Методика испытаний пластиков. Теория. Часть 1

В первой части предлагаю на обсуждение методику испытаний филамента с целью определения предела прочности. Во второй части также будет методика по определению прочности, но уже на напечатанных образцах.

У любого пластика есть целый ряд механических характеристик, каждая из которых может быть определена при испытаниях. Думаю, для большинства значение предела прочности будет наиболее понятной и информативной величиной при оценке пластика. К тому же определение этой характеристики реализовать в домашних условиях проще всего.

Итак, к делу. Что мы можем без особых усилий получить в качестве объекта испытаний? Во-первых, сам филамент. Во-вторых образцы, которые мы напечатаем из этого филамента.

Цель испытаний: Как я уже сказал выше, в данной статье мы рассмотрим только испытания филамента. Поэтому цель – определение прочности филамента.

Вид испытаний: Существует огромное множество видов механических испытаний, но я остановлюсь только на двух – испытания на разрыв и испытания на изгиб (об изгибе в следующей части). Эти виды испытаний не даром являются основными для любой лаборатории механических испытаний. Методика их проста, а в качестве результата можно получить почти все характеристики материала.

Испытания филамента (нити) на разрыв

Лично я считаю, что именно испытание филамента, т.е. исходной нити пластика на разрыв дает максимально объективные данные о пределе прочности конкретного материала и вот почему: любой образец, напечатанный на любом принтере, все равно будет иметь неоднородную структуру в большей или меньшей степени, и это будет влиять на результаты испытаний. Испытывая нить, мы защищены от этого влияния и определяем именно те характеристики, которых смог достичь производитель.

Вы можете возразить, что нам важна именно прочность, реализованная в напечатанной детали. На это скажу, что итоговая прочность, реализованная в напечатанной детали, полностью зависит от настроек печати, и будет меняться при изменении настроек или переносе печати на другой принтер. При этом прочность напечатанной детали всегда меньше прочности исходного филамента. Вопрос о том, как максимально приблизить прочность детали к прочности филамента выходит за рамки данной статьи. Чтобы ответить на него нужно провести большой объем исследований.

Именно испытания филамента на разрыв я рекомендовал бы как универсальные для всех пользователей. Результаты испытаний, проведенные разными людьми, можно легко сравнить. Теперь рассмотрим правила и методику проведения этих испытаний.

Длина нарезанных образцов для испытаний должна быть не менее 150 мм. Свободная от зажимов центральная часть должна быть порядка 80 – 100 мм.

Количество образцов из одной катушки – не менее двух (при большой разнице полученных результатов отрезается и испытывается еще два образца).

Обязательно нужно измерить диаметр каждого образца. Измерения производить не менее чем в трех сечениях, при этом в каждом сечении делать два взаимно перпендикулярных замера, находя среднее арифметическое этих двух замеров. За итоговый диаметр принимать минимальное значение из трех измеренных сечений.

При испытаниях образец следует закреплять так, чтобы нагруженная часть образца не имела перегибов. Не допускается проскальзывание образца в зажимах во время испытаний.

При испытаниях образец должен разрушаться в зоне, не контактирующей с зажимами. Если образец разрушился в районе зажима, то такой образец бракуется и результаты его испытаний в расчет не берутся.

Обработка результатов испытаний. После проведения испытаний мы знаем диаметр образца d и разрушающую нагрузку P. Для начала находим площадь сечения образца. Сечение образца – круг, поэтому используем следующую формулу:

Когда вычислили разрушающие напряжения для каждого испытанного образца, находим среднее значение этих напряжений. Это и будет искомый нами предел прочности материала данной катушки пластика.

Думаю, стоит сказать о единицах измерения. В международной системе единиц предел прочности материалов измеряется в паскалях (Па), точнее в мегапаскалях (МПа). Если вы будете искать значения прочности какого-либо материала, то, как правило, будете находить значения в мегапаскалях. И чтобы в своих расчетах получить также мегапаскали нужно диаметр подставлять в миллиметрах, а разрушающую нагрузку в ньютонах (Н). Если усилие вы измеряли в килограммах, то просто умножьте усилие на 9,81 и получите ваше усилие в ньютонах.

Поискал на просторах интернета примерные величины прочности на разрыв, оказалось, что разброс значений довольно существенный:

PLA 30 – 60 МПа;

ABS 25 – 50 МПа;

PETG 25 – 65 МПа.

На этом первая часть завершена. Во второй части теория по испытаниям напечатанных образцов, а затем и сами испытания, если моя лень не помешает мне собрать стенд)))