Почему одна и та же маркировка PA6 GF30 даёт разницу прочности более 15%

Обзор: название марки - это не спецификация

У конструкционных пластиков нет единой системы обозначения марок. В названии «PA6 GF30» зафиксированы ровно две вещи: базовая смола - PA6, содержание стекловолокна - примерно 30%.

Не зафиксированы как минимум четыре параметра:

• какое волокно - длинное или короткое, и какая длина сохраняется после компаундирования;
• какая система аппрета связывает волокно со смолой и какова прочность границы раздела;
• молекулярная масса и класс вязкости базовой смолы PA6;
• получены ли эти данные в сухом состоянии или после кондиционирования, и при какой температуре проведено испытание.

Различие по любому одному пункту даёт заметную разницу прочности при растяжении. Если различаются все четыре, расхождение более 15% - нормальная картина; как раз отсутствие расхождения должно вызывать вопрос, корректны ли данные.

Поэтому ставить рядом два TDS, на обоих написано «PA6 GF30», и сравнивать цифры - некорректный приём. Кажется, что вы сравниваете одно и то же, а на деле - два среза двух разных рецептур.

Четыре источника расхождения

Разброс свойств под одним названием марки складывается из четырёх источников.

1. Сохранение длины стекловолокна: волокно рубят и при компаундировании, и при литье под давлением. Сохранившаяся длина напрямую определяет эффективность армирования: при одном и том же содержании стекла 30% высокое сохранение даёт прочность при растяжении и модуль при изгибе на класс выше, низкое - снижает эффект армирования, и материал приближается к «PA6, наполненному 30% стеклянного порошка». В TDS этот пункт обычно не указан; спрашивать имеет смысл об одном: измерял ли поставщик распределение длины волокна в отлитой детали.
2. Связь на границе раздела (система аппрета): волокно и PA6 соединены через аппрет. Если связь слабая, напряжение не передаётся на волокно и армирование не работает. На ударную вязкость это влияет сильнее, чем на прочность при растяжении, особенно при низких температурах: типичная картина - у двух марок близкие значения ударной вязкости при 23 degrees C, а при -30 degrees C они различаются вдвое. Низкая температура усиливает разницу в системе аппрета.
3. Молекулярная масса и класс вязкости базовой смолы: у PA6 разной вязкости (то есть разной молекулярной массы) различаются прочность матрицы, текучесть и ударная вязкость. Высоковязкая матрица - выше ударная вязкость, труднее переработка; низковязкая - легче переработка, ниже ударная вязкость. Этот пункт связан с показателем текучести расплава (MFR / MI): высокий MFR обычно означает низкую вязкость базы. Если MFR в двух TDS различается сильно, механические свойства не на одном уровне даже при одинаковом содержании стекла.
4. Условия испытания и состояние образца: самый частый источник «конфликтующих цифр». Три переменные нужно выровнять до сравнения.

• Состояние образца: PA6 поглощает влагу. Разница прочности при растяжении между сухим состоянием (сразу после литья) и состоянием после кондиционирования (равновесие при 23 degrees C / 50% RH) более 30% - обычное дело, а ударная вязкость меняется в противоположном направлении. Значение в TDS без указания состояния образца не подлежит сравнению.
• Температура испытания: ударная вязкость с надрезом при 23 degrees C и при -30 degrees C - это два разных понятия. Для низкотемпературной эксплуатации требуются низкотемпературные данные.
• Нагрузка при определении HDT: температура прогиба под нагрузкой приводится для двух нагрузок - 0,45 МПа и 1,80 МПа. Один и тот же материал при 1,80 МПа обычно показывает значение на 20-40 degrees C ниже. Сравнивать можно только значения, полученные при одной и той же нагрузке.

Что означает число 15% на практике

15% - это не допуск. Это наблюдение по измеренным значениям разных рецептур, выпускаемых под одним названием марки.

Практический смысл такой. Получив TDS, где написано «прочность при растяжении 180 МПа», нельзя считать, что материал, который вы купите, обязательно даст 180 МПа, и нельзя считать, что любой материал с такой маркировкой взаимозаменяем с любым другим. Реальность такова: это число лежит внутри интервала, и ширина интервала может превышать 15%.

Значение этого интервала определяется изделием:

• Ненесущие детали с запасом по расчёту: разница 15% обычно поглощается конструктивным запасом и не влияет на работоспособность.
• Конструкционные детали, рассчитанные по нижнему пределу прочности: проверку нужно вести по измеренному нижнему пределу, а не по типовому значению из TDS.
• Готовая оснастка и зафиксированные размеры: здесь важнее прочности усадка - разница усадки 0,2% способна вывести крупную деталь за допуск.

Стабильность от партии к партии: где проваливается чаще, чем на названии марки

Различия между марками статичны: измерили один раз - и всё известно. Различия между партиями динамичны и обычно проявляются на третьей или пятой поставке.

Три признака, по которым оценивают способность поставщика контролировать партии:

• Выдаётся ли COA на каждую партию или только один раз на этапе образцов. В серийном производстве COA нужен на каждую партию.
• Указаны ли в COA измеренные значения или «справочные». К партии прослеживаются только измеренные значения.
• Есть ли согласованный диапазон колебаний между партиями. Ключевые контролируемые показатели - MFR, зольность и отклонение цвета: то, как они контролируются, фиксируют на этапе коммерческого предложения, а не оставляют как «примерно одинаково».

CPlastics контролирует в компаундах три ключевых показателя: MFR, зольность (наполненные и армированные системы) и отклонение цвета; к каждой отгрузке прилагается COA с измеренными значениями. Конкретные числовые пределы колебаний между партиями находятся в стадии уточнения: до их фиксации мы не даём числовых обещаний и вместо этого предоставляем COA нескольких последних последовательных партий для прямого сравнения.

Четыре проверки, которые закупщик может сделать сам

Специальная лаборатория для этого не нужна:

1. Переизмерить после выравнивания условий испытания: оба материала - по одному стандарту, в одном состоянии образца, при одной температуре. Этот шаг убирает «ложные различия».
2. Измерять изделие, а не гранулят: отлить реальную деталь и измерить её. Хорошие показатели гранулята не означают хороших свойств изделия.
3. Оставить контрольный образец: сохранить образец первой партии и сравнить с ним последующие партии в тех же условиях. Это самый дешёвый способ заметить дрейф партии.
4. Проверить три партии подряд: одна удачная партия ничего не доказывает. Устойчивыми можно считать только данные трёх последовательных партий.

Чтобы запросить COA последних партий или образец для встречного измерения, направьте запрос с указанием марки. Мы высылаем COA последних последовательных партий, чтобы сравнение можно было провести до размещения заказа.

Источник данных и границы применимости

Утверждение «прочность при растяжении различается более чем на 15%» основано на измерениях образцов разных рецептур, выпускаемых под одним названием марки. Это типичная картина, а не гарантированное значение для какой-либо конкретной марки.

Значения свойств приведены как типичные значения из продуктовых TDS CPlastics и являются справочными; определяющим документом является COA конкретной партии. О сертификационных документах и декларациях соответствия (RoHS, REACH, UL) см. часто задаваемые вопросы о закупке компаундов.