Plasty s dobrými mechanickými vlastnostmi

V aplikacích, kde jsou plastové součásti navrhovány tak, aby odolávaly zatížení, hrají mechanické vlastnosti polymerů zvláště důležitou úlohu. Mezi základní mechanické vlastnosti materiálů patří:
  • Pevnost: míra odporu materiálu vůči externímu zatížení
  • Tuhost: míra odporu materiálu vůči deformacím
  • Tvrdost: míra odporu materiálu vůči deformacím při koncentrovaném tlakovém zatížení
  • Houževnatost: míra kapacity absorpce energie materiálu při nárazech

Takovéto vlastnosti lze zkoumat a porovnávat mezi různými produkty prostřednictvím standardizovaných zkušebních metod. Vlastnosti plastů při tahovém zatížení, jako jsou pevnost v tahu a tuhost, se například dají stanovit podle DIN EN ISO 527 krátkým působením zatížení v jednom směru při zkoušce tahem. Možné výsledky a typické hodnoty pozorované během této zkoušky, v závislosti na reakcích materiálu, jsou souhrnně uvedeny v následujícím grafu:

Společnost Ensinger zkouší mechanické vlastnosti všech svých polotovarů. Tyto informace jsou k dispozici ve standardních technických specifickacích našich produktů. Tyto informace uživatelům umožňují přímo a spolehlivě porovnávat fyzikální vlastnosti různých konstrukčních materiálů.

Uživatelé by si měli být vědomi toho, že při porovnávání hodnot uváděných společností Ensinger s hodnotami z jiných zdrojů mohou být zjištěny zřetelně odlišné výsledky. Důvodem k tomu jsou pravděpodobně rozdílné zkušební metody, rozdílné rychlosti zkoušení a rozdílné zkušební vzorky. Rozdíly mohou vycházet ze skutečnosti, že většina dostupné literatury publikované ohledně termoplastických materiálů je založena na výsledcích získaných na tlakově vstřikovaných vzorcích, zatímco data uváděná ve specifikacích od společnosti Ensinger jsou získávána se vzorky připravenými obráběním z extrudovaných materiálů. Stupeň krystaličnosti a orientace vláken se mezi extrudovanými a tlakově vstřikovanými materiály odlišují a to vede k významným rozdílům výsledných hodnot.

Pevnost – v tahu a v ohybu (mechanická odolnost)

Pevnost v ohybu a pevnost v tahu jsou u plastů dvě vlastnosti nejběžněji používané pro porovnávání materiálů. Mezi plastové produkty Ensinger s vysokou pevností v tahu náleží:

Přidáním výztuže v podobě uhlíkových vláken nebo skleněných vláken do extrudovaných materiálů obecně zlepšuje pevnost v tahu a v ohybu, ale její vliv je omezenější než u vzorků vyráběných tlakovým vstřikováním.

Tuhost – Modul elasticity v tahu a ohybu

Tuhost materiálů bez plniva se vyjadřuje pomocí modulu pružnosti v tahu. Mezi produkty společnosti Ensinger s nejlepšími hodnotami tuhosti náleží TECASINT 4111 (PI), TECAPEEK (PEEK), TECAST (PA 6 C), TECAFORM AD (POM-H) a TECAPET (PET).


Maximální hodnoty modulu pružnosti nabízejí rovněž dostupné materiály s plnivem v podobě uhlíkových vláken a skleněných vláken, např.:

Pevnost v tlaku

Pevnost v tlaku [MPa]

Pevnost v tlaku je dobrým ukazatelem krátkodobé zatížitelnosti různých plastových materiálů. Měří se tak, že se na válcový nebo krychlový vzorek umístěný mezi dvěma deskami nechá působit zvyšující se síla a přitom se měří tlak a změna délky. 
 
Vlastnost pevnost v tlaku při prasknutí není u termoplastů vždy relevantní veličina, protože u mnoha tvárných materiálů se vzorek zdeformuje bez jasného narušení. Nadměrná deformace při zatížení by tak nebyla dobrým ukazatelem úspěšné zkoušky v žádné reálné průmyslové aplikaci. Z těchto důvodů se tlakové zatížení obvykle neuvádí v bodě prasknutí, ale namísto toho v definovaném bodě deformace (obvykle 1%, 2% nebo 10%). Je velmi důležité zkontrolovat zkušební podmínky před porovnáváním hodnot pevnosti v tlaku z různých zdrojů!
 
Je třeba rovněž poznamenat, že přídavek výztuže z uhlíkových vláken nebo skleněných vláken obecně u daného polymeru zvyšuje pevnost v tlaku, ale makroskopický vliv je viditelnější v dlouhodobém hledisku než v krátkodobém provozu při zatížení vzhledem k zlepšení charakteristik meze tečení.


Kompozitní produkty vyztužené vlákny:

Houževnatost – Odolnost proti nárazu

Odolnost / zatížení [MPa]
 
Odolnost termoplastů proti nárazu se měří pomocí rázových zkoušek metodou Charpy nebo Izod. Do malé tyčky čtvercového průřezu se kyvadlem udeří vysokou rychlostí a měří se energie absorbovaná při prasknutí vzorku; čím je hodnota vyšší, tím lepší je odolnost proti nárazu. V případě plastů s vysokou odolností proti nárazu, kde nedochází k destrukci těchto vzorků a kde je výsledkem nepoužitelná hodnota, se zkouška opakuje, přičemž se ve vzorku předtím vytvoří drážka, aby se získaly informace za těchto náročnějších podmínek.


Tvrdost

Tvrdost podle otisku kuličky [MPa]

Zatímco tvrdost povrchu lze měřit mnoha různými způsoby, jedna z nejběžnějších metod používaných ke zkoušení plastů se nazývá „tvrdost podle otisku kuličky“. Kovová kulička standardních rozměrů se definovanou silou a na definovanou dobu vtiskne do materiálu, přičemž otisk, jenž v materiálu zůstane, definuje hodnotu tvrdosti. Další běžnou metodou zkoušení tvrdosti je zkouška tvrdosti podle Rockwella.

Kovová kulička standardních rozměrů se definovanou silou a na definovanou dobu vtiskne do materiálu, přičemž otisk, jenž v materiálu zůstane, definuje hodnotu tvrdosti. Další běžnou metodou zkoušení tvrdosti je zkouška tvrdosti podle Rockwella.
 
Nejvyšší povrchovou tvrdost vykazují materiály s plnivem v podobě skleněných vláken a uhlíkových vláken, zatímco nejlepší materiály bez plniv z hlediska této vlastnosti jsou následující: