ASTM D3574, испытание мягких пенных материалов
ASTM D3574 - это важный стандарт для оценки гибких полиуретановых пенных материалов, который включает в себя определение физических и механических характеристик (например, плотности, прочности при растяжении, компрессионных и усталостных свойств). Стандарт ASTM D3574 применяется, в первую очередь, при изготовлении мягкой мебели, матрацев и автомобильных компонентов. Он помогает производителям гарантировать качество, комфорт и долговечность своей продукции, предлагая стандартизированные методики испытаний.
Ниже приводится обзор чаще всего используемых испытаний стандарта ASTM D3574, требующих применения универсальной испытательной машины фирмы ZwickRoell и специфических испытательных приспособлений. Для получения полной информации необходимо приобрести стандарт через издательство Beuth или ASTM.
Обзор всех испытаний Test A, плотность Test B, твердость при вдавливании Test C, твердость при осадке Test E, прочность при растяжении Test F, сопротивление раздиру Test H, упругость при отскоке Test I1-5, усталостные испытания Test J - L, старение
Автоматизированное испытание мягких пенных материалов Испытательные машины Запросить консультацию
Обзор всех испытаний стандарта ASTM D3574
Стандарт ASTM D3574 содержит 19 различных испытаний для характеризации пенных материалов по следующим свойствам. Отмеченные звездочкой (*) испытания требуют использования испытательной машины фирмы ZwickRoell и испытательного приспособления.
- Test A: кажущаяся плотность (см. также ISO 845)
- Test B1: Indentation Force Deflection (IDF - ввод смятия) и B2 Indentation Residual Gauge Length (IRGL - ввод усилия): твердость при вдавливании* (см. ISO 2439)
- Test C: твердость при осадке / характеристика пружины* (см. ISO 3386)
- Test D: деформация сжатия с постоянной осадкой
- Test E: прочность при растяжении* (см. ISO 1798)
- Test F: разрывная прочность* (см. ISO 8067)
- Test G: Air Flow Test (воздушный поток)
- Test H: упругость при отскоке* (см. также ISO 8307, DIN 13014)
- Test I1 - I4: предварительное и последующее испытание пенных материалов для различных типов приложения усилия. в то время как I1 - статическое испытание, испытания I2 - I4 проводятся как усталостное испытание* (см. ISO 3385:усталостное испытание)
- Test J - L: испытание на старение* в различных условиях окружающей среды
- Test M: время восстановления (время релаксации)
- Test N: потеря гистерезиса
ASTM D3574 Test A и ISO 845
Стандарты ISO 845 и ASTM D3574 Test A содержат описание определения кажущейся плотности мягкого пенного материала путем расчета из массы и объема образца, она указывается в кг/м3.
Посредством привязки прецизионных весов фирмы ZwickRoell в программном обеспечении testXpert кажущуюся плотность можно определять напрямую.
ASTM D3574 Test B
При определении твердости при вдавливании по ASTM D3574 идет разделение на методы B1 и B2:
Цель, область применения и результаты методов B1 и B2:
- ASTM D Test B1 Indentation Force Deflection (IFD), обозначается как испытание IFD, при котором измеряется усилие, необходимое для создания определенных отпечатков в пенном материале при заданном смятии в 25% и 65%. Полученная при этом твердость указывается как усилие в ньютонах (также обозначается как значения IFD) при 25% и 65%.
- ASTM D Test B2 Indentation Residual Gauge Length (испытание IRGL) обозначается как остаточная расчетная длина при вдавливании. Здесь основной интерес заключается в определении того, какой толщиной должна обладать поролоновая подушка для обеспечения комфортного сидения среднего человека. Таким образом, в стандарте ASTM D3574 B2 измеряется остаточная расчетная длина (толщина) образца из пенного материала, остающаяся после его нагружения определенным усилием в 4,5 Н, 110 Н и 220 Н. Результаты указывают как значения IRGL в мм.
Образцы для испытаний B1 и B2:
- В то время как испытание B1 регламентирует лабораторный метод для измерения твердости при вдавливании у нормативных образцов (эластичный ячеистый полимерный материал), согласно ASTM D3574 B2 по возможности следует испытывать готовые изделия (фасонные изделия), если их можно поместить на ровную подложку.
- Нормативный образец по ASTM D3574 B1 извлекается в подходящем месте из готового изделия и обладает размерами 380 мм x 380 мм x 100 мм или больше.
Видео: твердость при вдавливании по ASTM D3574 Test B
Проведение испытания, оборудование и результаты:
Для испытания предписывается использование регламентированного в ASTM D3571 Test B приспособления с плоским сферическим пуансоном диаметром 203 мм. Приспособление фирмы ZwickRoell для испытаний мягких пенных материалов на сжатие можно использовать для нормативных испытаний по методу B1 и B2. При этом либо готовое изделие (B1), либо нормативный образец (B2) сжимают на плите с размерами 400 x 400 мм, оснащенной вентиляционными отверстиями, чтобы обеспечивать быстрое удаление воздуха во время испытания.
В процессе испытания измеряют характеристики деформации мягкого пенного материала в точно регламентированных условиях и отображают их в диаграмме усилия/пути вдавливания. Испытание состоит из циклов предварительного нагружения, предназначенных для кондиционирования образца, и цикла измерения, в процессе которого определяются характеристики.
Описание определения твердости при вдавливании приводится еще в стандартах ISO 2439 и DIN 53579-1, а также в ряде специфических методик в автомобильной промышленности. Для этого также предлагаются подходящие испытательные приспособления фирмы ZwickRoell.
ASTM D3574 Test C
ASTM D3574 Test C содержит описание испытания мягких пенных материалов на сжатие для определения твердости при осадке. В процессе этого испытания измеряют усилие, необходимое для достижения 50%-ного сжатия по всей площади определенного образца из пенного материала.
Образцы по ASTM D3574 Test C:
- Рекомендованный стандартный образец по ASTM D3574 Test C обладает минимальными размерами 50 x 50 x 25 мм. Предпочтительны образцы с увеличенными размерами. Минимальная площадь поверхности должна составлять 2500 мм2 чтобы обеспечить минимальную тощину в 20 мм.
Видео: твердость при осадке по ASTM D3574 Test C
Проведение испытания, оборудование и результаты:
- Для испытания по методу ASTM D3571 Test C предписано сжимающее нагружение всей поверхности образца. Поэтому нажимные плиты должны быть больше испытываемого образца. Для пенных материалов с закрытыми порами необходимы вентиляционные отверстия диаметром 6,5 мм в нажимных плитах.
- Испытание состоит из 2 циклов преднагрузки от 75% до 80% изначальной толщины и цикла измерения, в котором образец сжимают до 50% своей толщины. Важная для расчета результата начальная высота определяется непосредственно перед циклом измерения (в стандарте ISO 3386 - перед первым циклом преднагрузки).
- Результат испытания - толщина образца в мм после цикла измерения и усилие сжатия CFD в килопаскалях (его также обозначают как допустимая нагрузка, характеристики напряжение сжатия / деформации, испытание CFD или CLD.
Твердость при осадке описана также в стандарте ISO 3386, а также в ряде специфических методик, применяемых в автомобильной промышленности, но отличается по техническому содержанию. Результаты нельзя сравнивать напрямую между обеими методиками.
ASTM D3574 Test C - особые требования к испытательной технике
Измерение характеристик напряжения сжатия / деформации по ASTM D3574 Test C предъявляет различные особые требования к испытательной технике:
- Корректировка деформации машины: Нагружающая рама и датчик силы под нагрузкой проявляют собственную деформацию. Это означает, что фактическое расстояние между нажимными плитами больше указанного. Эта собственная деформация регистрируется программным обеспечением testXpert фирмы ZwickRoell и используется для корректировки. Корректировку следует осуществлять во время текущего испытания в реальном времени, чтобы гарантировать корректное расстояние между нажимными плитами в течение времени выдержки.
- Специальная функциональность программного обеспечения: регистрация и расчет толщины образца, предварительный расчет процентов смятия, обработка двух нулевых точек перемещения и двух значений толщины образца (при необходимости), расчет результатов согласно стандартам, составление отчетов
ASTM D3574 Test E, прочность при растяжении
С помощью метода Test F стандарта ASTM D3574 определяют воздействие усилия растяжения на пенный материал. Наряду с регистрацией диаграммы напряжения/деформации, на переднем плане стоит определение максимальной прочности при растяжении и деформации разрушения. Эта методика очень хорошо подходит для сравнений материалов и контроля качества.
Стандарт ISO 1798 также охватывает испытание мягких пенных материалов на растяжение, но отличается техническим содержанием, результаты нельзя сравнивать напрямую между обеими методиками.
Образцы по ASTM D3574 Test F:
Образцы обычно извлекают из готового изделия или плиты. Их следует вырубать с помощью четко регламентированной в стандарте матрицы в форме гантели (образец с заплечиками). Матрица должна быть острой и без зазубрин, чтобы на кромках образца не было дефектов. Предпочтительный образец соответствует образцу с заплечиками тип A по стандарту ASTM D412 длиной 140 мм и толщиной 3 - 14 мм. Для этого фирма ZwickRoell предлагает вырубные прессы с нормативными вырубными ножами.
Проведение испытания и требования к испытательной машине:
- Машина для испытаний на растяжение должна быть оснащена датчиком силы для измерения максимального приложенного усилия (на фото zwickiLine).
- Для зажима образцов с заплечиками подходят либо винтовые захваты бокового действия с плоскими губками, либо пневматические захваты, прикладывающие равномерное давление к прижимным поверхностям, увеличивающееся с ростом напряжения, чтобы предотвратить проскальзывание образца (фото захватов).
- Деформацию можно изменять с помощью контактных экстензометров или бесконтактных экстензометров, а также по перемещению траверсы. Экстензометры Clip-on, устанавливаемые на образец, не подходят для мягких пенных материалов. Для измерения деформации разрушения фирма ZwickRoell предлагает механические и оптические длинноходовые датчики, регистрирующие удлинение образца в зоне регламентированной расчетной длины.
ASTM D3574 Test F, сопротивление раздиру
Метод Test F по ASTM D3574 содержит описание определения сопротивления раздиру предварительно поврежденного пенного материала.
Образцы по ASTM D3574 Test F представляют собой блок-образцы типа A с размерами 152,4 мм (6") x 25,4 мм (1") x 25,4 мм (1") с продольным разрезом длиной 40 мм (1,5") (образец в форме брюк).
Стандарт ISO 8067 охватывает тот же самый предмет, но есть отличия (не в последнюю очередь по типу образцов), поэтому результаты нельзя сравнивать напрямую. В то время как метод ASTM D3574 Test F допускает к испытаниям только образцы в форме брюк / блок-образцы типа А, стандарт ISO позволяет использовать нормативные угловые образцы. При сравнительных испытаниях метод A (образец в форме брюк) проявлял разброс до 36%, а метод B по ISO 8067 (угловой образец) - до 12%.
Испытание на раздир можно проводить с помощью электромеханической испытательной машины zwickiline. Т.к. усилия относительно малы, следует применять датчик силы, достигающий в используемом диапазоне усилия точности измерения класса 1. Измерение перемещения не требуется, так как прочность при раздире рассчитывается из измеренного во время испытания максимального усилия и средней толщины образца: Прочность при раздире: Н/м = F/T x 10³
Управление процессом испытания и нормативный анализ сопротивления раздиру осуществляет программное обеспечение testXpert.
ASTM D3574 Test H и ISO 8307, упругость при отскоке
При испытании по методу ASTM D3574 Test H измеряется упругость при отскоке: стальной шарик падает на образец из пенного материала, при этом измеряют высоту отскока. Метод ASTM D3574 Test H идентичен описанию в стандарте ISO 8307.
Прибор для испытаний по отскоку шарика фирмы ZwickRoell соответствует требованиям стандарта, он состоит из вертикальной прозрачной пластиковой трубы, в которую сбрасывают стальной шарик диаметром 16 мм и весом 16,3 г с высоты 500 мм. Высоту отскока измеряют посредством световой завесы. Анализ результата проводится автоматически.
ASTM D3574 Test J, K, L, испытания на старение
Методы ASTM D3574 Test J, K и L содержат описание различных видов испытания на ускоренное старение, при котором исследуются воздействие окисления и/или гидролиза на механические свойства пенного материала.
- Испытание на старение J: старение в паровых автоклавах (см. также ISO 2440)
- Испытание на старение K: сухое тепловое старение в конвекционной печи (см. также ISO 2439)
- Испытание на старение L: влажное тепловое старение в климатической камере (не эквивалент ISO)
Принцип этого метода можно применять ко многим характеристикам. Сначала проводят испытания в необработанном состоянии (согласно описанию выше) с измерениями. Затем повторяют их в состаренном состоянии (например, после теплового старения в течение 7 дней при температуре 140°C или после гидролизного старения в течение 5 часов при температуре 120°C).
Тепло можно использовать избирательно для старения. Уравнение Аррениуса описывает временное ускорение химических реакций. По закону Вант-Гоффа скорость химических реакций удваивается при каждом повышении температуры на 10°C.
ASTM D3574 Test I, усталостное испытание
Методы ASTM D3574 Test I1 - I5 содержат описание 5 методик испытания пенных материалов на длительное нагружение:
- Test I1: статическое испытание при постоянном смятии
- Test I2: динамическое усталостное испытание путем «катания» с постоянным усилием
- Test I3:усталостное испытание (трамбование) с постоянным усилием (эквивалент стандарту ISO 3385 )
- Test I4: динамическое усталостное испытание для ковровых покрытий
- Test I5: длительное испытание (трамбование) с постоянным смятием
Цель усталостного испытания по методу ASTM D3574 Test I3
Целью усталостного испытания (Constant Load Pounding Test) по ASTM D3574 I3 является оценка долговременных свойств / старения пенного материала вследствие постоянного механического нагружения. Это соответствует, например, нагрузке на автомобильное кресло во время езды.
Проведение усталостного испытания по методу ASTM D3574 Test I3:
Испытание делится на 3 фазы:
- Фаза 1: первое измерение: определение твердости при вдавливании по методу ASTM D3574 Test B1, значение IFD при осадке 40% (или ISO 2439, метод A) и определение первичной высоты (d1) после предварительного нагружения усилием 4,5Н +/- 0,5Н.
- Фаза 2: усталостное испытание с приложением регламентированной сжимающей нагрузки в 750 Н +/- 20 Н с частотой 1,17 Гц к образцу из пенного материала размерами 380 x 380 мм посредством сферического пуансона и перфорированной нижней нажимной плиты, по размерам превышающей образец.
- Образец нагружается либо по методу A (8.000 циклов - ок. 2 часов), либо по методу B (80.000 циклов - ок. 19 часов) на машине для испытаний на усталость. Метод C регламентирует 12.000 циклов с более медленной скоростью (ок. 20 часов), специально для вязко-упругих пенных материалов.
- Фаза 3: повтор измерения из фазы 1, причем исходная высота (нулевая точка сжатия) берется из первичной высоты.
Результат - определение потери твердости (разность значения IFD в кПа) и потери высоты / толщины образца ((d1-d2)/d1 x100%)
У Вас повышенный объем испытаний, и Вы хотите, чтобы Ваши испытания пенных материалов в соответствии со стандартами были воспроизводимыми, сопоставимыми и, следовательно, безопасными?
Специалисты фирмы ZwickRoell могут автоматизировать практически любое испытание мягких пенных материалов - у нас многолетний опыт в этой области. Наша роботизированная испытательная система roboTest R - лучший выбор.
Получите консультацию о возможностях внедрения, стоимости и сроках окупаемости уже сегодня.
Запросить консультацию сейчас Узнать больше о roboTest R Расчет окупаемости
Видео: Автоматизированное испытание пенных материалов
Роботизированная испытательная система roboTest R для испытаний на сжатие, с измерением веса и размеров (в т.ч. по ASTM D3574).
Машины для испытаний мягких пенных материалов по ASTM D3574
Для испытаний мягких пенных материалов по ASTM D3574 предлагается широкая палитра оборудования фирмы ZwickRoell:
- Универсальная испытательная машина модельного ряда zwickiLine подходит для испытаний образцов по методу ASTM D3574 Test B (твердость при вдавливании), Test C (твердость при осадке), Test E (прочность при растяжении), а также Test F (прочность при раздире), может обладать 4 различными диапазонами усилия (0,5 / 1 / 2,5 / 5 кН) и 3 вариантами высоты нагружающей рамы.
- Универсальная испытательная машина модельного ряда ProLine позволяет, кроме того, проводить испытания готовых изделий, устанавливать нажимные плиты шириной до 400 мм и проводить испытания с повышенными усилиями.
- Наша испытательная машина CLine специализируется на испытаниях больших и малых фасонных изделий. Благодаря максимальному усилию Fmax 5 кН или 10 кН и откидным створкам столешницы и раздвижному столу можно проводить испытания сидений (1000 x 1450 мм) или матрацев (1000 x 2000 мм). Таким образом, она особенно подходит для регулярного производственного контроля.
- Электромеханическая испытательная машина (электромеханический сервоцилиндр), обеспечивающая высокую скорость нагружения и простая в переоборудовании, может применяться как для определения твердости при вдавливании и твердости при осадке, так и для усталостных испытаний. Благодаря опциональным аксессуарам она также подходит для проведения усталостных испытаний в специальных климатических зонах с соответствующей климатической камерой.
