Копёр

Копёр — устройство для испытания ударной вязкости материалов. Существует два типа: маятниковые копры и копры с падающим шаром (или копры с падающим грузом). Маятниковые копры, в свою очередь, делятся на копры для испытания на изгиб свободно лежащего образца (метод Шарпи) и копры для испытания консольно закреплённого образца (метод Изода). Их применяют для определения ударной вязкости неметаллических материалов, таких как пластмассы, армированные волокном композиты, армированный нейлон, стеклопластик, керамика, литой камень, пластиковые электротехнические изделия и изоляционные материалы.

По мере развития отрасли требования рынка к маятниковым испытательным машинам на удар продолжают меняться. Распространены три формы: испытательные машины на удар Шарпи, испытательные машины на удар Изода и комбинированные машины Изода/Шарпи. Маятниковые испытательные машины на удар являются идеальным испытательным оборудованием для химической промышленности, научно-исследовательских институтов, университетов и отделов контроля качества.

В настоящее время в Китае чаще применяется метод Шарпи для испытания ударной вязкости конструкционных пластмасс, тогда как за рубежом преимущественно используется метод Изода. При использовании данных об ударной вязкости следует обращать внимание на применённый метод испытания. Образцы для испытания на удар по Шарпи делятся на образцы без надреза и с надрезом.

Определение ударной вязкости

Ударная вязкость напрямую отражает, оценивает или определяет стойкость материала (или изделия) к удару (степень хрупкости или вязкости). В отрасли распространены три метода: удар по Шарпи, удар по Изоду и удар падающим шаром (или падающим грузом). Первые два метода (Шарпи и Изод) в основном оценивают собственную ударную характеристику самого материала; эти два метода не имеют принципиальной связи — разница в том, что метод Изода обеспечивает большую энергию удара, поэтому материалы, которые не удаётся разрушить по Шарпи, обычно испытывают по Изоду. Удар падающим шаром или падающим грузом отражает ударную стойкость самого изделия (ударная стойкость изделия определяется множеством факторов, таких как материал, толщина и конструкция).

Из-за различных условий испытаний по Шарпи, Изоду и падающим грузом (например, размеры образца, форма опоры, способ удара, скорость удара, тип надреза и т. д.) возникают различные виды испытаний: удар при низкой температуре, удар при высокой температуре, удар по образцу без надреза, удар по образцу с надрезом, удар по всей толщине и др.

Классификация методов измерений испытательных машин на удар

Существует множество методов испытания ударной вязкости конструкционных пластмасс, главным образом маятниковый метод испытания на удар и метод удара падающим грузом. Маятниковые испытания на удар подразделяются на метод Шарпи и метод Изода. Метод Шарпи чаще применяется в Китае, метод Изода — преимущественно за рубежом. При использовании данных об ударной вязкости следует обращать внимание на применённый метод испытания. Образцы для испытания на удар по Шарпи делятся на образцы без надреза и с надрезом.

Ударная вязкость по Шарпи и по Изоду представляет собой энергию, поглощённую на единицу площади материала; чем больше поглощённая энергия, тем лучше ударная стойкость материала. На рисунке справа показаны схемы обоих методов удара.

В этих двух испытаниях ударная вязкость может быть выражена следующей формулой: , где a — ударная вязкость по Шарпи или по Изоду, в кДж/м² (килоджоуль на квадратный метр); A — энергия удара, поглощённая образцом, в Дж; b — ширина образца, в мм; d — толщина образца, в мм; для удара по образцу с надрезом — остаточная толщина после вычета надреза.

Из расчётной формулы следует, что выбранные для испытания размеры образца (толщина, ширина, наличие надреза) влияют на результаты. Кроме того, на результаты влияют температура испытания, выбранная энергия удара, скорость удара, пролёт и т. д. Теоретически, чем больше ширина и толщина образца, тем больше поглощённая энергия удара A (в Дж), но соответственно больше и b×d (площадь удара) (связь между площадью удара и энергией удара сложна, имеет много влияющих факторов и не является линейно пропорциональной). Поэтому значения ударной вязкости при разной толщине могут отклоняться, но незначительно, и более толстый образец не обязательно имеет более высокую ударную вязкость (ударная вязкость отражает только сам материал; чтобы оценить ударную стойкость материала при данной толщине, сравнивают величину поглощённой энергии удара A).

Кроме того, для жёстких материалов при определённых толщинах и пролётах опоры существует конструктивная эластичность, что существенно влияет на результаты испытания на удар. Поэтому национальные стандарты предусматривают, что образцы толщиной менее 3 мм, как правило, не подвергаются испытаниям на удар по Шарпи или по Изоду, а верхний предел толщины обычно не превышает 10 мм; рекомендуется толщина 4 мм. Строгих правил в отношении скорости удара, пролёта и толщины нет — приводятся лишь рекомендуемые схемы.

Таким образом, сравнивать ударную стойкость материалов (по Шарпи и по Изоду) можно только в пределах одного периода времени, при одинаковой толщине образца и одинаковых условиях испытания (пролёт, скорость удара, одинаковый тип надреза и т. д.). Более того, поскольку факторы, влияющие на стойкость материала к энергии удара, сложны, ударная стойкость, отражённая по Шарпи или по Изоду, является лишь односторонней. Поэтому результаты по Шарпи или по Изоду в основном служат вспомогательным ориентиром; для оценки ударной стойкости материала обычно требуется комплексное определение с учётом нескольких видов испытаний (относительное удлинение при разрыве, модуль упругости, ударная вязкость и т. д.). Например, некоторые материалы со вспененным сердечником дают крайне низкие данные при испытании на удар по Шарпи или по Изоду, но их данные по удару падающим шаром не хуже, чем у аналогичных материалов.