ISO 604

Технические характеристики

ISO 604:2002 распространяется на жёсткие и полужёсткие пластмассы, включая конструкционные термопласты, реактопласты и некоторые композиционные материалы. Испытание проводят на универсальной испытательной машине с измерением силы и перемещения пуансона или траверсы.

• Основной результат — условное напряжение сжатия, рассчитываемое по формуле:

$$\sigma_c = \frac{F}{A_0}$$

где $\sigma_c$ — напряжение сжатия, F — сжимающая сила,$A_0$ — исходная площадь поперечного сечения образца.

• Относительную деформацию определяют по выражению:

$$\varepsilon_c = \frac{h_0-h}{h_0}$$

где $\varepsilon_c$ — относительная деформация, $h_0$ — исходная высота образца, h — текущая высота.

• Модуль упругости при сжатии рассчитывают по начальному участку диаграммы «напряжение — деформация». Для полимеров этот участок может быть нелинейным, поэтому в протоколе необходимо указывать способ определения модуля.
  
  

• При наличии выраженной текучести фиксируют напряжение при текучести и соответствующую деформацию. Если текучесть не проявляется, указывают напряжение при заданной деформации либо напряжение разрушения.
  
  

• Геометрию образца, направление вырезки, скорость перемещения, температуру, влажность и способ фиксации результатов выбирают по ISO 604 и указывают в протоколе. Для сравнения партий эти параметры должны оставаться одинаковыми.
  
  

• Кондиционирование пластмасс выполняют с учётом требований ISO 291, если иное не установлено нормативной документацией на материал. Для полиамидов это критично: содержание поглощённой влаги заметно меняет модуль, напряжение при текучести и деформацию.
  
  

Химический состав материала ISO 604 не регламентирует. Поэтому стандарт нельзя использовать как обозначение марки пластика или как замену техническим условиям производителя. Данные испытания характеризуют поведение конкретного образца в заданном режиме, а не «паспортную прочность» материала вне условий теста.

На результат влияют температура и скорость нагружения. При повышении температуры вязкоупругая составляющая деформации возрастает, а при увеличении скорости нагружения пластик обычно показывает более высокое условное напряжение и меньшую деформацию до разрушения. Для деталей из полиамида, полиоксиметилена, полиэтилена высокой плотности и поливинилиденфторида эти эффекты нельзя считать второстепенными.

При обработке результатов проверяют плоскостность торцов и соосность образца. Перекос создаёт изгибающий компонент, а трение между торцами и плитами мешает свободному поперечному расширению. В итоге возникает так называемое бочкообразование (неравномерная поперечная деформация), которое искажает истинную картину напряженного состояния материала и завышает показатели прочности.

В России сопоставимые испытания регламентирует ГОСТ 4651 «Пластмассы. Метод испытания на сжатие». При оформлении протокола необходимо указывать конкретный применённый стандарт, поскольку результаты по ISO 604 и ГОСТ 4651 нельзя автоматически считать полностью взаимозаменяемыми без проверки геометрии, скорости нагружения и схемы расчёта.

Промышленное применение

Испытания по ISO 604 применяют при выборе конструкционных пластиков для опор, направляющих, втулок, упорных колец, роликов и деталей, воспринимающих постоянную или кратковременную осевую нагрузку. Для капролона и других полиамидов измеряют способность стандартизированного образца материала сопротивляться осевому сжатию, но при расчете реального узла дополнительно учитывают влагопоглощение и ползучесть. Значение, полученное на сухом образце, не всегда описывает работу детали во влажном цехе или в контакте с охлаждающей жидкостью.

В узлах трения метод помогает сравнивать полиамид, полиоксиметилен, полиэфирэфиркетон, политетрафторэтиленовые композиции и антифрикционные бронзы по сопротивлению сжатию. Однако ISO 604 не определяет коэффициент трения и интенсивность изнашивания. Для окончательного подбора вкладыша нужны отдельные трибологические испытания при заданных скорости скольжения, давлении, температуре и наличии смазки.

В пищевом машиностроении результаты используют при оценке деталей из материалов, допущенных к контакту с пищевой продукцией. Само соответствие ISO 604 не означает санитарного допуска. Оно подтверждает только метод получения механических характеристик, тогда как пригодность материала определяется отдельными регламентами и декларациями соответствия.

Для корпусов, опорных седел и упорных элементов в химическом оборудовании испытание позволяет оценить запас сопротивления сжатию после воздействия рабочей среды. Предварительно образцы выдерживают в конкретной жидкости или паровой фазе, затем испытывают в согласованных условиях. Иначе агрессивная среда останется за рамками расчёта, а полученный протокол будет аккуратным, но малополезным.

Плюсы и минусы

• Метод даёт воспроизводимую базу для сравнения марок пластмасс при одинаковой температуре, скорости и геометрии образца. Ограничение — чувствительность полимеров к малым изменениям этих параметров.
  
  

• Испытание позволяет определить напряжение при текучести, заданной деформации или разрушении. Ограничение — многие термопласты не имеют резкой точки разрушения и продолжают деформироваться без образования классической трещины.
  
  

• ISO 604 подходит для контроля сырья, входного контроля полуфабрикатов и проверки стабильности технологического процесса. Ограничение — результат образца нельзя напрямую переводить в допускаемую нагрузку готовой детали без учёта ползучести, концентраторов напряжений и реальной схемы опирания.
  
  

• Метод применим к большинству жёстких конструкционных пластмасс. Ограничение — пористые, сильно армированные или анизотропные материалы требуют отдельного контроля направления вырезки и распределения дефектов.
  
  

• Испытание сравнительно просто автоматизировать. Ограничение — трение торцов о плиты и перекос образца способны исказить диаграмму сильнее, чем различие между двумя близкими марками материала.
  
  

Совет технолога «ООО АВТЭКС»

Результат ISO 604 рекомендуется использовать не как единственную цифру для расчёта, а как часть карты свойств материала. Для втулки или направляющей сначала определяют максимальное контактное давление, затем проверяют сопротивление смятию, длительную ползучесть и нагрев от трения. При постоянной нагрузке кратковременный предел сжатия почти всегда выглядит привлекательнее, чем реальная допустимая нагрузка через несколько месяцев эксплуатации.

При проектировании посадки учитывают коэффициент линейного теплового расширения и влагопоглощение. У полиамидов изменение размеров из-за влаги может быть сопоставимо с рабочим зазором, особенно в тонкостенных втулках. Для деталей из POM, PEEK и PTFE-композиций проблема поглощения воды обычно меньше, но тепловое расширение и ползучесть никуда не исчезают.

Образцы для сравнительных испытаний изготавливают из того же полуфабриката и по тому же направлению, что и серийную деталь. При точении из прутка, прессовании или экструзии структура материала различается, поэтому результаты образца, вырезанного поперёк, могут не описывать поведение детали вдоль оси нагрузки. В протоколе фиксируют марку материала, наличие наполнителя, влажность, состояние поверхности, скорость испытания и режим кондиционирования.

Для ответственных узлов полезно проводить испытания после выдержки в рабочей температуре и среде. Такой подход показывает не лабораторную витринную характеристику, а остаточную несущую способность после воздействия масла, воды, растворителя или моющего состава. Полимер, который «держит» нагрузку в сухой лаборатории, иногда размягчается именно там, где заказчик планировал его эксплуатировать.