I fogli PP (polipropilene) sono ampiamente utilizzati negli interni automobilistici, nei materiali di imballaggio, nei dispositivi elettronici e altri campi a causa del loro peso leggero, resistenza alla corrosione chimica e facile lavorazione. Tuttavia, diversi scenari di applicazione hanno differenze significative nelle proprietà meccaniche dei fogli PP, in particolare l'indicatore principale della resistenza alla trazione. Questo articolo analizzerà sistematicamente i punti chiave della resistenza alla trazione dei fogli PP da tre livelli: sistema standard internazionale, specifiche di operazione di prova e fattori di influenza multidimensionale e fornirà supporto tecnico per la ricerca e lo sviluppo dei materiali, il controllo di qualità e le applicazioni di ingegneria.
Quali standard internazionali o nazionali sono seguiti per il test di resistenza alla trazione dei fogli PP?
Nel campo dei test delle prestazioni in plastica, gli standard della serie ISO 527 costituiscono un framework di test di base. Il sistema standard include principalmente tre componenti: la prima parte (principio generale) regola principalmente i concetti di base dei test di trazione, come la definizione di termini professionali come la resistenza alla snervamento e l'allungamento della rottura, e fa anche requisiti per la classificazione morfologica del campione, compresi due tipi: struttura di manubrio comune e struttura rettangolare. In termini di impostazione delle condizioni di test, i parametri chiave come la temperatura ambiente, l'umidità dell'aria e la velocità di trazione che il laboratorio deve controllare si concentrano. Soprattutto per l'impostazione della classificazione della velocità di stretching, ad esempio, per i materiali a pellicola sottile, viene generalmente utilizzato un rallentamento di 1 mm\/min, mentre i materiali a forma di foglio possono essere utilizzati per rilevare velocità più veloci di 50 mm\/min.
Per quanto riguarda le regole di preparazione del campione, lo standard ISO 527-2 dettaglia le specifiche specifiche dei due campioni. Prendendo il modello 1BA\/1BB nel campione di tipo Dumbbell come esempio, la larghezza della parte stretta è impostata su 4 mm e la lunghezza del calibro è fissata a 50 mm. Questo design è più efficace per scoprire difetti locali nel materiale. La larghezza del campione rettangolare viene ampliata a 10 mm. Sebbene i dati di test siano più stabili, potrebbero non riflettere accuratamente i problemi di prestazioni locali del materiale. Nella terza parte dello standard per materiali speciali, come fogli di polipropilene con uno spessore di non più di 1 mm, lo standard raccomanda di selezionare diverse tariffe in base allo scopo del test - una velocità a lento di 1 mm\/min.
Lo standard ASTM D638 comunemente usato in Nord America ha le sue caratteristiche nella progettazione del campione. Ad esempio, sebbene i parametri di larghezza e calibro dei campioni rettangolari di tipo I siano uguali a quelli dello standard ISO, la struttura dell'apparecchiatura del dispositivo è particolarmente ottimizzata, rendendo più facile la bloccare nel funzionamento effettivo. Al contrario, gli esemplari di manubri con una larghezza di 4 mm nello standard ISO hanno una sensibilità più elevata per rilevare difetti interni a causa della loro piccola area di contatto. Questa caratteristica lo rende ampiamente utilizzato nell'ispezione della qualità di fabbrica. Esistono anche differenze nel metodo di classificazione della velocità di test dei due sistemi standard ed è necessario selezionare e adattarsi in base agli scenari di utilizzo dei materiali specifici.
Quando si conducono i test delle prestazioni del materiale, è spesso necessario distinguere le velocità del test. Ad esempio, test lento (una velocità di 5 mm al minuto), questa soluzione è più adatta per materiali come la plastica ingegneristica (come parti di plastica attorno al cruscotto di un'auto) ed è utilizzata principalmente per osservare il valore massimo di resistenza che il materiale stesso può ottenere. I test rapidi (impostazione di 500 mm al minuto) sono più utilizzati per simulare gli scenari di utilizzo effettivi, come le situazioni di impatto che i film di imballaggio elettronico possono incontrare durante il trasporto. In questo caso, i dati ottenuti possono riflettere meglio lo stato di utilizzo reale.
Per quanto riguarda la selezione degli standard di test, il riferimento principale in Cina è il documento standard GB\/T 1 0 40.2. L'intervallo di spessore del campione specificato in esso può essere da 0,1 mm a 14 mm, coprendo sostanzialmente tutte le specifiche dei fogli PP prodotti da processi di stampaggio o estrusione di iniezione. È particolarmente importante notare che gli standard richiedono chiaramente che quando si conducono test comparativi, le condizioni ambientali devono essere controllate per essere controllate alla temperatura di 23 gradi e che l'umidità non deve superare i 2 gradi e l'umidità deve essere mantenuta a ciascuno rispetto al 50%± 5%e i campioni e i campioni devono essere posizionati in anticipo per almeno 40 ore - questi regolamenti sono principalmente per garantire che i dati siano paragonati a confronto da parte di diversi piedi rispetto al fatto di essere paragonati a ciascuno rispetto al fattore di essere confrontato con i lavoratori rispetto a quelli che sono stati confrontati con i lavoratori rispetto a quelli che si possono essere rispetto a ciascuno rispetto al fattore di essere confrontato con il 50%± 5%e i campioni devono essere posizionati in anticipo per almeno 40 ore - questi regolamenti sono principalmente per garantire che i dati siano paragonati a confronto da parte di diversi i lavoratori rispetto a quelli che sono a ciascuno rispetto al fattore di essere dovuto al numero di mano.
Lo standard UE (DIN EN ISO 527) enfatizza l'accuratezza della misurazione, ad esempio, l'errore di distanza del calibro deve essere controllato all'interno dell'intervallo di plus o meno 0. 2 mm. Ciò è principalmente dovuto al fatto che se la deviazione della distanza del calibro supera l'1%, i dati di intensità calcolati finali possono avere un errore di circa 0. Dal 5%all'1%. Per i materiali PP utilizzati in campo medico, sono richiesti ulteriori test di biosicurezza come specificato in ISO 10993, che è per confermare che le sostanze precipitate dopo aver immerso il materiale non influenzeranno le sue prestazioni di trazione.
Lo standard interno del settore QB\/T 2471-2000 ha requisiti speciali per i fogli PP estrusi. Ad esempio, i materiali PP puri richiedono una resistenza alla trazione di almeno 28 megapas e l'allungamento a pausa non può essere inferiore al 150%. Se viene aggiunto un materiale modificato con polvere di talco al 30%, sebbene la resistenza alla trazione possa essere aumentata a più di 40 MPa, lo standard di allungamento sarà rilassato al 50% - questa impostazione è in realtà trovare un punto di equilibrio tra la rigidità e la tenacità del materiale.
Quando si sceglie un piano di test, presta particolare attenzione alle differenze tra gli standard. Ad esempio, in termini di forma del campione, il campione di tipo manubri (largo 4 mm nella parte stretta media) adottato dallo standard ISO è soggetto a esporre difetti locali del materiale, che è più adatto alla selezione di formule nella fase di ricerca e sviluppo. I campioni rettangolari (larghezza di 10 mm) utilizzati dallo standard ASTM hanno una migliore stabilità durante l'ispezione della produzione di massa. La selezione della velocità del test dovrebbe essere combinata anche con scenari di applicazione effettivi. Ad esempio, le parti interne automobilistiche sono adatte per l'utilizzo di test lenti di ISO 527 per valutare le prestazioni dello stress a lungo termine. Tuttavia, se si tratta di un materiale di imballaggio per i prodotti elettronici, i test rapidi ASTM dovrebbero essere utilizzati per simulare le scosse di trasporto.
Quali sono le precauzioni per i test di trazione dei fogli PP?
Informazioni sulla preparazione e l'elaborazione del campione
Presta particolare attenzione al metodo operativo durante la fase di preparazione del campione. Ad esempio, il taglio meccanico può causare concentrazione di stress sul bordo del materiale, ovvero è facile rompere il bordo. Al momento, si consiglia di utilizzare il taglio laser, in modo che l'area interessata dal calore possa essere sostanzialmente controllata all'interno di 0. 1 mm. Per i fogli estrusi, i campioni devono essere tagliati rispettivamente nella direzione del flusso del materiale e della direzione verticale. Ad esempio, la resistenza alla trazione nella direzione della macchina è generalmente del 15% al 20% superiore a quella nella direzione trasversale.
In termini di controllo ambientale, in poche parole, le condizioni di temperatura e umidità devono essere controllate. È particolarmente importante notare che la temperatura di pretrattamento deve essere mantenuta in un intervallo di 23 gradi Celsius Plus o meno 1 grado per evitare cambiamenti nella cristallinità del materiale a causa delle fluttuazioni della temperatura. Per i materiali PP contenenti ingredienti come la cera PE, devono essere collocati in un asciugatura per circa due giorni a bilanciamento. Lo scopo è impedire l'assorbimento dell'umidità di causare alle spalle la struttura molecolare.
Punti chiave per la calibrazione dell'attrezzatura di prova
Il livello di precisione dell'estensometro utilizzato per misurare la deformazione dovrebbe essere selezionato in base alla situazione. Quando la lunghezza del calibro supera i 25 mm, dovrebbe essere utilizzato un modello ad alta precisione con un errore di non più di 0. Il 5%. Se si desidera eseguire un test a bassa temperatura a meno di 40 gradi, è necessario utilizzare azoto liquido per raffreddare le parti del dispositivo, altrimenti la resistenza delle parti in acciaio inossidabile diminuirà di circa il 40% a basse temperature.
Anche la selezione dei sensori di carico è particolare. Quando si tratta di fogli spessi, dovresti scegliere un sensore con un intervallo di 20 kN e l'errore di precisione dovrebbe essere controllato entro un millesimo. Se stai misurando materiali a film sottile, sarebbe più appropriato passare a una gamma di 5 kN, che può evitare le deviazioni di misurazione causate dal sovraccarico del sensore. Ad esempio, se il sovraccarico è del 10%, l'errore può raggiungere due punti percentuali.
Controlli chiave durante il test
Il metodo di serraggio influenzerà direttamente i risultati sperimentali. Si consiglia di utilizzare un morsetto a cuneo idraulico per applicare una pressione di serraggio da 5 a 10 MPa, in modo che la probabilità di slittamento del campione possa essere ridotta dal 15% a meno del 3%. La lunghezza del serraggio dovrebbe essere superiore a 50 mm. Se vengono bloccati solo 30 mm, la fine è soggetta a schiacciamento, con conseguente aumento di un quarto del rischio di frattura.
Presta attenzione all'identificazione dell'elaborazione dell'anomalia dei dati. Se il materiale si interrompe prima di cedere, ciò può essere causato da difetti nel campione o di un bloccamento eccessivo. Tali dati dovrebbero essere scartati. Ogni insieme di esperimenti deve ottenere almeno cinque punti dati validi e il coefficiente di variazione calcolato non deve superare il 5% per indicare che i risultati sono affidabili.
Quali sono i fattori che influenzano la resistenza alla trazione dei fogli PP?
Proprietà del materiale stesso
· Composizione molecolare
Ad esempio, per materiali come l'omopolimero polipropilene (HPP), a causa della disposizione relativamente regolare delle catene molecolari, la cristallinità può di solito raggiungere l'intervallo del 50%-60%e la corrispondente resistenza alla trazione è circa 25-35 MPA. Tuttavia, a causa della struttura dispersa della fase di gomma all'interno del polipropilene copolimero (CPP), sebbene la resistenza all'impatto possa essere aumentata del 50% o addirittura raddoppiata, la resistenza alla trazione sarà ridotta a 20-30 MPA.
· Influenza del grado di cristallinità
In breve, maggiore è la cristallinità, maggiore è la resistenza alla trazione. Ad esempio, per ogni aumento del 10% della cristallinità, la resistenza può essere aumentata di circa 3-5 MPA. Presta particolare attenzione all'impatto delle differenze nelle forme di cristallo. Ad esempio, la resistenza del polipropilene -cristallo può essere di circa il 15% di circa quella del polipropilene -cristallo, che è principalmente dovuto alla struttura lamellare più spessa dei cristalli. Al fine di migliorare l'effetto di cristallizzazione, l'aggiunta di agenti nucleanti è un metodo comune. Ad esempio, l'agente nucleare Na -11 può accelerare il tasso di cristallizzazione di circa tre volte e aumentare la resistenza alla trazione dell'8%-12%.
Mezzi tecnici di modifica del materiale
· Metodo di rinforzo di riempimento
Il più comune è il ripieno in fibra di vetro. Quando l'importo aggiuntivo raggiunge il 30%, la forza del materiale può salire a 60-80 MPA. Qui dovremmo prestare attenzione alla direzione dell'accordo della fibra. Ad esempio, quando la direzione di disposizione della fibra di vetro raggiunge più dell'80%, l'effetto è il migliore. Se è inferiore al 60%, il miglioramento della forza potrebbe essere inferiore alla metà. Un altro metodo è quello di utilizzare il carbonato di nano-calcio. Se questo riempitivo viene aggiunto del 5%, la resistenza alla trazione può essere aumentata di circa il 10%. Tuttavia, se viene aggiunto troppo, più del 10%, si agglomerarà, specialmente se le particelle sono troppo grandi. Se supera i 200 nanometri, è facile causare problemi di concentrazione dello stress.
· Equilibrio del trattamento inaspribile
Quando la quantità di agenti inaspriti come la gomma EPDM viene aggiunta al 20%, sebbene la resistenza alla trazione scenderà a 18-22 MPa, la duttilità del materiale sarà notevolmente migliorata e l'allungamento a rottura può essere aumentata dal 10%al 300%originale. Questo materiale modificato è particolarmente adatto per i materiali di imballaggio che devono essere piegati ripetutamente, come la guarnizione di tenuta nel tappo della bottiglia di bevande, che è uno scenario di applicazione che richiede sia resistenza alla tenacità che alla deformazione.
· Elastomero Poe: questo materiale può aumentare la forza di impatto intagliata da 4 kJ\/m2 a 18 kJ\/m2 mantenendo una forza di 25 MPa. Ad esempio, parti come i paraurti per auto che richiedono un'elevata sicurezza sono più adatte a questo materiale.
Parametri di elaborazione
· Processo di estrusione
· Temperatura di fusione: ad esempio, quando la temperatura è controllata da 200 a 210 gradi Celsius, la resistenza alla trazione del materiale è la migliore, ma se la temperatura sale superiore a 230 gradi, la struttura interna del materiale è facile da decomporre e la resistenza alla trazione diminuirà di circa il 15%.
· Tasso di raffreddamento: ad esempio, la resistenza alla trazione del prodotto è superiore dal 5% all'8% se trattata con raffreddamento ad acqua a 5 gradi rispetto a quando trattata con raffreddamento dell'aria a 25 gradi. Ciò è principalmente dovuto al fatto che il materiale si cristallizza più completamente quando il raffreddamento è veloce, ad esempio, la dimensione delle particelle di cristallo può essere ridotta da 50 micron a 20 micron.
· Processo di stampaggio a iniezione
· Pressione di mantenimento: quando la pressione aumenta da 5 0 MPA a 1 0 0 MPa, la densità del materiale aumenterà da 0,90 a 0,92 grammi per centimetro cubo. Al momento, la resistenza alla trazione può aumentare dell'8% al 12%. Ciò è principalmente dovuto al fatto che l'alta pressione può ridurre i vuoti all'interno del materiale.
· Temperatura dello stampo: ad esempio, usando uno stampo a bassa temperatura a 40 gradi, sebbene il materiale possa essere cristallizzato rapidamente e la resistenza è aumentata del 5%, la superficie è soggetta a segni di flusso; Se viene utilizzato uno stampo ad alta temperatura a 80 gradi, sebbene la superficie sia più fluida, la resistenza diminuirà di circa il 3%.
Condizioni dell'ambiente e dell'uso
· Effetto di temperatura
· Embragizia a bassa temperatura: a -20 gradi, la resistenza del materiale PP non modificato scenderà a 15 MPa, che è la metà di quello a temperatura ambiente. Al momento, il materiale diventerà particolarmente fragile, ad esempio, la resistenza all'impatto diminuirà direttamente dell'80%.
· Ammorbidimento ad alta temperatura: quando la temperatura sale a 80 gradi, la resistenza del materiale scenderà a 18 MPa, ma l'allungamento può essere raddoppiata, il che significa che il materiale ha subito un ammorbidimento termico. Al momento, è necessario migliorare le prestazioni mescolando altri materiali.
Nelle condizioni di test meccanica della velocità convenzionale (la velocità di carico è controllata a circa 1 mm al minuto), il valore di resistenza alla snervamento misurato è all'incirca nell'intervallo di 28 MPa. Questo valore può effettivamente essere considerato come la caratteristica della forza del materiale stesso. Quando le condizioni sperimentali vengono regolate alla modalità di impatto ad alta velocità (ad esempio, la velocità di carico viene aumentata a 500 mm al minuto), la resistenza alla snervamento del materiale sarà significativamente migliorata, raggiungendo circa 35 MPa. Questo cambiamento è principalmente dovuto al fenomeno del materiale di indurezione della deformazione durante la deformazione ad alta velocità. Tuttavia, va notato che in questo caso, l'allungamento a rottura del materiale sarà fortemente ridotto dal livello originale del 300% a circa il 50%. Al momento, potrebbe essere necessario regolare la formula del materiale, ad esempio l'uso di materiali in polipropilene copolimero con una migliore resistenza all'impatto per migliorare.
In termini di resistenza chimica, ad esempio, dopo essere stato immerso in un liquido di idrossido di sodio al 5% per tre giorni, l'indice di resistenza alla trazione del materiale diminuirà significativamente di circa 4 0%. Il motivo principale di questa situazione è correlato alla reazione di idrolisi della catena molecolare del materiale in un ambiente alcalino. È possibile considerare la sostituzione di materiali in polipropilene copolimero o il rivestimento della superficie del materiale per la protezione. Quando si studia gli effetti dell'invecchiamento ultravioletto (ad esempio, l'irradiazione continua con la sorgente di luce UVB per 1000 ore), l'indice di resistenza al materiale diminuirà di circa un quarto. Per risolvere questo problema, ad esempio, se viene aggiunto un materiale stabilizzato dalla luce HALS con una concentrazione dello 0,5%, la perdita di resistenza può essere efficacemente controllata entro il 10%.
