20. dubna 2015 00:42

Stanovenie rázovej húževnatosti plastov pri nízkych teplotách metódou Charpy

Článok sa zaoberá skúmaním rázovej húževnatosti vybraných materiálov. Posudzoval sa vplyv pridávania recyklovaného materiálu na spomínané vlastnosti materiálu. Výsledkom skúšok bolo získanie závislostí vplyvu pridávania recyklovaného materiálu s rôznym percentuálnym zložením pridaného do čistého materiálu na hodnotu rázovej húževnatosti stanovenej pri nízkych teplotách.

Úvod

Plasty sa používajú na výrobu veľkého množstva výrobkov, ktoré prinášajú technologické pokroky a úspory energie. V dôsledku toho výroba plastov výrazne stúpla. Plasty sú lacné, ľahké, pevné, trvanlivé a odolné proti korózii materiálu s vysokou tepelnou a elektrickou izolačnou vlastnosťou. Vzhľadom na každoročne stúpajúcu výrobu plastov sa ich objem zvyšuje aj v odpade. Plastový odpad končí na skládkach v spaľovniach, moriach a oceánoch. Plastový odpad možno považovať za zdroj druhotnej suroviny – lacnej a dostupnej. Toto riešenie poznáme pod pojmom recyklácia plastov. Recyklácia plastov je opätovné využitie plastov vznikajúcich pri ich výrobe alebo ukončení životnosti plastov.

Cieľom príspevku je zistiť vplyv recyklátu na mechanické vlastnosti materiálu, predovšetkým na rázovú húževnatosť. Zaoberali sme sa skúšaním vzoriek, kde do originálneho materiálu bol pridaný rôzny podiel recyklátu.

Výsledky výskumu prinesú do praxe možnosť znížiť náklady na výrobu plastových výrobkov a minimalizovať odpad vznikajúci pri ich výrobe.

Miesto a podmienky vykonania experimentu

Skúšobné telesá boli vyhotovené v tvare kvádra. Vyhotovenie bolo vykonané v súlade so všeobecnými princípmi pre vstrekovanie skúšobných telies podľa normy STN EN ISO 294-1. Vzorky sa vyrábali technológiou vstrekovania na lise ENGEL Victory 80/25 na Katedre strojárenskej technológie Technickej univerzity v Liberci, pričom bola použitá ISO forma s vymeniteľnými tvarovými vložkami.

Stanovenie rázovej húževnatosti Charpyho metódou bolo vykonané podľa normy STN EN ISO 179-1. Skúška je založená na princípe zisťovania energie spotrebovanej na prelomenie skúšobného telesa padajúcim rotačným kladivom. Skúška bola vykonaná Charpyho kladivom typu CEAST RESIL 5.5. Skúšobné vzorky boli pred skúšaním kondiciované pri teplote – 30 °C po dobu 24 hodín.

Na experiment boli použité materiály s obchodnými názvami Makrolon 6265, Mosten GB 005 a Starex HF – 0660I.

Namerané hodnoty a ich vyhodnotenie

Pri skúškach sa postupovalo podľa normy STN EN ISO 179-1. Namerané hodnoty sú uvedené v tabuľkách a znázornené na grafoch. Pri materiáli Makrolon nedošlo k prerazeniu vzoriek, keďže Makrolon je polykarbonát. Polykarbonáty majú dobrú tepelnú odolnosť, odolnosť proti nárazu a dobre optické vlastnosti. V tabuľke 1 sú uvedené namerané hodnoty materiálu Mosten GB 005 pri rôznom percentuálnom podiele recyklovaného materiálu.

Tab. 1: Namerané hodnoty materiálu Mosten GB 005

Pri tomto materiáli došlo k prerazeniu, keďže už bola vyššia nominálna energia kyvadla (5 J) ako pri predchádzajúcom materiáli (2 J). Došlo k prerazeniu typu C, čo je úplne prerazenie, prerazenie pri ktorom je skúšobné teleso rozdelené na dva alebo viac kusov. Ako môžeme vidieť na Obr. 1 Grafická závislosť materiálu Mostenčistý materiál vykazoval hodnotu 16,3 a po pridávaní recyklovaného materiálu do základného materiálu lineárne klesá. Keďže sa polypropylén zošrotoval a následne sa nepreosial, ostal tam aj prachový podiel, čím bol materiál kompaktnejší a hustejší, keď sa vstrekol. Čiže aj to nám mohlo ovplyvniť to, že krivka pri čistom materiáli stúpla.

Obr. 1: Grafická závislosť materiálu Mosten GB 005

V Tab. 2 Namerané hodnoty materiálu Starex HF – 0660I sú namerané hodnoty Charpyho rázovej húževnatosti pre skúšobné vzorky materiálu StarexHF – 0660I.

Tab. 2: Namerané hodnoty materiálu Starex HF – 0660I

Grafická závislosť je znázornená na Obr. 2 Grafická závislosť materiálu Starex HF – 0660I. Na grafe rázovej húževnatosti materiálu Starex môžeme vidieť, že rázová húževnatosť pridávaním recyklátu do základného materiálu lineárne klesá. Z toho sme dospeli k záveru, že množstvo pridávaného recyklátu do základného materiálu Starex má vplyv na rázovú húževnatosť skúšaného plastu.

Obr. 2: Grafická závislosť materiálu Starex HF – 0660I

Vyhodnotenie experimentu

Cieľom experimentu bolo stanovenie vplyvu pridávaného recyklátu do čistého materiálu na zmenu rázovej húževnatosti plastov. Pri skúške rázovej húževnatosti metódou Charpy sa postupovalo podľa normy STN EN ISO 179-1. Skúšobné vzorky boli vstreknuté na lise ENGEL VC 80/25 TECH a schladené na teplotu – 30 °C v mrazničke ProfiMaster PMU 0450. Z každého materiálu bolo vstreknutých 12 vzoriek, z ktorých bolo skúšaných 10 pre každú šaržu materiálu. Namerané hodnoty sú zaznamenané v tabuľkách a reprezentované na jednotlivých grafoch. Pri zhodnotení skúšok rázovej húževnatosti môžeme konštatovať, že množstvo pridávaného recyklátu do základného materiálu ma vplyv na rázovú húževnatosť skúšaného plastu. Pri materiáli Makrolon vzorky neboli prerazené. Je to spôsobené nepostačujúcou nominálnou energiou kyvadla a tým, že vzorky boli testované rázom. Pri navrubovaní vzoriek pre skúšku vrubovej húževnatosti došlo k prerazeniu vzoriek. Materiál Mosten vykazoval bez pridaného recyklátu hodnotu 16,3 a po pridávaní lineárne klesala. Pridávaním recyklovaného materiálu do materiálu Starex rázová húževnatosť lineárne klesala. Po porovnaní hodnôt rázovej húževnatosti vzoriek môžeme konštatovať, že rázová húževnatosť klesá vplyvom pridávania recyklovaného materiálu.

Záver

Cieľom príspevku bolo stanoviť rázovú húževnatosť plastov pri nízkych teplotách metódou Charpy. Hlavnou príčinou veľkého záujmu o aplikáciu plastov je poznanie ich priaznivých vlastností. Rastúce aplikácie plastov na technicky náročné dielce kladú neustále väčšie nároky na úroveň znalostí o chovaní týchto materiálov, predovšetkým v podmienkach mechanického namáhania. To však predpokladá zvládnuť obecné zákonitosti zvláštneho chovania sa plastov pri rôznych podmienkach použitia v praxi. Súčasný stav v praxi vyžaduje, aby sa čo najväčšie množstvo technologického odpadu plastov využívalo na výrobu nových výrobkov. V experimentálnej časti sme porovnávali 3 druhy materiálu, kde bol pridaný rôzny podiel recyklátu. Hodnoty rázovej húževnatosti sa pohybovali rôzne, záležalo od materiálu a pridaného množstva recyklátu. Z výsledkov experimentu je evidentné, že pridávanie recyklátu do základného materiálu v rôznom percentuálnom zastúpení ovplyvňuje rázovú húževnatosť základného materiálu.

Použitá literatúra:
1. Dubelová, Ľ – Greškovič, F.: Vplyv plnív na vybrané vlastnosti plastov používaných v elektrotechnickom priemysle, In: Transfer inovácií. 14 (2009)
2. GERKOVÁ, J.: Stanovenie razovej húževnatosti plastov pri nízkych teplotách metódou Charpy. Diplomová práca. Prešov 2012, 63 strán
3. STN EN ISO 179-1 (64 0612) Plasty – Stanovenie rázovej húževnatosti metódou Charpy. Praha 2010 

Ing. Ján Majerník
Fakulta výrobných technológií
TU v Košiciach so sídlom v Prešove
Katedra navrhovania technologických systémov
Štúrova 31, 080 01 Prešov, Slovensko
Tel. : 00421/051 772 3796 kl. 164
jan.majernik@tuke.sk

Ing. Jana Gerková
Fakulta výrobných technológií TU v Košiciach
so sídlom v Prešove
Katedra prevádzky výrobných procesov
Štúrova 31, 08001 Prešov, Slovensko
jana.gerkova@gmail.com
www.tuke.sk