ГОСТ 4647—80

ГОСТ 4647—80 — это межгосударственный стандарт, устанавливающий метод определения ударной вязкости пластмасс на образцах с надрезом и без надреза. Стандарт входит в систему межгосударственных нормативных документов (ГОСТ) и действует на территории стран — участниц СНГ, а также ряда других государств, признавших его действие. Основная цель стандарта — унификация методик испытаний пластмасс на стойкость к ударным нагрузкам, что позволяет сравнивать результаты, полученные в разных лабораториях и на разных производствах.

История разработки

ГОСТ 4647—80 был введён в действие 1 января 1982 года, заменив предыдущий стандарт ГОСТ 4647—69. Разработка нового стандарта была обусловлена необходимостью приведения методик испытаний в соответствие с международными требованиями, в частности с рекомендациями Международной организации по стандартизации (ISO). В основу ГОСТ 4647—80 легли положения стандарта ISO 179—1973 «Пластмассы. Определение ударной вязкости по Шарпи». В 1980-е годы стандарт активно применялся в СССР для контроля качества полимерных материалов, используемых в машиностроении, электротехнике, строительстве и производстве товаров народного потребления. После распада СССР стандарт сохранил силу в рамках Межгосударственного совета по стандартизации, метрологии и сертификации (МГС). В 2013 году была утверждена актуализированная версия — ГОСТ 4647—2013, которая гармонизирована с ISO 179-1:2010, однако ГОСТ 4647—80 продолжает упоминаться в технической документации и нормативных актах, особенно в отношении материалов, выпущенных до 2014 года.

Область применения

Стандарт распространяется на термопластичные и термореактивные пластмассы, а также на композиционные материалы на их основе, за исключением пенопластов и материалов с ячеистой структурой. Метод, описанный в ГОСТ 4647—80, предназначен для определения ударной вязкости при изгибе на образцах, имеющих форму бруска прямоугольного сечения. Испытания проводятся на маятниковых копрах, конструкция которых соответствует требованиям стандарта. Результаты испытаний позволяют оценить способность материала поглощать энергию удара без разрушения или с частичным разрушением, что является важным показателем для материалов, работающих в условиях динамических нагрузок.

Основные термины и определения

В рамках ГОСТ 4647—80 используются следующие ключевые понятия:

• Ударная вязкость — работа, затраченная на разрушение образца при ударном изгибе, отнесённая к площади поперечного сечения образца в месте надреза (для образцов с надрезом) или к площади поперечного сечения образца (для образцов без надреза). Измеряется в килоджоулях на квадратный метр (кДж/м²).
• Образец с надрезом — образец, на котором с одной стороны нанесён V-образный надрез определённой глубины и радиуса закругления вершины.
• Образец без надреза — образец, не имеющий искусственного концентратора напряжений.
• Маятниковый копёр — испытательное устройство, в котором маятник с заданной массой и длиной плеча падает с определённой высоты, ударяя по образцу, установленному на опорах.

Типы образцов и их подготовка

ГОСТ 4647—80 устанавливает два типа образцов:

• Тип 1 — образцы без надреза. Размеры: длина 80 мм, ширина 10 мм, толщина 4 мм. Допускаются отклонения в пределах ±0,2 мм по ширине и толщине.
• Тип 2 — образцы с надрезом. Те же габариты, что и у типа 1, но на одной из широких сторон наносится надрез глубиной 2 мм (для образцов толщиной 4 мм) или 1,5 мм (для образцов толщиной 3 мм). Радиус закругления вершины надреза — 0,25 мм ± 0,05 мм. Надрез выполняется фрезерованием или другим механическим способом, обеспечивающим заданную геометрию.

Образцы изготавливаются методом литья под давлением, прессования или механической обработки из заготовок. Перед испытанием образцы кондиционируются в соответствии с требованиями стандарта на конкретный материал (обычно при температуре 23 °C и относительной влажности 50 % в течение не менее 16 часов). Количество образцов для каждого испытания — не менее 10.

Методика проведения испытаний

Испытания проводятся на маятниковом копре, который должен обеспечивать энергию удара от 0,5 до 50 Дж (в зависимости от типа материала). Маятник копра должен иметь скорость в момент удара 2,9 м/с ± 0,2 м/с. Образец устанавливается на опоры копра так, чтобы надрез (если он есть) находился на стороне, противоположной удару маятника. Расстояние между опорами — 40 мм (для образцов длиной 80 мм). Удар маятника наносится по центру образца. После удара фиксируется угол отклонения маятника, по которому рассчитывается работа разрушения.

Расчёт результатов

Ударная вязкость (a) для образцов с надрезом вычисляется по формуле:

\[ a = \frac{A}{b \cdot h} \]

где:

• \(A\) — работа разрушения, Дж;
• \(b\) — ширина образца, м;
• \(h\) — толщина образца под надрезом (остаточная толщина), м.

Для образцов без надреза толщина \(h\) равна полной толщине образца. Результат округляется до 0,1 кДж/м². За окончательный результат принимается среднее арифметическое значение всех испытаний, при этом из расчёта исключаются выбросы, если они превышают 30 % от среднего значения.

Оборудование и требования к нему

Маятниковый копёр, используемый в испытаниях по ГОСТ 4647—80, должен соответствовать следующим параметрам:

• Максимальная энергия маятника — от 0,5 до 50 Дж (в зависимости от модификации).
• Длина плеча маятника — 225 мм ± 1 мм.
• Масса маятника — от 0,2 до 5 кг.
• Шкала для измерения угла отклонения — с ценой деления не более 0,5°.
• Опоры для образца — с радиусом закругления 1 мм ± 0,1 мм.
• Боёк маятника — с радиусом закругления 2 мм ± 0,1 мм.

Копёр должен быть оснащён устройством для точной установки образца и фиксации его положения. Допускается использование копров с автоматической регистрацией результатов.

Особенности для разных материалов

ГОСТ 4647—80 предусматривает корректировку методики в зависимости от свойств испытуемого материала:

• Хрупкие материалы (например, полистирол, акриловые смолы) — испытания проводятся на образцах без надреза, так как надрез может привести к неконтролируемому разрушению.
• Вязкие материалы (например, полиамиды, полиэтилен низкой плотности) — испытания проводятся на образцах с надрезом, чтобы инициировать разрушение.
• Композиционные материалы — для них могут использоваться образцы увеличенной толщины (до 10 мм) с соответствующим пересчётом результатов.

Сравнение с международными стандартами

ГОСТ 4647—80 в значительной степени гармонизирован с ISO 179—1973, но имеет ряд отличий:

• В ISO 179—1973 допускается использование образцов длиной 50 мм и расстоянием между опорами 30 мм, что не предусмотрено в ГОСТ 4647—80.
• ГОСТ 4647—80 устанавливает более жёсткие требования к радиусу закругления вершины надреза (0,25 мм против 0,1 мм в ISO 179—1973).
• В российской версии отсутствует разделение на методы испытаний для материалов с разной ударной вязкостью (ISO 179—1973 выделяет методы A, B, C).

Современная версия ГОСТ 4647—2013 полностью гармонизирована с ISO 179-1:2010, что устраняет указанные расхождения.

Применение в промышленности

Результаты испытаний по ГОСТ 4647—80 используются для:

• Входного контроля сырья на предприятиях по переработке пластмасс.
• Сертификации продукции (например, деталей автомобилей, корпусов электроинструментов, упаковочных материалов).
• Разработки новых полимерных композиций и модификации существующих.
• Сравнительного анализа материалов при выборе поставщика.

В машиностроении и приборостроении ударная вязкость по ГОСТ 4647—80 является одним из ключевых параметров для материалов, работающих при низких температурах (например, поликарбонат, полиамид 6). В строительстве этот показатель важен для труб, профилей и листовых материалов, подверженных механическим воздействиям.

Критика и ограничения

Стандарт подвергается критике за следующие недостатки:

• Чувствительность к скорости деформации — метод не позволяет разделить вклад различных механизмов разрушения (хрупкого и вязкого), что затрудняет интерпретацию результатов для материалов с промежуточными свойствами.
• Зависимость от толщины образца — результаты для образцов разной толщины несопоставимы, что ограничивает применение метода для тонкостенных изделий.
• Отсутствие учёта температуры — стандарт не предусматривает проведение испытаний при температурах, отличных от комнатной, хотя для многих материалов ударная вязкость сильно зависит от температуры (например, поливинилхлорид становится хрупким при отрицательных температурах).

Для преодоления этих ограничений в современных лабораториях часто используют инструментированный ударный копёр, который позволяет записывать диаграмму «сила — время» и вычислять такие параметры, как максимальная нагрузка, энергия инициации трещины и энергия распространения трещины.

Интересные факты

• ГОСТ 4647—80 входит в перечень стандартов, обязательных для применения при сертификации пластмасс в рамках Таможенного союза (ЕАЭС).
• В 1980-е годы на базе этого стандарта были разработаны отраслевые методики для испытания полимерных композиций, используемых в авиастроении (например, для стеклотекстолита и углепластика).
• В некоторых случаях для испытаний по ГОСТ 4647—80 используются образцы, вырезанные из готовых изделий (например, из корпусов бытовой техники), что позволяет оценить качество материала после переработки.

Источники

• ГОСТ 4647—80 «Пластмассы. Метод определения ударной вязкости по Шарпи». — М.: Издательство стандартов, 1981.
• ГОСТ 4647—2013 «Пластмассы. Метод определения ударной вязкости по Шарпи». — М.: Стандартинформ, 2014.
• ISO 179-1:2010 «Plastics — Determination of Charpy impact properties — Part 1: Non-instrumented impact test».
• Крыжановский В. К., Бурлов В. В. Технические свойства полимерных материалов. — СПб.: Профессия, 2003. — 240 с.
• Тагер А. А. Физико-химия полимеров. — М.: Химия, 1978. — 544 с.