ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Физические испытания пластмасс. Введение из "Механические испытания пластмасс" Испытания материалов настолько тесно переплетаются с их применением, что, по-видимому, свое начало они берут еще в каменном веке. Требуется современное воображение, чтобы представить процесс испытания при опробовании кремней и испытания пальцем отколотого края, которые, должно быть, занимали внимание наших предков. Искусство оценки материала, развиваемое в то время, вероятно значительно способствовало выживанию Человека как вида и, много позднее, разделению труда, которое произошло еще в ранние периоды летописной истории. [c.6] В течение очень долгого времени знание поведения материалов приобретали только через практическое применение, но во времена Римской империи этого стало недостаточно. Экономическое давление, вызванное огромными капиталовложениями в бесконечные дороги, акведуки, морские порты и т. д., привело к осмотрительному использованию несовершенных материалов и обусловило необходимость предварительного испытания, чтобы получить некоторое знание о материалах с учетом перспективы их конкретного применения. Бернал [1] цитировал архитектора Витрувия, который рекомендовал римским инженерам подвергать в течение двух лет климатическим испытаниям строительный камень, чтобы определить его пригодность. [c.6] Вполне очевидно, что мастерство развивалось еще в каменном веке в направлении решения не только таких серьезных проблем, как создание инструментов, но также и в искусстве, например, резьбы по дереву. Через последующие столетия, вплоть до нашего времени, новые ремесла и искусства развивались благодаря открытию новых материалов и под воздействием социальных и экономических условий. Вплоть до наших дней некоторые методы оценки материалов сохранили интуитивный, неколичественный характер, а другие способствовали развитию новой технологии или приобрели инженерный аспект в процессе своего совершенствования. [c.6] Изменения, обусловленные такими факторами, были, конечно, невелики во времена слабых информационных связей, но зато было относительно много неожиданных достижений, определяющих основное развитие в таких глубоких областях, как математика. К примеру, в течение XVI и XVII столетий — в период, когда техническое применение материалов впервые приобрело важное значение, введение десятичной системы, логарифмов, дифференциального исчисления и других математических приемов обеспечило как непосредственную поддержку технике путем облегчения расчетов, так и косвенно стимулировало открытие новых возможностей развития инженерии. [c.7] Последовавшая промышленная революция потребовала еще большего применения сырьевых материалов и соответственно нового уровня знаний о их свойствах и поведении. Для решения этих задач субъективные, ремесленнические испытания должны были быть дополнены, а иногда и заменены более формальной системой оценки, которая была бы воспроизводима, определена количественно и приемлема для всех. [c.7] В середине XIX столетия испытание материалов приобрело некоторый престиж и репутацию решающего опыта, стало методом критериального опробования и единственным путем получения доскональных знаний. Современный уровень исследований неизмеримо выше прежних методов испытаний. Помимо усовершенствований имеющейся в распоряжении техники внесен новый элемент, а именно, организация методов испытания на национальном и даже международном уровне и их законодательное закрепление в стандартах. Кроме преимуществ, которые стандартизация может дать промышленности, такое нововведение имеет социальную значимость, так как правильное и согласованное использование материалов несомненно полезно для человечества. Соответственно, пагубно их неправильное или неразумное применение. Однако сейчас история преподает обществу несколько уроков, учет которых может защитить человечество от худших эксцессов, продуцируемых неконтролируемой наукой и техникой. Так, например, имеется нечто несовместимое в одновременной заботе о долговечности пластмасс и их утилизации, поскольку высокая антикоррозионная способность, являющаяся техническим преимуществом, становится, однако, вредной из-за неперерабатываемости отходов. [c.7] Поскольку в длительной истории техники и науки позднее всего развивалась промышленность пластмасс, то она смогла воспринять накопленный опыт ранее сложившихся технологических разработок, и в какой-то степени это дало ей преимущество. Однако бурный рост промышленности пластмасс скорее обусловлен темпом развития (в течение этого столетия) науки и производства, т. е. основными социальными факторами, нежели предшествующим развитием техники. [c.8] Субъективность простых рабочих приемов не позволяет применить их в современной промышленности. К сожалению, и большинство значительно более объективных испытаний оказывается не намного более надежным, так как их недостатки были скрыты привычной практикой испытания традиционных материалов. Сравнительно просто уменьшить разброс экспериментальных данных при непосредствейном контроле за испытаниями, но лишь по высокой степени воспроизводимости можно ска-. зать, что контроль был эффективным. Такие испытания отвечают насущным требованиям в связи с некритическим подходом к результатам и потому, что иногда допускается широкий разброс данных. Но все же картина явления часто получается искаженной. Так, иногда эффективность испытаний низка из-за субъективных методов, заложенных в их основу, поскольку суждения искусного работника зависят от замечательной способности человеческого мозга распознавать и перерабатывать много различных данных. В отличие от этого независимость результатов испытаний от оператора (по крайней мере теоретически) делает их объективными, менее склонными к необъяснимым вариациям и, следовательно, более соответствующими требованиям современной промышленности. [c.8] Однако недостаток обоснования методов испытания не является индивидуальной особенностью пластмасс и необязательно представляет собой прямое следствие сложности их физического поведения. Переход от ремесленничества к технологической эпохе совпал, а возможно был обусловлен ростом коммерческой информации, а реальные цены и погоня за прибылью иногда вели к отказу от методов испытаний, по причине экономии, даже если бы они имели реальный смысл или были просто желательны. Более того, есть случаи, когда практические условия работы полимера настолько сложны, что никакая упрощающая идеализация невозможна, и тогда необходимо провести испытания при реальных (или имитирующих их) условиях эксплуатации. [c.9] Поэтому необходимо определять именно физические показатели пластмасс, которые служат для характеристики и сравнения материалов, обеспечения данными для расчета и определения эксплуатационных характеристик, контроля качества продукции в процессе производства. Объективная научная оценка методов испытания приводит к выводу о неправильности их произвольного применения. Можно, бесспорно, утверждать, что быстрый рост промышленности пластмасс неизбежно ставит практику впереди теории, а сложность свойств полимеров обусловливает недостаточность наших знаний о материалах. Тем не менее, это не оправдывает сохранение такого порядка, поскольку могут быть найдены пути решения проблемы. По-видимому, сейчас можно добиться определенных улучшений переоценкой явлений и пересмотром подхода к испытаниям. [c.9] Хотя упомянутые выше проблемы и общеизвестны, следует установить независимые и общие черты взаимосвязанных экспериментальных методов оценки материалов. Фундаментальные исследования можно критиковать главным образом за то, что цели недостаточно тесно увязаны с требованиями потребителя пластмасс, а практические методы расчета, наоборот, — излишне упрощены. Различие между этими двумя крайними случаями является как философской, так и технической проблемой. Очевидно, что определенные преимущества могут быть получены при координации и унификации исследований, особенно, если границы применения материала в большей степени зависят от его физических свойств или если возрастает число необходимых экспериментов. [c.9] Бранскомб [3] обсуждал эти вопросы, приводя самые распространенные примеры. Так называемые стандартные справочные данные, с которыми имеет дело материаловедение, он определяет как данные, которые подверглись такому критическому анализу, что может быть указано количественное значение систематической ошибки данных . Большинство стандартных испытаний пластмасс и отдельные научные эксперименты не всегда убедительны, если отсутствует такой прекрасный критерий. [c.10] При всей полноте допущений некоторые методы стандартных испытаний плохи из-за свойственных им ограничений исходных положений и конечной цели. Так бывает при первых поспешных испытаниях, проведенных до того, как новые материалы были испытаны, а свойства их изучены. Последнее происходит под влиянием коммерческого подхода, который Требует технического компромисса и скорее навязывает подход контроля качества, чем научную оценку. Конечно, нет ничего неприличного в таких ограничениях. Адекватный контроль, качества является существенной частью современного процесса производства, и если и имеется какая-нибудь ошибка, то это дело экспериментаторов, которые отвечают за методы испытаний. Однако число стандартных методов испытаний так велико, а их положения внутри стран и на международном уровне разрабатываются так долго, что влияние этих стандартов волей-неволей распространяется за пределы их собственной области применения. Сфера этого возможного влияния может быть оценена по ряду Британских Стандартов, перечисленных и грубо классифицированных Бернсом [4] и воспроизведенных в табл. 1.1. Потенциальное влияние и путаница возрастают с привлечением американских, европейских и международных стандартов, что наносит дополнительный ущерб. [c.10] Транспортерная лента, трубопроводы, спасательные пояса, соединения, кольца Резина—105 (BSS 903 включает 93 вида испытания), пластмассы—180 (BS 2782 включает примерно 170) Трубы, кухонное оборудование, желоба и т. д. [c.11] Перчатки, трубки, фартуки, полы, покрытия, эбонит, лента Эбонит, телеграфная лента ПВХ, полистирольные изразцы, листы политетрафторэтилена Упаковка, очки, спасательные жилеты и т. д. [c.11] Если вернуться к более позитивной части, то, вероятно, можно улучшить положение для некоторых ограниченных областей, например для механических и электрических свойств, так как здесь имеются определенные принципы, лежащие в основе экспериментальных методов, справедливость которых находится вне сомнений для любой практической ситуации. [c.12] Однако существуют определенные моменты, о которых можно было бы сказать, что они представляют собой искусство испытания (интуицию), как нечто отличное от науки. Можно, на-, пример, представить основные эксперименты так, чтобы рассмотреть изолированно отдельные элементы процесса испытания, с тем чтобы получить данные, которые можно было бы просто сравнить с современными стандартными данными, учитывая достоинство первых по сравнению с возможной произвольностью последних. Такие испытания не будут дорогостоящими, что является важной частью стандартного метода, поскольку точность реальных измерений и точность, с которой поддерживаются экспериментальные условия опыта, часто могут быть ниже, чем в соответствующих научных исследованиях. Эти факторы вносят основной вклад в стоимость аппаратуры. [c.12] Существует много таких задач, которые должны быть решены с единой позиции, а не простым усовершенствованием стандартных испытаний с помощью определения основных физических величин. Это также дает возможность определить и рассчитать физические характеристики, которые важны при конструкционных расчетах для экономного расходования материалов. Таким образом, имеется логический систематический метод, с помощью которого может быть установлена формальная взаимосвязь между отдельными аспектами проблемы, упомянутой в разделе 1.2. Благодаря этому можно наиболее эффективно использовать ограниченную научную базу, которая, с одной стороны, приносит пользу промышленности, а с другой — питается ею. [c.12] С другой стороны, практика использования образцов специальных размеров по-видимому искажает отдельные условия эксплуатации материала. Результаты таких испытаний могут не иметь реальной физической ценности из-за грубого нарушения формальных граничных условий идеализированной физической ситуации, и, следовательно, от них мало пользы, поскольку это и не физические, и не реальные сложнокомпонентные испытания. Они классифицируются как гибридные . В 1948 г. Алфрей нашел нужным прокомментировать [6] и процитировать Муни [7], опираясь на материалы дискуссии 1937 г. по этому вопросу. jrrb этого комментария состоит в следующем, если следовать Алфрею, взяв его цитату комментария Муни. [c.13] Вернуться к основной статье