ISO 179-1, ISO 179-2: Rázová a vrubová houževnatost plastů metodou Charpy

Zkoušky rázové a vrubové houževnatosti metodou Charpy podle ISO 179-1 a ISO 179-2 poskytují informace o chování materiálů při vysokých rychlostech deformace ve smyslu energie vztažené k průřezu vzorku. Zkoušky se obvykle provádí v běžných klimatických podmínkách nebo při nízkých teplotách.

Význam a použití:

• Porovnání různých tvářených materiálů
• Sestavení materiálových listů, např. podle ISO 10350-1
• Sledování přípustných odchylek v rámci vstupní kontroly zboží a zajištění jakosti
• Zkoušení obrobených vzorků z hotových dílů
• Sledování vlivu stárnutí
• Lomově-mechanické zkoušky

Zkouška metodou Charpy má na rozdíl od metody Izod širší rozsah použití a je vhodnější pro zkoušení materiálů vykazující interlaminární smykové lomy nebo povrchové efekty.

Kromě toho je metoda Charpy výhodnější pro zkoušky za nízkých teplot. Vzhledem k tomu, že podpěry vzorku jsou vzdálené od vrubu, nedochází k rychlému přenosu tepla do kritických oblastí vzorku, což zjednodušuje proces chlazení v externím chladicím zařízení a následné vložení do zkušebního přístroje.

• Pro konvenční neinstrumentované zkoušky metodou Charpy podle normy ISO 179-1 se používají rázové stroje s kyvadlem, které jsou podrobně popsány v normě ISO 13802. To napomáhá vysokému stupni reprodukovatelnosti zkoušek prováděných pomocí různých typů zkušebních zařízení a v různých laboratořích, u různých provozovatelů a na různých místech.
• Princip měření je založen na kyvadlovém kladivu s určenou energetickou kapacitou a výškou pádu. Při přerážení vzorku dochází ke změně (uvolnění) části kinetické energie kladiva. V důsledku toho se kyvadlové kladivo po nárazu nevrátí do původní výšky pádu. Naměřený rozdíl výšky pádu a vzestupu se pak stává měřítkem absorbované energie. Z výšky pádu se také definuje nárazová rychlost, aby se zkoušky prováděly s reprodukovatelnými rychlostmi deformace.
• V souladu s normami ISO může být každé rázové kladivo použito v rozsahu 10 % až 80 % své počáteční potenciální energie. Pokud tuto podmínku pro zkoušení materiálu splňuje více kyvadlových kladiv, což je obvykle případ překrývajících se pracovních rozsahů různých kladiv, použije se kyvadlové kladivo s nejvyšší počáteční potenciální energií. Tím je zajištěno, že pokles rychlosti během nárazu na vzorek je minimální.
• Uvedený typ měření předpokládá, že veškeré energetické ztráty jsou způsobeny přerážením vzorku. Proto je důležité minimalizovat, opravit nebo zcela odstranit všechny vnější zdroje chyb. V normě ISO 13802 jsou uvedeny přísné specifikace a kontroly, které jsou součástí pravidelných kalibrací, týkající se ztrát třením, k nimž nevyhnutelně dochází (odpor vzduchu a tření v ložiskách kyvadlového kladiva). Hodnoty pro korekce se změří a přiřadí příslušnému kyvadlovému kladivu. Pro kvalitu měření je nezbytná dostatečná hmotnost a antivibrační instalace rázového kladiva na velmi stabilním těžkém laboratorním stole, na pracovní desce pevně uchycené k pevné zdi, podlaze nebo na zděné plošině. Vlastní vibrace přístroje jsou díky speciální konstrukci minimalizovány. ZwickRoell používá kyvadlová kladiva s dvojitými tyčemi z jednosměrných uhlíkových materiálů, které mají velmi nízkou hmotnost a zároveň vysokou tuhost.

Zakreslením závislosti síla/čas lze získat diagram s vynikajícím průběhem a přesností díky dvojité integraci a použitím vysoce kvalitní měřicí technologie. Získaná data pak lze využít různými způsoby:

• Další charakteristické hodnoty, které přispívají k lepšímu pochopení chování materiálu
• Specifické hodnoty lomové mechaniky
• Automatické, na obsluze nezávislé určení typu lomu z průběhu křivky v diagramu síla/dráha

Křivky naměřených hodnot vždy vykazují charakteristické oscilace. Tyto oscilace vycházejí ze vzorku a jejich frekvence je funkční závislostí geometrie vzorku, jeho rozměrů a hodnoty modulu pružnosti polymeru.

Další významnou výhodou instrumentované rázové zkoušky metodou Charpy podle normy ISO 179-2 je velký měřicí rozsah. Na rozdíl od běžně užívaných rázových kladiv se zde měří síly, nikoli energie. Vzhledem k tomu, že měřicí elektronika umožňuje přesná měření až 1/100 jmenovité síly, je spodní hranice měřitelné energie rázu obvykle určena dobou trvání zkoušky a vlastní frekvencí měřicích prvků. Z tohoto důvodu je možné pokrýt celý rozsah měření popsaný v normě ISO 179-2 dvěma instrumentovanými kyvadlovými kladivy: přístrojem 5 J s nárazovou rychlostí 2,9 m/s a strojem 50 J s nárazovou rychlostí 3,5 m/s. Podobně jako tato metoda, mohou být instrumentované také zkoušky Izod a rázem v tahu.