузкам, приложенным с большой скоростью, оценивается их ударной прочностью или, как ее чаще называют, ударной вязкостью. Физически этот термин к реологической вязкости не имеет никакого отношения. Ударная вязкость — это широко распространенная и стандартизованная технологическая характеристика материала, испытываемого на поперечный удар, ударное растяжение, ударное сжатие или на многократный удар, принципиально сходный с циклическими испытаниями, причем скорость приложения нагрузки более 1 м/с.

В практике оценки свойств пластмасс наибольшее применение нашел поперечный удар, который реализуется на маятниковых копрах. Образец в держателе копра может располагаться подобно балке при двухопорном изгибе (рис. 13, а) или консольно (рис. 13, б).

Основным является метод испытания по ГОСТу 4647−69. В этом случае образцы в виде стандартного бруска (6×6×60 или 10×15×120) с надрезом (метод Шарпи) или без него испытывают на маятниковом копре, например, типа КМ-0,5, имеющем две опоры для установки образца. Удар наносится маятником копра по середине образца. Расстояние между опорами l должно быть согласовано с сечением образца h.

Рис. 13 Схема испытаний по Шарпи (а) и по «Динстат» (б)

По второму методу образец закрепляется консольно. На образце изготавливают надрез (метод Изода) или обходятся без него (метод «Динстат», ГОСТ 14 235–69). Размеры образца для испытаний на приборе Динстат 10×15×4,5 мм.

На сопротивление пластмасс ударным нагрузкам большое влияние оказывают концентраторы напряжений. Ими могут быть дефекты поверхности образца (шероховатости, резкие переходы расположения поверхностей), внутренние дефекты образца (пустоты, чужеродные включения), дефекты материала (внутренние напряжения, дефекты физической структуры). К качеству образцов предъявляются повышенные требования, чем меньше размеры образца, тем качественнее он должен быть изготовлен. Особенно требовательно необходимо относиться к изготовлениям надрезов, искусственно уменьшающих живое сечение образца механической обработкой.

Полученные на приборе «Динстат» или по Изоду результаты нельзя сопоставлять с двухопорным ударным изгибом. Они могут использоваться только для сравнительных характеристик, что удобно в лабораторной практике при ограниченных количествах получаемых материалов.

Ударной вязкостью называют отношение энергии разрушения образца к площади его поперечного сечения:

Рис. 14 Схема действия маятникового копра

Работа разрушения оценивается по изменению энергии маятника 9 (рис.14). Перед испытанием маятник взводят на определенный угол б, предельное значение которого составляет р радиан, а образец 4 закрепляют в держателе. При разрушении образца маятником затрачивается часть накопленной энергии, поэтому угол взлета маятника меньше угла установки (в< б). По показаниям измерительного устройства (2, 3) оценивают энергию разрушения. Для приведенной на рисунке 14 схемы:

где G — сила веса маятника; r — радиус дуги движения бойка.

В современных копрах измерительное устройство располагается в маятнике: оно фиксирует усилие разрушения и длительность импульса, которые передаются на микропроцессор и далее на экран дисплея. При развертке показателей по времени ф от реального масштаба 1:1 до масштабов 3:1 и 10:1 можно видеть, что и при ударном разрушении полимер успевает продемонстрировать вязкоупругие свойства, наблюдаемые обычно лишь в статических условиях.

При испытаниях в стандартизованных условиях скорость нагружения должна составлять 3,5 м/с.

Стандартные копры типа КМ-0,5 для испытания пластмасс на ударную вязкость не обеспечивают скорости удара 3,5 м/с и дают некорректные показатели [3].