Испытания на прочность: как проверяют пластики на влияние среды?

Беседа с экспертом о методах оценки устойчивости пластиков к ультрафиолету, химическим воздействиям и экстремальным температурам

Современные пластики используются в самых различных сферах – от строительства и автомобилестроения до медицины и авиации. Однако, для того чтобы обеспечить их долговечность и надежность, необходимо тщательно проверять их устойчивость к внешним факторам. О том, как это делается и какие тенденции сегодня наблюдаются в тестировании пластиков, мы поговорили с ведущим специалистом в области полимерных материалов – кандидатом технических наук, экспертом по испытаниям пластмасс Андреем Васильевым.

На изображении показана концепция использования искусственного интеллекта и машинного обучения для прогнозирования старения пластмасс, вдохновленная идеями Андрея Васильева.

Какие основные факторы окружающей среды наиболее сильно воздействуют на пластики?

Андрей Васильев: Основными факторами, влияющими на долговечность пластиков, являются:

1. Ультрафиолетовое излучение (УФ-излучение) – разрушает химические связи в полимерах, вызывая потерю прочности, растрескивание и изменение цвета.
2. Температурные колебания и экстремальные температуры – могут вызывать термическое старение, изменение механических свойств, потерю гибкости и хрупкость.
3. Воздействие химических веществ – различные кислоты, щелочи, растворители, масла и другие реагенты могут изменять структуру и механические свойства пластика.
4. Влага и гидролиз – некоторые пластики разрушаются при длительном контакте с водой, особенно при высоких температурах.
5. Механическое воздействие – усталость материала под нагрузкой, истирание и удары также сказываются на его долговечности.

Какие методы сегодня используются для оценки устойчивости пластиков к этим факторам?

Андрей Васильев: Методы испытаний развиваются, и сегодня мы видим усиленное внимание к моделированию реальных условий эксплуатации. Вот основные методики:

• Испытания на устойчивость к ультрафиолету Применяются ускоренные методы старения в климатических камерах с имитацией солнечного излучения (кварцевые лампы, ксеноновые дуговые лампы). Такие тесты позволяют за короткий срок оценить, как изменится материал за годы эксплуатации. Стандартные методы: ASTM G154, ISO 4892.
• Испытания на химическую стойкость Пластик погружается в агрессивные жидкости, подвергается воздействию газов или паров химических веществ. Оценивается изменение массы, механических свойств и структуры материала. Стандартные методы: ISO 175, ASTM D543.
• Испытания на термостойкость и морозостойкость Используются камеры с перепадами температур, проводятся циклические испытания от нагрева до замораживания. Это позволяет определить точку стеклования, пределы эксплуатации и деградацию структуры. Стандартные методы: ASTM D648 (теплостойкость), ISO 11357 (DSC-анализ).
• Испытания на влагостойкость и гидролиз Полимеры помещаются в камеры с высокой влажностью и температурой, моделируя условия эксплуатации во влажной среде. Оценивается изменение массы, механической прочности и поверхности. Стандартные методы: ISO 62 (водопоглощение), ASTM D570.
• Испытания на механическую усталость и истирание Проводятся тесты на ударную вязкость, истирание и механическое старение под циклической нагрузкой. Стандартные методы: ISO 527 (растяжение), ASTM D4060 (истирание).

На изображении показана концепция использования искусственного интеллекта и машинного обучения для прогнозирования старения пластмасс, связанная с идеями Андрея Васильева.

Какие изменения в стандартах долговечности пластиков происходят в последние годы?

Андрей Васильев: Тренды таковы:

1. Ужесточение требований к устойчивости к УФ-излучению Новые нормативы требуют не просто тестирования на стандартных установках, но и включения моделей долговременного старения в реальных климатических условиях.
2. Более строгие требования к экологичности Многие старые методы тестирования включали токсичные вещества (например, фреоны в испытаниях на стойкость к холоду). Сейчас стандарты пересматриваются в сторону более безопасных методик.
3. Комплексные тестирования, имитирующие реальные условия Например, вместо раздельных тестов на температуру, влажность и механическую нагрузку вводятся комбинированные испытания, которые моделируют реальные условия эксплуатации пластика.
4. Внедрение цифровых методов моделирования Компьютерное моделирование старения пластиков набирает популярность. Это позволяет прогнозировать изменения свойств материала без необходимости длительных натурных испытаний.

Что ждет отрасль испытаний пластиков в будущем?

Андрей Васильев: Я вижу три основных направления развития:

1. Расширенное использование искусственного интеллекта (ИИ) в прогнозировании старения пластмасс Машинное обучение уже помогает прогнозировать поведение материалов на основе накопленных данных.
2. Использование новых ускоренных методов тестирования Ведутся исследования методов, которые позволят значительно ускорить процесс старения материалов без потери точности прогнозов.
3. Рост интереса к биоразлагаемым пластикам и их испытаниям Стандарты на устойчивость биополимеров пока только формируются, но в будущем они станут критически важными для сертификации новых материалов.

На изображении показана концепция использования искусственного интеллекта и машинного обучения для прогнозирования старения пластмасс, как представлено Андреем Васильевым.

Заключение

Долговечность пластиков – важный фактор при их выборе и применении в промышленности. Современные испытания помогают не только прогнозировать поведение материалов, но и разрабатывать новые, более стойкие и экологически безопасные решения. По словам Андрея Васильева, будущее тестирования пластиков – это комплексный подход, включающий моделирование, цифровые технологии и интегрированные испытательные методики.

Развитие стандартов долговечности и устойчивости пластиков будет продолжаться, что обеспечит повышение надежности продукции в самых разных сферах – от строительства и медицины до авиации и космоса.