Ударопрочные пластмассы для испытаний на падение: ПК против ПК/АБС против нейлона против PA612+30 против PBT+20GF

Испытания на падение являются важнейшим этапом оценки долговечности и структурной надежности изделия. Они имитируют случайные удары при повседневном использовании, обращении и транспортировке, проверяя наличие трещин или деформаций корпуса, а также повреждений внутренних компонентов. Этот метод испытаний был определен... ASTM D5276Это помогает выявлять скрытые структурные недостатки с помощью испытаний на падение бытовой электроники, автомобильных деталей и промышленного оборудования. Существуют очевидные различия в ударопрочности различных конструкционных пластиков. Далее мы сравним характеристики и сценарии применения пяти широко используемых материалов: ПК, ПК/АБС, нейлон, PA612+30% CF и PBT+20% GF.

Испытания на ударопрочность поликарбонатного материала при падении

Преимущества 

Поликарбонат (ПК) обладает превосходной ударопрочностью, высокой прочностью и низкой чувствительностью к надрезам. Его ударная вязкость по Шарпи достигает 60–85 кДж/м², что предотвращает хрупкое разрушение при испытаниях на падение и хорошо подходит для прозрачных деталей со стабильными размерами. Стандартная высота падения для потребительской электроники составляет 1,0–1,5 м, что обычно характерно для подложек из ПК. Испытания проводятся с последовательными ударами по кромкам и углам поверхностей, как при падении на поверхность, так и при ударах о плоские кромки, что обеспечивает ПК большую устойчивость к повреждениям.

СОВЕТЫ: Ударная вязкость по Шарпи (с надрезом) измеряет энергию, поглощенную стандартным образцом с надрезом при маятниковом ударе.

Недостатки

Хотя материал обладает неплохой ударной вязкостью с надрезами, острые надрезы, концентрирующие напряжения, значительно снижают его ударопрочность. Он реагирует на концентрацию напряжений острыми углами и тонкими стенками, подверженными растрескиванию под воздействием напряжений. Его химическая стойкость умеренная, поскольку контакт с некоторыми растворителями может вызывать растрескивание. Кроме того, его жесткость снижается при высоких температурах.

Например:В случае корпусов наушников падение с высоты 1,8 метра может легко привести к растрескиванию материала, начиная с острых краев или углов.

Совет по дизайну: При проектировании конструкций следует использовать большие радиусы скругления, чтобы избежать острых V-образных выемок, при этом основное внимание при проверке испытаний на удары в углах, защелкивания и тонкостенные секции следует уделять именно этим параметрам. Поликарбонат (ПК) сам по себе не может обеспечить надежную работу изделий, которые должны выдерживать падения с высоты 1,8 метра и выше, особенно удары в углах, поэтому необходимо усиление конструкции. Например, следует увеличить радиусы скругления в четырех углах изделия и добавить ребра жесткости для рассеивания силы удара при падении в угол.

Ударопрочный поликарбонат/АБС-пластик Материал Уронить  Тесты

Преимущества 

Этот материал отличается высокими ударными характеристиками, сбалансированной прочностью и умеренной чувствительностью к надрезам, достигая ударной вязкости по Шарпи с надрезом 25–45 кДж/м². Он обладает превосходной текучестью расплава по сравнению с чистым поликарбонатом, что упрощает формование сложных корпусов и приводит к снижению внутренних напряжений.

СОВЕТЫ: Формованный Остаточные напряжения могут вызывать спонтанное растрескивание при отсутствии внешней нагрузки. Эффективный контроль остаточных напряжений снижает риск такого растрескивания.

Обычно он выдерживает стандартные испытания на падение бытовой электроники с высоты. 1,0–1,5 мМатериал демонстрирует стабильные характеристики при ударах по поверхности, кромкам и углам, особенно при падении с небольшой высоты и с неглубокого края. Углы и кромки корпуса наушников с большей вероятностью разрушаются при падении с высоты 1,8 м, чем идентичные детали, изготовленные из поликарбоната (ПК).

Например: Углы и кромки корпуса наушников с большей вероятностью разрушаются при падении с высоты 1,8 м, чем идентичные детали, изготовленные из поликарбоната (ПК).

Недостатки

Максимальная ударная прочность уступает чистому поликарбонату, а падение с угла остается сценарием высокого риска. Надрезы, такие как кромки и защелкивающиеся основания, разрушаются легче при высоте падения ≥1,8 м или при многократных циклических испытаниях на падение. Сплав демонстрирует более низкую температуру деформации при нагреве и худшую устойчивость к растворителям по сравнению с поликарбонатом.

Советы: Доля АБС в сплаве ПК/АБС напрямую влияет на ударные характеристики. Более высокое содержание АБС улучшает текучесть за счет снижения ударной прочности. Для проверки ударопрочности при падении в угол используйте более крупные галтели или выбирайте марки с более высоким содержанием ПК для повышения ударной вязкости.

Для Пример: При одинаковой конструкции корпуса наушников, использование поликарбоната/АБС-пластика с более высоким содержанием поликарбоната обеспечивает лучшие результаты по устойчивости к заклиниванию в углах. В качестве альтернативы толщину стенок можно увеличить с 1 мм до 2–3 мм. Грандшайн Высокопроизводительный PC/ABS материал 1201 отлично подходит для этого применения.

Ударопрочный нейлон (PA6 / PA66) Материал   Уронить  Тесты

Преимущества

Этот материал обладает превосходной жесткостью, износостойкостью и химической стойкостью, а также демонстрирует сравнительно высокую чувствительность к вырезам. 6–12 кДж/м² Для определения ударной вязкости по Шарпи в сухих условиях этот материал значительно повышает свою прочность. 25–40 кДж/м² После поглощения влаги, поскольку абсорбированные молекулы воды действуют как пластификатор, обеспечивая лучшие характеристики при испытаниях на падение за счет увеличения размеров. Материал демонстрирует превосходную прочность, позволяя ему проходить стандартные испытания на падение с высоты 1,0–1,5 м для бытовой электроники со стабильными характеристиками при равномерных ударных нагрузках. Он также подходит для промышленных компонентов, таких как шестерни автоматизированных конвейеров и направляющие втулки, отвечая требованиям испытаний на падение с высоты 0,8–1,2 м для погрузки и разгрузки на месте.

Примеры: Зубчатые передачи конвейера, направляющие втулки — компоненты, устойчивые к разрушению при испытаниях на падение с высоты 0,8–1,2 м после достижения материалом равновесной влажности, однако те же самые детали легко трескаются при тех же условиях падения в сухом состоянии.

Советы: Молекулы воды, поглощенные нейлоном, действуют как пластификатор.  к  улучшать  прочность для dроперативные тесты с одновременным индуцированием расширения размеров

Недостатки

Материал, проявляющий заметную хрупкость в сухом состоянии, подвержен высокому риску при испытаниях на падение в углу, где зоны концентрации напряжений, такие как острые края и защелкивающиеся основания, легко растрескиваются при высоте падения ≥1,5 м или многократных циклах падения.

Кончикс:Поскольку содержание влаги определяет ударопрочность нейлона, большие накладки уменьшают напряжение в сухих компонентах, в то время как одного лишь визуального осмотра недостаточно. Образцы для испытаний на удар необходимо предварительно выдерживать при температуре 23°C / 50%RH для достижения равновесия влажности перед проверкой, поскольку результаты, полученные на сухих образцах, не отражают реальные условия. Характеристики деталей в мировом масштабе. Упрочненные марки стали являются альтернативным вариантом для обеспечения стабильной ударопрочности.

Пример:В то время как идентичные износостойкие кронштейны из PA6, прошедшие предварительную обработку, достигают 32 кДж/м² и проходят испытание на падение с высоты 1,2 м с угла, те же детали в сухом состоянии показывают примерно 8 кДж/м² и не проходят это испытание на ударную нагрузку на угол. Детали, подвергнутые старению при температуре 85°C/85%RH, подвергаются гидролизу и становятся необратимо хрупкими, что не может быть восстановлено повторной сушкой.

Ударопрочный PA612 + углеродное волокно 30% (CF) Материал  Уронить Тесты

Преимущества

Этот материал обладает исключительной жесткостью, стабильностью размеров и сопротивлением ползучести, а также высокой чувствительностью к надрезам. Его ударная вязкость по Шарпи с надрезом варьируется от... 7–14 кДж/м²PA612+30 легче и обладает лучшей теплопроводностью, чем нейлон, армированный стекловолокном, и поглощает гораздо меньше влаги, поэтому содержание влаги практически не влияет на его характеристики при испытаниях на падение. Он выдерживает стандартные испытания на падение с высоты 1,0–1,5 м для бытовой электроники и надежно работает при равномерном падении с ударной нагрузкой. Он также подходит для конструктивных элементов дронов, таких как кронштейны рамы и шасси, и может выдерживать испытания на падение с высоты более 3 м со стабильными характеристиками при контролируемых ударах. (Разница в высотах испытаний на падение между бытовой электроникой и дронами обусловлена различными отраслевыми стандартами.)

Советы:Углеродное волокно повышает модуль упругости и сопротивление ползучести, но не поглощает энергию удара, поэтому напряжение в надрезе при испытаниях на падение может разорвать связи между волокном и смолой и ускорить распространение трещин, что повышает хрупкость в месте надреза.

Недостатки

Этот материал, по своей природе жесткий и хрупкий, представляет собой высокий риск при ударных нагрузках в углах. Уязвимые зоны, такие как острые углы и защелкивающиеся соединения, склонны к растрескиванию при испытаниях на падение с высоты ≥1,5 м или при многократных циклических падающих нагрузках. Хотя углеродное волокно повышает модуль упругости материала, оно практически не способствует поглощению энергии удара и оставляет минимальный запас прочности для испытаний на падение.

Кончикс: Уронить В ходе испытаний этого материала его характеристики практически не зависят от содержания влаги. Дисперсия углеродного волокна, геометрия надреза и формование. остаточное напряжение служит основным контролирующим фактором.

Ударопрочный PBT + 20% GF Материал  Уронить Тесты

Преимущества

При ударной вязкости по Шарпи... 5–9 кДж/м²Этот материал обладает исключительной жесткостью, стабильностью размеров и химической стойкостью, однако высокая чувствительность к надрезам создает риск разрушения при испытаниях на падение. Благодаря очень низкому поглощению насыщенной влаги и отсутствию изменений прочности и набухания размеров, вызванных влагой, характерных для нейлона, этот материал обеспечивает стабильные результаты и проходит стандартные испытания на падение с высоты 1,0–1,5 м при равномерно распределенных ударных нагрузках. Он обладает стабильной электрической изоляцией и непроводящими свойствами. Формованные детали могут быть покрыты гальваническим покрытием или обработаны проводящими покрытиями для электромагнитного экранирования, что обеспечивает высокую пригодность для проектирования с учетом электромагнитной совместимости и делает их хорошо подходящими для корпусов электрооборудования.

Советы:ПБТ, низкий Влагостойкий полиэстер практически не изменяет свои размеры и демонстрирует хорошие результаты при испытаниях на ударную вязкость в условиях повышенной влажности. Стекловолокно повышает жесткость при меньших затратах по сравнению с углеродным волокном, но увеличивает хрупкость при надрезе, практически не поглощая энергию удара.

Неудпреимущества

Этот материал, по своей природе жесткий и хрупкий, сопряжен с высоким риском разрушения при испытаниях на падение в углу. Концентрация напряжений в острых местах, таких как защелкивающиеся корни, приводит к образованию трещин при высоте падения ≥1,5 м или при многократных циклах падения. Его прочность еще больше снижается в холодных условиях, что повышает вероятность хрупкого разрушения.

Пример:Кронштейны из PBT+20GF ломаются легче, чем их аналоги из PC/ABS, при испытаниях на падение с высоты 1,2 м с угла.

Советы: Дисперсия стекловолокна, геометрия надреза и формование. остаточное напряжение служит основным контролирующим фактором. при этом влага оказывает незначительное влияние на характеристики материала в испытаниях на падение.Образцы поступающих материалов можно отбирать непосредственно для испытаний на ударную прочность без предварительной обработки (коррекции влажности). На этапе проектирования следует предусмотреть большие радиусы закругления углов для снижения концентрации напряжений в местах надрезов.

Пример: Идентичные кронштейны для печатных плат из PBT+20GF демонстрируют практически одинаковые результаты в тестах на падение с угла независимо от того, хранятся ли они в сухих условиях или при стандартной влажности окружающей среды.

Ключевые факторы, влияющие на эффективность испытания пластика на падение.

Мы подготовили сводную таблицу, которая поможет вам наглядно понять характеристики испытаний на падение и факторы, влияющие на них при использовании различных материалов.

Ключевые факторы	ПК	ПК/АБС	Нейлон (ПА)	PA612+30
Ударопрочность	Высокий	Высокий	Хороший	Снижено за счет армирования углеродными волокнами.
Жесткость	Умеренный	Умеренный	Умеренный	Очень высокий
Риск хрупкости	Низкий	Низкий Умеренный	Низкий Умеренный	Высокий
Чувствительность к трещинам	Низкий	Умеренный	Умеренный	Высокий
Ударопрочность при низких температурах	В целом хорошо	В целом хорошо	Зависит от оценки	Зависит от оценки
Чувствительность к влаге	Низкий	Низкий	Высокий	Высокий
Вопросы, касающиеся испытаний на ударопрочность.	Превосходное поглощение энергии	Сбалансированная прочность и жесткость	Прочность на разрыв изменяется в зависимости от содержания влаги.	Высокая жесткость, но риск хрупкого разрушения.

Примечание: Высокая жесткость не гарантирует ударопрочность. Фактические характеристики при испытаниях на падение зависят от таких факторов, как марка материала, ориентация волокон, содержание влаги, геометрия детали, толщина стенки, температура и условия испытаний.

Какой пластик лучше всего подходит для падений вашего изделия? Тестс Требования?

Мы подготовили этот контрольный список, чтобы помочь вам выбрать подходящий сорт пластика, соответствующий требованиям вашего проекта.

• Уточнить стандарты прохождения испытаний на падение.:Уточните, должна ли деталь выдерживать падения с лицевой стороны, падения с углов или многократные ударные циклы. Затем установите допустимый риск растрескивания для защелкивающихся соединений и острых углов.
• Оцените среду конечного использования.:Проверьте рабочую температуру, влажность, воздействие химических веществ и длительную нагрузку, поскольку эти условия изменяют реальную прочность материала и его ударопрочность.

Подтвердите сроки изготовления прототипа и серийного производства.:Учтите дополнительное время на подготовку нейлона, чувствительного к влаге, корректировку форм для наполнителей и время, необходимое для проверки прототипа перед проведением официальных испытаний на ударопрочность.

Заключение

Каждый из вышеперечисленных сценариев испытаний на падение и факторов выбора материала влияет на конечные характеристики вашего пластикового компонента. Если у вас есть вопросы о классификации материалов, испытаниях на удар или проверке прототипов, не стесняйтесь обращаться к нам. Грандшайн в любое время