Испытание пенопласта на прочность
Обновлено: 08.05.2024
1. МЕТОДЫ ОТБОРА ОБРАЗЦОВ
1.1. Количество и порядок отбора образцов пенопластов для определения их прочностных характеристик следует принимать в соответствии со стандартами на панели.
1.2. Образцы пенопластов для определения прочности при сжатии, растяжении и сдвиге вырезают из панелей совместно с приформованными к утеплителю листами не ранее чем через трое суток после изготовления панелей. При профилированных листах образцы вырезают на плоских участках профиля.
Определение прочности пенопластов при сдвиге допускается производить на образцах без листов.
1.3. Образцы для определения прочности при сжатии должны иметь форму прямоугольной призмы с высотой, равной наименьшей толщине панели. Размеры сторон квадратного основания принимают равными толщине панели и кратными 5 мм (с округлением в большую сторону).
1.4. Образцы для определения прочности при растяжении должны иметь форму прямоугольной призмы с высотой, равной наименьшей толщине панели, и квадратным основанием 50 ´ 50 мм.
Допускается при профилированных листах применять образцы с прямоугольным основанием 40 ´ 60 мм.
1.5. Образцы для определения прочности при сдвиге должны иметь форму полого цилиндра высотой, равной наименьшей толщине панели, наружным диаметром основания 75 мм и внутренним диаметром 35 мм.
1.6. Образцы для испытании не должны иметь видимых дефектов: трещин, расслаиваний, раковин, вмятин, вырывов.
1.7. Отклонения размеров поперечного сечения образцов от номинальных не должны быть более 1 мм.
1.8. Размеры образцов следует определять с точностью до 0,1 мм.
1.9. На образцах должны быть нанесены обозначения марки панели и порядкового номера партии, а также направление оси образца по отношению к плоскости панели.
1.10. Образцы до испытаний следует выдерживать в течение 24 ч в воздушной среде температурой 20 ± 2 °С и влажностью 65 ± 5 %, если в стандартах на панели нет других указаний.
1.11. Периодичность испытаний образцов следует принимать в соответствии со стандартами па панели.
2. МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРОЧНОСТИ ПРИ СЖАТИИ
2.1. Сущность метода заключается в определении напряжения сжатия в образце при 10 % деформации пенопласта или его разрушении.
2.2.1. Для испытаний применяют серийную испытательную машину, обеспечивающую измерение нагрузки с точностью 1 % измеряемой величины.
2.3. Проведение испытаний
2.3.1. При испытании образцы следует устанавливать на опорную плиту испытательной машины или приспособления таким образом, чтобы сжимающее усилие действовало по оси образца.
Образец и приспособление для испытания пенопласта на сжатие
1 - нижняя траверса реверсора; 2 - верхняя траверса реверсора; 3 - шарнирная опора; 4 - образец; 5 - индикатор часового типа; 6 - упорный шток
2.3.3. Нагружение образца производят до достижения нагрузки, соответствующей 10 % относительной деформации пенопласта или до его разрушения при меньшей деформации. Эту нагрузку принимают за величину предельной нагрузки.
2.3.4. Прочность при сжатии s с , Па · 10 5 (кгс/см 2 ), определяют по формуле
где Р - предельная нагрузка даН (кгс);
F - площадь поперечного сечения образца, см 2 .
2.3.5. За результат испытаний принимают среднее арифметическое параллельных определений.
2.4. Обработка результатов
2.4.1. Результаты испытаний записывают в журнал, в котором указывают:
наименование и марку панелей, номер партии;
тип и марку испытательной машины и измерителя реформаций;
число образцов, взятых для испытания;
даты изготовления панелей и испытания образцов.
3. МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРОЧНОСТИ ПРИ РАСТЯЖЕНИИ
3.1. Сущность метода заключается в определении напряжения растяжения в образце при его разрушении.
3.2.1. Для испытаний применяют серийную испытательную машину, обеспечивающую измерение нагрузки с точностью 1 % измеряемой величины.
3.2.2. Захваты испытательной машины должны обеспечивать надежное крепление образцов и совпадение продольной оси образца с направлением растяжения.
3.2.3. Для крепления образцов в захватах испытательной машины используют захватные приспособления, показанные на черт. 2 и состоящие из Т-образных металлических пластин с отверстиями. Размеры Т-образных пластин в плане должны соответствовать размерам образца в рабочем сечении. Поверхности Т-образных пластин должны быть плоскими и перпендикулярными продольной оси образца.
3.3. Проведение испытаний
3.3.1. Перед проведением испытаний захватные приспособления приклеивают к листам образцов. Клей, применяемый для приклеивания захватных приспособлений, должен иметь достаточную прочность, чтобы обеспечивать разрушение по образцу.
3.3.2. Образцы с захватными приспособлениями центрируют в захватах испытательной машины таким образом, чтобы растягивающее усилие действовало по оси образца.
Образец и приспособление для испытания пенопласта на растяжение
1 - Т-образная пластина; 2 - клей; 3 - образец
3.3.4. При испытаниях следует фиксировать характер разрушения образцов: по пенопласту или по поверхности контакта пенопласта с листами.
3.3.5. Прочность при растяжении s р , Па · 10 5 (кгс/см 2 ), определяют по формуле
где Р - максимальное усилие, даН (кгс);
F - площадь поперечного сечения образца, см 2 .
3.3.6. За результат испытаний принимают среднее арифметическое параллельных определений.
3.4. Обработка результатов
3.4.1. Результаты испытаний и характер разрушения образцов записывают в журнал, в котором указывают:
наименование и марку панели, номер партии;
тип и марку испытательной машины;
число образцов, взятых для испытания;
даты изготовления панелей и испытания образцов.
4. МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРОЧНОСТИ ПРИ СДВИГЕ
4.2.1. Для испытаний применяют испытательную машину, обеспечивающую измерение крутящего момента с точностью 1 % измеряемой величины.
4.2.2. Для установки образцов в испытательную машину и их центрирования применяют захватные приспособления, показанные на черт. 3 и состоящие из стальных опорных шайб, приклеиваемых к образцу, и захватных муфт, закрепляемых в захватах испытательной машины. Диаметр опорных шайб должен соответствовать наружному диаметру образцов. Опорные шайбы должны иметь по окружности зенковку под зажимные винты захватных муфт.
Образец и приспособление для испытания пенопласта на сдвиг при кручении
1 - образец; 2 - клей; 3 - опорная шайба; 4 - захватная муфта; 5 - зажимной винт
4.3. Проведение испытаний
4.3.1. Перед проведением испытаний опорные шайбы приклеивают к торцам образца. Клей, применяемый для приклейки шайб, должен иметь достаточную прочность, чтобы обеспечивать разрушение по образцу.
4.32. Образец с приклеенными шайбами с помощью зажимных винтов закрепляют в захватных муфтах, установленных в захватах испытательной машины.
4.3.3. Испытания проводят при скорости взаимного вращения захватов испытательной машины, равной 1 ± 0,1 рад/мин.
4.3.4. Нагружение проводят до разрушения образца. За разрушающий момент принимают максимальную величину крутящего момента.
4.3.5. Прочность при сдвиге t , Па · 10 5 (кгс/см 2 ), определяют по формуле
где М - максимальный крутящий момент, даН · см (кгс · см);
W - полярный момент сопротивления поперечного сечения образца, см 3 , вычисляемый по формуле
где D -наружный диаметр образца, см;
d - внутренний диаметр образца, см.
4.3.6. За результат испытаний принимают среднее арифметическое параллельных определений.
Пенопласты (пены) — это общее название группы материалов, содержащих множество пустых ячеек (открытых или замкнутых), диспергированных по объему вещества. Расширяющееся применение и популярность пенопластов приводят к необходимости создания методов испытаний, специфически пригодных именно для материалов этого типа. В течение долгого времени методы, создававшиеся для испытаний твердых полимеров, использовались и для пенопластов. Тем не менее эти методы должны быть модифицированы, что объясняется низкой прочностью пенопластов. Необходимость в такой модификации и предлагаемые изменения привели к разработке многочисленных нестандартизованных методов испытаний, что, в свою очередь, вызвало недоразумение среди специалистов, применявших эти материалы. Благодаря стараниям и усилиям комитетов ASTM, SPI (Society of the Plastic Industry — Общество специалистов, работающих в промышленности пластмасс). и поставщиков материалов был разработан ряд стандартов. Большинство методов испытаний пенопластов вполне аналогичны ранее использовавшимся для других полимерных материалов. Однако некоторые методы направлены на то, чтобы отвечать необходимости испытаний именно пенопластов, и они в этом отношении уникальны. К таким методам относятся, в частности, измерение пористости, определение относительного содержания открытых и замкнутых ячеек в материале.
Методы испытания жестких пенопластов
Плотность (ASTM D1622, ИСО 845)
Плотность пенопластов представляет значительный интерес для конструкторов изделий из этих материалов, поскольку многие физические свойства материала определяются их плотностью. Методика определения плотности пенопластов очень проста. В ее основе лежит приготовление образца определенной формы, которая бы позволяла достаточно просто измерить его объем. Далее образец взвешивается, а его объем вычисляется по линейным размерам, измеряемым с помощью микрометра, кронциркуля или калибра.
Плотность рассчитывается как: Плотность (фунт/фут 3 ) = Вес образца (фунт)/Объем образца (фут 3 )
Этот метод был разработан для определения как суммарной плотности материала, так и эффективной плотности центральной части жестких пенопластов. Эффективная плотность материала в целом определяется как вес, отнесенный к единице объема, образца в целом, включая поверхностные слои. Эффективная плотность центральной части (ядра) материала определяется аналогичным образом, но после удаления поверхностных слоев.
Размер ячеек и их ориентация являются очень важными характеристиками пенопластов, поскольку от них зависят некоторые физические свойства материала. Так например, для оценки адсорбции воды и содержания открытых ячеек необходимо знание поверхности ячеек, которая, в свою очередь, рассчитывается на основ их размеров.
Метод испытаний распространяется на определение эффективного размера ячеек в жестких пенопластах путем измерения количеств пересечений прямой с границами ячеек на определенной длине. При этом используются две базовые методики. Согласно процедуре А необходимо приготовить тонкие срезы толщиной не более чем половина среднего диаметра одной ячейки, что обеспечивает механическую устойчивость среза. После того как из образца с помощью микротома делается с указанных размеров, его изображение с помощью проектора слайдов проецируется на экран. Измеряется средняя длина хорды и определяется количество ее пересечений с границами ячеек. Далее рассчитывается среднее значение размера ячеек.
Процедура В предназначена для использования применительно к хрупким материалам, из которых трудно приготовить тонкие срезы для визуального анализа. В этом случае на образце делается разрез так, чтобы получилась гладкая поверхность. Границы ячеек отмечаются маркером. Далее используется та же методика измерений что в первом случае: проводится прямая, рассчитывается количество ее пересечений с границами ячеек и вычисляется средний размер ячеек.
Подсчет количества открытых ячеек (ASTM D2856, ИСО 4590-1981)
Этот метод предназначен для определения пористости или процентного содержания открытых ячеек в пенопласте. Знание этих характеристик пенопласта необходимо для применения этих материалов в качестве плавательных средств, поскольку избыточная пористость или повышенное содержание открытых ячеек будут заметно сказываться на плавучести изделий из пенопластов. Высокое содержание замкнутых ячеек, напротив, препятствует удалению газообразных продуктов и тем самым повышает изоляционные характеристики материала, способствуя понижению его теплопроводности.
Образцы с размерами, удобными для испытаний, могут быть получены только путем их вырезания из крупных заготовок. При этом часть закрытых ячеек становится открытой и при расчете она прибавляется к числу существующих открытых ячеек. Для внесения соответствующих корректив предлагаются три основные методики.
Процедура А. Подсчитайте количество ячеек, открывшихся в процессе приготовления образца, измерив их диаметр и рассчитав на этом основании объем этих ячеек.
Процедура В. Подсчитайте количество ячеек, открывшихся в процессе приготовления образца, путем приготовления среза и получения открытой поверхности по площади, равной площади поверхности исходного образца.
Процедура С. Не вводите коррекцию на количество ячеек, открывшихся в процессе приготовления образца, но достаточно точно определите содержание полностью открытых ячеек. Точность этой оценки уменьшается по мере увеличения содержания замкнутых ячеек и увеличении их размера. Методика измерений основана на использовании закона Бойля, согласно которому увеличение замкнутого объема, занимаемого газом при постоянной температуре, пропорционально уменьшению давления. Если объем некоторого пространства увеличивается в равной степени в присутствии в этом объеме образца или в его отсутствии, то падение давления будет меньше для пустого пространства. Величина разности давления и рассчитанный из этого истинный объем материала позволяют найти процентное содержание замкнутых ячеек.
Прибор, используемый для проведения испытаний, называется воздушным пикнометром (рис.1). Он состоит из двух цилиндров равного объема, в один из которых помещается образец. Поршни в обеих камерах могут перемещаться. При изменении объемов камер, обусловленных движением поршней, реальные изменения объема в камере с образцом меньше чем в пустой камере из-за присутствия образца. Величина этой разницы измеряется, и содержание открытых ячеек в пенопласте определяется расчетным путем.
Воздушный пикнометр, предлагаемый на рынке, показан на рис. 1.
Рис. 1. Схема воздушного пикнометра (воспроизведено с разрешения ASTM)
Сжимаемость (ASTM D1621, ИСО 844)
Испытания, в которых определяется модуль упругости и прочность при сжатии жестких пенопластов, во многом аналогичны методам, используемым для других пластмасс. Этот метод очень полезен для сравнения прочностных характеристик пенопластов различного состава. С помощью рассматриваемого метода проводятся стандартные испытания, которые позволяют получать результаты используемые при исследовательских работах, контроле качества и проверке на соответствие спецификации на материал. Однако этот метод не может рассматриваться в качестве оценки того, как пенопласт поведет себя в реальных условиях эксплуатации в течение длительного времени. Для того чтобы получить исходные данные для проектирования изделий из пенопластов, предназначенных для работы под нагрузкой необходимы дальнейшие испытания на ползучесть, определение усталостных свойств материала и его сопротивления удару.
Испытания проводят с образцами, минимальная высота которых составляет 1 дюйм, а максимальная высота не должна превышать ширину образца. Предварительно кондиционированный образец подвергается равномерному сжатию в стандартной испытательной машине. Перемещение траверсы машины рассматриваете как мера деформации. Испытания продолжаются до тех пор, пока не достигается предел текучести, или же деформация при сжатии не достигнет приблизительно 13% от исходного размера образца, в зависимости от того, какое из этих условий будет достигнуто раньше. Из деформационных кривых, рассчитываются прочность при сжатии, модуль упругости и эффективное значение модуля.
Испытания на сдвиг (ASTM C273)
Этот метод разработан специально для измерения зависимости напряжения от деформации при испытаниях сэндвичевых конструкций или центральной части пенопласта при приложении нагрузки параллельно лицевой части образца. Приспособление казанное на рис.2, может использоваться для испытаний либо сэндвича в целом, либо только его центральной части.
Рис. 2. Аппаратура для испытаний пенопластов на сдвиг (воспроизведено с разрешения ASTM)
Нагрузка прикладывается к стальным плитам, с помощью которых осуществляется либо растяжение, либо сжатие. При этом нагрузка распределяется равномерно по всей ширине образца. Максимальная длительность приложения нагрузки не должна превышать 3-6 минут. По результатам испытаний строится зависимость напряжения от деформации, а по начальному участку этой зависимости определяется модуль упругости либо сэндвичевой конструкции в целом, либо отдельно ее центральной части.
Размерная стабильность (ASTM D2126, ИСО 2796)
В последние годы пенопласта нашли широкие области применения в аэрокосмической технике, электронике и строительстве. Поэтому очень важно знать, как поведут себя пенопласта в условиях меняющихся температуры и влажности окружающей среды. При использовании пенопластов как теплоизоляционных материалов также очень важна размерная стабильность, сохраняющаяся в течение длительного времени.
Разработанный метод испытаний для определения реакции жестких пенопластов на воздействие температуры и старение позволяет определить максимально допустимую температуру эксплуатации, а также получить данные по стабильности размеров в условиях меняющихся температуры и влажности. Для проведения этих испытаниях используют весы, термокамеру, холодильную камеру и мерительный инструмент для точного определения размеров. Образец заданных размеров получают механической обработкой. После кондиционирования образец подвергают испытаниям по одному из режимов, приведенных в табл.1. Заключительные испытания проводят после того, как образец вновь принял комнатную температуру. Далее образец исследуется визуально, и измеряются его размеры.
Таблица 1. Условия испытаний — температура и влажность (Температура и влажность выбираются применительно к индивидуальным требованиям)
Панели стен и покрытий зданий слоистые с утеплителем из пенопластов. Пенопласты. Методы испытаний на прочность
ГОСТ 22695-77 Панели стен и покрытий зданий слоистые с утеплителем из пенопластов. Пенопласты. Методы испытаний на прочность
Категории ГОСТ 22695-77 по ОКС:
91. Строительные материалы и строительство
91.080 Конструкции зданий
91.080.99 Конструкции зданий прочие
Коды документа ГОСТ 22695-77:
Код ОКП: 224400;225400;576400
Код КГС: Ж39
Код ОКСТУ: 2209
ГРНТИ индекс(ы): 671139;670181
Статус документа: действует, введён в действие 01.01.1979
Название на английском языке: Laminated wall and roof panels with foam plastic thermal insulation. Foam plastics. Methods of strength testing
Число страниц: 7
РАЗРАБОТАН
Центральным научно-исследовательским институтом строительных конструкций (ЦНИИСК) им. В. А. Кучеренко Госстроя СССР
Зам. директора А. М. Чистяков
Зав. отделением В. Н. Насонов
Руководители темы: К. В. Панферов, Ю. Н. Потапов, И. Г. Романенков
Исполнители: В. М. Бобряшов, В. В. Гурьев, С. Б. Ермолов, Ф. В. Расс, О.Б. Тюзнева
Всесоюзным научно-исследовательским и проектно-конструкторским институтом полимерных строительных материалов (ВНИИстройполимер) Министерства промышленности строительных материалов СССР
Зам. директора В. К. Комлев
Руководители темы и исполнители: А. Т. Бублик, Ю. Г. Горбачев
ВНЕСЕН Центральным научно-исследовательским институтом строительных конструкций (ЦНИИСК) им. В. А. Кучеренко Госстроя СССР
Зам. директора А. М. Чистяков
ПОДГОТОВЛЕН К УТВЕРЖДЕНИЮ Отделом технического нормирования и стандартизации Госстроя СССР
Начальник отдела В. И. Сычев
Начальник подотдела стандартизации в строительстве М. М. Новиков
Гл. специалист В. А. Богословский
УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Постановлением Государственного комитета Совета Министров СССР по делам строительства от 1 сентября 1977 г. № 136
Настоящий стандарт распространяется на пенопласты, применяемые в качестве утеплителя в слоистых панелях стен и покрытий зданий (с листами из металла, асбестоцемента, фанеры, древесноволокнистых и древесностружечных плит, стеклопластиков и картона), и устанавливает методы испытания прочности при сжатии, растяжении и сдвиге.
Требования к прочностным характеристикам пенопластов устанавливаются соответствующими стандартами на панели.
1. МЕТОДЫ ОТБОРА ОБРАЗЦОВ
1.1. Количество и порядок отбора образцов пенопластов для определения их прочностных характеристик следует принимать в соответствии со стандартами на панели.
1.2. Образцы пенопластов для определения прочности при сжатии, растяжении и сдвиге вырезают из панелей совместно с приформованными к утеплителю листами не ранее чем через трое суток после изготовления панелей. При профилированных листах образцы вырезают на плоских участках профиля.
Определение прочности пенопластов при сдвиге допускается производить на образцах без листов.
1.3. Образцы для определения прочности при сжатии должны иметь форму прямоугольной призмы с высотой, равной наименьшей толщине панели. Размеры сторон квадратного основания принимают равными толщине панели и кратными 5 мм (с округлением в большую сторону).
1.4. Образцы для определения прочности при растяжении должны иметь форму прямоугольной призмы с высотой, равной наименьшей толщине панели, и квадратным основанием 50´50 мм.
Допускается при профилированных листах применять образцы с прямоугольным основанием 40´60 мм.
1.5. Образцы для определения прочности при сдвиге должны иметь форму полого цилиндра высотой, равной наименьшей толщине панели, наружным диаметром основания 75 мм и внутренним диаметром 35 мм.
1.6. Образцы для испытании не должны иметь видимых дефектов: трещин, расслаиваний, раковин, вмятин, вырывов.
1.7. Отклонения размеров поперечного сечения образцов от номинальных не должны быть более 1 мм.
1.8. Размеры образцов следует определять с точностью до 0,1 мм.
1.9. На образцах должны быть нанесены обозначения марки панели и порядкового номера партии, а также направление оси образца по отношению к плоскости панели.
1.10. Образцы до испытаний следует выдерживать в течение 24 ч в воздушной среде температурой 20 ± 2 °С и влажностью 65 ± 5 %, если в стандартах на панели нет других указаний.
1.11. Периодичность испытаний образцов следует принимать в соответствии со стандартами па панели.
2. МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРОЧНОСТИ ПРИ СЖАТИИ
2.1. Сущность метода заключается в определении напряжения сжатия в образце при 10 % деформации пенопласта или его разрушении.
2.2. Аппаратура
2.2.1. Для испытаний применяют серийную испытательную машину, обеспечивающую измерение нагрузки с точностью 1 % измеряемой величины.
2.2.2. Испытательная машина должна иметь самоустанавливающуюся опору и систему измерения перемещений захватов. При отсутствии опоры и системы измерения применяют приспособление, показанное на черт. 1, с индикаторным устройством, обеспечивающим измерение деформаций с точностью 0,1 мм.
2.3. Проведение испытаний
2.3.1. При испытании образцы следует устанавливать на опорную плиту испытательной машины или приспособления таким образом, чтобы сжимающее усилие действовало по оси образца.
2.3.2. Образцы центрируют по рискам нижней плиты испытательной машины или приспособления. Скорость сжатия принимают равной (0,1 ± 0,002) Н/мин, где Н - толщина пенопласта, мм (см. черт. 1).
Образец и приспособление для испытания пенопласта на сжатие
1 - нижняя траверса реверсора; 2 - верхняя траверса реверсора; 3 - шарнирная опора; 4 - образец; 5 - индикатор часового типа; 6 - упорный шток
Черт. 1
2.3.3. Нагружение образца производят до достижения нагрузки, соответствующей 10 % относительной деформации пенопласта или до его разрушения при меньшей деформации. Эту нагрузку принимают за величину предельной нагрузки.
2.3.4. Прочность при сжатии sс, Па•105 (кгс/см2), определяют по формуле
где Р - предельная нагрузка даН (кгс);
F - площадь поперечного сечения образца, см2.
2.3.5. За результат испытаний принимают среднее арифметическое параллельных определений.
2.4. Обработка результатов
2.4.1. Результаты испытаний записывают в журнал, в котором указывают:
наименование и марку панелей, номер партии;
тип и марку испытательной машины и измерителя реформаций;
число образцов, взятых для испытания;
даты изготовления панелей и испытания образцов.
3. МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРОЧНОСТИ ПРИ РАСТЯЖЕНИИ
3.1. Сущность метода заключается в определении напряжения растяжения в образце при его разрушении.
3.2. Аппаратура
3.2.1. Для испытаний применяют серийную испытательную машину, обеспечивающую измерение нагрузки с точностью 1 % измеряемой величины.
3.2.2. Захваты испытательной машины должны обеспечивать надежное крепление образцов и совпадение продольной оси образца с направлением растяжения.
3.2.3. Для крепления образцов в захватах испытательной машины используют захватные приспособления, показанные на черт. 2 и состоящие из Т-образных металлических пластин с отверстиями. Размеры Т-образных пластин в плане должны соответствовать размерам образца в рабочем сечении. Поверхности Т-образных пластин должны быть плоскими и перпендикулярными продольной оси образца.
3.3. Проведение испытаний
3.3.1. Перед проведением испытаний захватные приспособления приклеивают к листам образцов. Клей, применяемый для приклеивания захватных приспособлений, должен иметь достаточную прочность, чтобы обеспечивать разрушение по образцу.
3.3.2. Образцы с захватными приспособлениями центрируют в захватах испытательной машины таким образом, чтобы растягивающее усилие действовало по оси образца.
3.3.3. Испытание проводят при скорости перемещения захватов испытательной машины (0,05 ± 0,001) Н/мин, где Н - толщина пенопласта, мм (см. черт. 2).
Образец и приспособление для испытания пенопласта на растяжение
1 - Т-образная пластина; 2 - клей; 3 - образец
Черт. 2
3.3.4. При испытаниях следует фиксировать характер разрушения образцов: по пенопласту или по поверхности контакта пенопласта с листами.
3.3.5. Прочность при растяжении sр, Па•105 (кгс/см2), определяют по формуле
где Р - максимальное усилие, даН (кгс);
F - площадь поперечного сечения образца, см2.
3.3.6. За результат испытаний принимают среднее арифметическое параллельных определений.
3.4. Обработка результатов
3.4.1. Результаты испытаний и характер разрушения образцов записывают в журнал, в котором указывают:
наименование и марку панели, номер партии;
тип и марку испытательной машины;
число образцов, взятых для испытания;
даты изготовления панелей и испытания образцов.
4. МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРОЧНОСТИ ПРИ СДВИГЕ
4.2.1. Для испытаний применяют испытательную машину, обеспечивающую измерение крутящего момента с точностью 1 % измеряемой величины.
4.2.2. Для установки образцов в испытательную машину и их центрирования применяют захватные приспособления, показанные на черт. 3 и состоящие из стальных опорных шайб, приклеиваемых к образцу, и захватных муфт, закрепляемых в захватах испытательной машины. Диаметр опорных шайб должен соответствовать наружному диаметру образцов. Опорные шайбы должны иметь по окружности зенковку под зажимные винты захватных муфт.
Образец и приспособление для испытания пенопласта на сдвиг при кручении
1 - образец; 2 - клей; 3 - опорная шайба; 4 - захватная муфта; 5 - зажимной винт
Черт. 3
4.3. Проведение испытаний
4.3.1. Перед проведением испытаний опорные шайбы приклеивают к торцам образца. Клей, применяемый для приклейки шайб, должен иметь достаточную прочность, чтобы обеспечивать разрушение по образцу.
4.32. Образец с приклеенными шайбами с помощью зажимных винтов закрепляют в захватных муфтах, установленных в захватах испытательной машины.
4.3.3. Испытания проводят при скорости взаимного вращения захватов испытательной машины, равной 1 ± 0,1 рад/мин.
4.3.4. Нагружение проводят до разрушения образца. За разрушающий момент принимают максимальную величину крутящего момента.
4.3.5. Прочность при сдвиге t, Па•105 (кгс/см2), определяют по формуле
где М - максимальный крутящий момент, даН•см (кгс•см);
W - полярный момент сопротивления поперечного сечения образца, см3, вычисляемый по формуле
где D -наружный диаметр образца, см;
d - внутренний диаметр образца, см.
4.3.6. За результат испытаний принимают среднее арифметическое параллельных определений.
4.4. Обработка результатов
4.4.1. Результаты испытаний записывают в журнал, в котором указывают:
наименование и марку панелей, номер партии;
тип и марку испытательной машины;
число образцов, взятых для испытания;
даты изготовления панелей и испытания образцов.
СОДЕРЖАНИЕ
1. Методы отбора образцов
2. Метод определения прочности при сжатии
3. Метод определения прочности при растяжении
4. Метод определения прочности при сдвиге
На сайте доступен для загрузки полный текст ГОСТ 22695-77 со всеми таблицами и формулами в формате pdf.
Выставки и конференции
Государство и бизнес
Литература и образование
Новые материалы и марки
Обзоры и анализ рынков
Обзоры СМИ
Оборудование
Объемы и мощности
Отходы и экология
Персоны и назначения
Пресс-релизы, форс-мажоры
Разработки изделий
Слияния и новые имена
Цены на сырье и изделия
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ СОЮЗА ССР
ПАНЕЛИ СТЕН И ПОКРЫТИЙ ЗДАНИЙ СЛОИСТЫЕ
С УТЕПЛИТЕЛЕМ ИЗ ПЕНОПЛАСТОВ. ПЕНОПЛАСТЫ
Методы испытаний на прочность
Laminated wall and roof panels with foam
plastic thermal insulation. Foam plastics.
Methods of strength testing
Дата введения 1979-01-01
УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Постановлением Государственного комитета Совета Министров СССР по делам строительства от 1 сентября 1977 г. N 136
ПЕРЕИЗДАНИЕ. Сентябрь 1987 г.
Настоящий стандарт распространяется на пенопласты, применяемые в качестве утеплителя в слоистых панелях стен и покрытий зданий (с листами из металла, асбестоцемента, фанеры, древесноволокнистых и древесностружечных плит, стеклопластиков и картона), и устанавливает методы испытания прочности при сжатии, растяжении и сдвиге.
Требования к прочностным характеристикам пенопластов устанавливаются соответствующими стандартами на панели.
1. МЕТОДЫ ОТБОРА ОБРАЗЦОВ
1.1. Количество и порядок отбора образцов пенопластов для определения их прочностных характеристик следует принимать в соответствии со стандартами на панели.
1.2. Образцы пенопластов для определения прочности при сжатии, растяжении и сдвиге вырезают из панелей совместно с приформованными к утеплителю листами не ранее чем через трое суток после изготовления панелей. При профилированных листах образцы вырезают на плоских участках профиля.
Определение прочности пенопластов при сдвиге допускается производить на образцах без листов.
1.3. Образцы для определения прочности при сжатии должны иметь форму прямоугольной призмы с высотой, равной наименьшей толщине панели. Размеры сторон квадратного основания принимают равными толщине панели и кратными 5 мм (с округлением в большую сторону).
1.4. Образцы для определения прочности при растяжении должны иметь форму прямоугольной призмы с высотой, равной наименьшей толщине панели, и квадратным основанием 50х50 мм.
Допускается при профилированных листах применять образцы с прямоугольным основанием 40х60 мм.
1.5. Образцы для определения прочности при сдвиге должны иметь форму полого цилиндра высотой, равной наименьшей толщине панели, наружным диаметром основания 75 мм и внутренним диаметром 35 мм.
1.6. Образцы для испытаний не должны иметь видимых дефектов: трещин, расслаиваний, раковин, вмятин, вырывов.
1.7. Отклонения размеров поперечного сечения образцов от номинальных не должны быть более 1 мм.
1.8. Размеры образцов следует определять с точностью до 0,1 мм.
1.9. На образцах должны быть нанесены обозначения марки панели и порядкового номера партии, а также направление оси образца по отношению к плоскости панели.
1.10. Образцы до испытаний следует выдерживать в течение 24 ч в воздушной среде температурой 202°С и влажностью 655%, если в стандартах на панели нет других указаний
1.11. Периодичность испытаний образцов следует принимать в соответствии со стандартами на панели.
2. МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРОЧНОСТИ ПРИ СЖАТИИ
2.1. Сущность метода заключается в определении напряжения сжатия в образце при 10% деформации пенопласта или его разрушении.
2.2.1. Для испытаний применяют серийную испытательную машину, обеспечивающую измерение нагрузки с точностью 1% измеряемой величины.
2.2.2. Испытательная машина должна иметь самоустанавливающуюся опору и систему измерения перемещений захватов. При отсутствии опоры и системы измерения применяют приспособление, показанное на черт. 1, с индикаторным устройством, обеспечивающим измерение деформаций с точностью 0,1 мм.
Образец и приспособление для испытания
пенопласта на сжатие
1 - нижняя траверса реверсора; 2 - верхняя траверса
реверсора; 3 - шарнирная опора; 4 - образец;
5 - индикатор часового типа; 6 - упорный шток
2.3. Проведение испытаний
2.3.1. При испытании образцы следует устанавливать на опорную плиту испытательной машины или приспособления таким образом, чтобы сжимающее усилие действовало по оси образца.
2.3.2. Образцы центрируют по рискам нижней плиты испытательной машины или приспособления. Скорость сжатия принимают равной (0,10,002) /мин, где - толщина пенопласта, мм (см. черт. 1
2.3.3. Нагружение образца производят до достижения нагрузки, соответствующей 10% относительной деформации пенопласта или до его разрушения при меньшей деформации. Эту нагрузку принимают за величину предельной нагрузки.
2.3.4. Прочность при сжатии , (кгс/кв.см), определяют по формуле
где - предельная нагрузка даН (кгс);
- площадь поперечного сечения образца, кв.см
2.3.5. За результат испытаний принимают среднее арифметическое параллельных определений.
2.4. Обработка результатов
2.4.1. Результаты испытаний записывают в журнал, в котором указывают:
наименование и марку панелей, номер партии;
тип и марку испытательной машины и измерителя деформаций;
число образцов, взятых для испытания;
даты изготовления панелей и испытания образцов.
3. МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРОЧНОСТИ ПРИ РАСТЯЖЕНИИ
3.1. Сущность метода заключается в определении напряжения растяжения в образце при его разрушении.
3.2.1. Для испытаний применяют серийную испытательную машину, обеспечивающую измерение нагрузки с точностью 1% измеряемой величины.
3.2.2. Захваты испытательной машины должны обеспечивать надежное крепление образцов и совпадение продольной оси образца с направлением растяжения.
3.2.3. Для крепления образцов в захватах испытательной машины используют захватные приспособления, показанные на черт. 2 и состоящие из Т-образных металлических пластин с отверстиями. Размеры Т-образных пластин в плане должны соответствовать размерам образца в рабочем сечении. Поверхности Т-образных пластин должны быть плоскими и перпендикулярными продольной оси образца.
Образец и приспособление для испытания
пенопласта на растяжение
1 - Т-образная пластина; 2 - клей; 3 - образец
3.3. Проведение испытаний
3.3.1. Перед проведением испытаний захватные приспособления приклеивают к листам образцов. Клей, применяемый для приклеивания захватных приспособлений, должен иметь достаточную прочность, чтобы обеспечивать разрушение по образцу.
3.3.2. Образцы с захватными приспособлениями центрируют в захватах испытательной машины таким образом, чтобы растягивающее усилие действовало по оси образца.
3.3.3. Испытание проводят при скорости перемещения захватов испытательной машины (0,050,001) /мин, где - толщина пенопласта, мм (см. черт. 2
3.3.4. При испытаниях следует фиксировать характер разрушения образцов: по пенопласту или по поверхности контакта пенопласта с листами.
3.3.5. Прочность при растяжении , (кгс/кв.см), определяют по формуле
где - максимальное усилие, даН (кгс);
- площадь поперечного сечения образца, кв.см
3.3.6. За результат испытаний принимают среднее арифметическое параллельных определений.
3.4. Обработка результатов
3.4.1. Результаты испытаний и характер разрушения образцов записывают в журнал, в котором указывают:
наименование и марку панели, номер партии;
тип и марку испытательной машины;
число образцов, взятых для испытания;
даты изготовления панелей и испытания образцов.
4. МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРОЧНОСТИ ПРИ СДВИГЕ
4.2.1. Для испытаний применяют испытательную машину, обеспечивающую измерение крутящего момента с точностью 1% измеряемой величины.
4.2.2. Для установки образцов в испытательную машину и их центрирования применяют захватные приспособления, показанные на черт. 3 и состоящие из стальных опорных шайб, приклеиваемых к образцу, и захватных муфт, закрепляемых в захватах испытательной машины. Диаметр опорных шайб должен соответствовать наружному диаметру образцов. Опорные шайбы должны иметь по окружности зенковку под зажимные винты захватных муфт.
Образец и приспособление для испытания
пенопласта на сдвиг при кручении
Пенопласты (пены) — это общее название группы материалов, содержащих множество пустых ячеек (открытых или замкнутых), диспергированных по объему вещества. Расширяющееся применение и популярность пенопластов приводят к необходимости создания методов испытаний, специфически пригодных именно для материалов этого типа. В течение долгого времени методы, создававшиеся для испытаний твердых полимеров, использовались и для пенопластов. Тем не менее эти методы должны быть модифицированы, что объясняется низкой прочностью пенопластов. Необходимость в такой модификации и предлагаемые изменения привели к разработке многочисленных нестандартизованных методов испытаний, что, в свою очередь, вызвало недоразумение среди специалистов, применявших эти материалы. Благодаря стараниям и усилиям комитетов ASTM, SPI (Society of the Plastic Industry — Общество специалистов, работающих в промышленности пластмасс). и поставщиков материалов был разработан ряд стандартов. Большинство методов испытаний пенопластов вполне аналогичны ранее использовавшимся для других полимерных материалов. Однако некоторые методы направлены на то, чтобы отвечать необходимости испытаний именно пенопластов, и они в этом отношении уникальны. К таким методам относятся, в частности, измерение пористости, определение относительного содержания открытых и замкнутых ячеек в материале.
Методы испытания жестких пенопластов
Плотность (ASTM D1622, ИСО 845)
Плотность пенопластов представляет значительный интерес для конструкторов изделий из этих материалов, поскольку многие физические свойства материала определяются их плотностью. Методика определения плотности пенопластов очень проста. В ее основе лежит приготовление образца определенной формы, которая бы позволяла достаточно просто измерить его объем. Далее образец взвешивается, а его объем вычисляется по линейным размерам, измеряемым с помощью микрометра, кронциркуля или калибра.
Плотность рассчитывается как: Плотность (фунт/фут 3 ) = Вес образца (фунт)/Объем образца (фут 3 )
Этот метод был разработан для определения как суммарной плотности материала, так и эффективной плотности центральной части жестких пенопластов. Эффективная плотность материала в целом определяется как вес, отнесенный к единице объема, образца в целом, включая поверхностные слои. Эффективная плотность центральной части (ядра) материала определяется аналогичным образом, но после удаления поверхностных слоев.
Размер ячеек и их ориентация являются очень важными характеристиками пенопластов, поскольку от них зависят некоторые физические свойства материала. Так например, для оценки адсорбции воды и содержания открытых ячеек необходимо знание поверхности ячеек, которая, в свою очередь, рассчитывается на основ их размеров.
Метод испытаний распространяется на определение эффективного размера ячеек в жестких пенопластах путем измерения количеств пересечений прямой с границами ячеек на определенной длине. При этом используются две базовые методики. Согласно процедуре А необходимо приготовить тонкие срезы толщиной не более чем половина среднего диаметра одной ячейки, что обеспечивает механическую устойчивость среза. После того как из образца с помощью микротома делается с указанных размеров, его изображение с помощью проектора слайдов проецируется на экран. Измеряется средняя длина хорды и определяется количество ее пересечений с границами ячеек. Далее рассчитывается среднее значение размера ячеек.
Процедура В предназначена для использования применительно к хрупким материалам, из которых трудно приготовить тонкие срезы для визуального анализа. В этом случае на образце делается разрез так, чтобы получилась гладкая поверхность. Границы ячеек отмечаются маркером. Далее используется та же методика измерений что в первом случае: проводится прямая, рассчитывается количество ее пересечений с границами ячеек и вычисляется средний размер ячеек.
Подсчет количества открытых ячеек (ASTM D2856, ИСО 4590-1981)
Этот метод предназначен для определения пористости или процентного содержания открытых ячеек в пенопласте. Знание этих характеристик пенопласта необходимо для применения этих материалов в качестве плавательных средств, поскольку избыточная пористость или повышенное содержание открытых ячеек будут заметно сказываться на плавучести изделий из пенопластов. Высокое содержание замкнутых ячеек, напротив, препятствует удалению газообразных продуктов и тем самым повышает изоляционные характеристики материала, способствуя понижению его теплопроводности.
Образцы с размерами, удобными для испытаний, могут быть получены только путем их вырезания из крупных заготовок. При этом часть закрытых ячеек становится открытой и при расчете она прибавляется к числу существующих открытых ячеек. Для внесения соответствующих корректив предлагаются три основные методики.
Процедура А. Подсчитайте количество ячеек, открывшихся в процессе приготовления образца, измерив их диаметр и рассчитав на этом основании объем этих ячеек.
Процедура В. Подсчитайте количество ячеек, открывшихся в процессе приготовления образца, путем приготовления среза и получения открытой поверхности по площади, равной площади поверхности исходного образца.
Процедура С. Не вводите коррекцию на количество ячеек, открывшихся в процессе приготовления образца, но достаточно точно определите содержание полностью открытых ячеек. Точность этой оценки уменьшается по мере увеличения содержания замкнутых ячеек и увеличении их размера. Методика измерений основана на использовании закона Бойля, согласно которому увеличение замкнутого объема, занимаемого газом при постоянной температуре, пропорционально уменьшению давления. Если объем некоторого пространства увеличивается в равной степени в присутствии в этом объеме образца или в его отсутствии, то падение давления будет меньше для пустого пространства. Величина разности давления и рассчитанный из этого истинный объем материала позволяют найти процентное содержание замкнутых ячеек.
Прибор, используемый для проведения испытаний, называется воздушным пикнометром (рис.1). Он состоит из двух цилиндров равного объема, в один из которых помещается образец. Поршни в обеих камерах могут перемещаться. При изменении объемов камер, обусловленных движением поршней, реальные изменения объема в камере с образцом меньше чем в пустой камере из-за присутствия образца. Величина этой разницы измеряется, и содержание открытых ячеек в пенопласте определяется расчетным путем.
Воздушный пикнометр, предлагаемый на рынке, показан на рис. 1.
Рис. 1. Схема воздушного пикнометра (воспроизведено с разрешения ASTM)
Сжимаемость (ASTM D1621, ИСО 844)
Испытания, в которых определяется модуль упругости и прочность при сжатии жестких пенопластов, во многом аналогичны методам, используемым для других пластмасс. Этот метод очень полезен для сравнения прочностных характеристик пенопластов различного состава. С помощью рассматриваемого метода проводятся стандартные испытания, которые позволяют получать результаты используемые при исследовательских работах, контроле качества и проверке на соответствие спецификации на материал. Однако этот метод не может рассматриваться в качестве оценки того, как пенопласт поведет себя в реальных условиях эксплуатации в течение длительного времени. Для того чтобы получить исходные данные для проектирования изделий из пенопластов, предназначенных для работы под нагрузкой необходимы дальнейшие испытания на ползучесть, определение усталостных свойств материала и его сопротивления удару.
Испытания проводят с образцами, минимальная высота которых составляет 1 дюйм, а максимальная высота не должна превышать ширину образца. Предварительно кондиционированный образец подвергается равномерному сжатию в стандартной испытательной машине. Перемещение траверсы машины рассматриваете как мера деформации. Испытания продолжаются до тех пор, пока не достигается предел текучести, или же деформация при сжатии не достигнет приблизительно 13% от исходного размера образца, в зависимости от того, какое из этих условий будет достигнуто раньше. Из деформационных кривых, рассчитываются прочность при сжатии, модуль упругости и эффективное значение модуля.
Испытания на сдвиг (ASTM C273)
Этот метод разработан специально для измерения зависимости напряжения от деформации при испытаниях сэндвичевых конструкций или центральной части пенопласта при приложении нагрузки параллельно лицевой части образца. Приспособление казанное на рис.2, может использоваться для испытаний либо сэндвича в целом, либо только его центральной части.
Рис. 2. Аппаратура для испытаний пенопластов на сдвиг (воспроизведено с разрешения ASTM)
Нагрузка прикладывается к стальным плитам, с помощью которых осуществляется либо растяжение, либо сжатие. При этом нагрузка распределяется равномерно по всей ширине образца. Максимальная длительность приложения нагрузки не должна превышать 3-6 минут. По результатам испытаний строится зависимость напряжения от деформации, а по начальному участку этой зависимости определяется модуль упругости либо сэндвичевой конструкции в целом, либо отдельно ее центральной части.
Размерная стабильность (ASTM D2126, ИСО 2796)
В последние годы пенопласта нашли широкие области применения в аэрокосмической технике, электронике и строительстве. Поэтому очень важно знать, как поведут себя пенопласта в условиях меняющихся температуры и влажности окружающей среды. При использовании пенопластов как теплоизоляционных материалов также очень важна размерная стабильность, сохраняющаяся в течение длительного времени.
Разработанный метод испытаний для определения реакции жестких пенопластов на воздействие температуры и старение позволяет определить максимально допустимую температуру эксплуатации, а также получить данные по стабильности размеров в условиях меняющихся температуры и влажности. Для проведения этих испытаниях используют весы, термокамеру, холодильную камеру и мерительный инструмент для точного определения размеров. Образец заданных размеров получают механической обработкой. После кондиционирования образец подвергают испытаниям по одному из режимов, приведенных в табл.1. Заключительные испытания проводят после того, как образец вновь принял комнатную температуру. Далее образец исследуется визуально, и измеряются его размеры.
Таблица 1. Условия испытаний — температура и влажность (Температура и влажность выбираются применительно к индивидуальным требованиям)
Читайте также: