ГОСТ 12020-2018: стойкость пластмасс к химическим средам

Химическую стойкость пластмассы по ГОСТ 12020 выражают в процентах изменения массы, размеров и прочности после заданного времени в заданной жидкости при заданной температуре.

Стандарт 2018 года модифицирует ISO 175 и касается только жидкостей

По карточке стандарта ГОСТ 12020-2018 «Пластмассы. Методы определения стойкости к действию химических сред» действует, введён с 1 октября 2018 года взамен ГОСТ 12020-72 и модифицирует ISO 175:2010. Он устанавливает методы определения изменений массы, линейных размеров, внешнего вида и других свойств образцов в ненапряжённом состоянии после выдержки в жидкой среде, а также метод растрескивания образцов в напряжённом состоянии.

Образец всегда полностью погружён. Метод не подходит для плохо смачиваемых пластмасс и не распространяется на ячеистые материалы. Результаты, по разделу 1, служат для сравнения: стойкости разных пластмасс к одной среде, одной пластмассы к разным средам, влияния добавок. Сравнение корректно, если образцы одной формы и толщины и в одинаковом состоянии поверхности.

Время, температура и объём среды заданы рядами

Предпочтительные температуры испытания 23 ± 2 °C и 70 ± 2 °C; для других условий стандарт даёт ряд от −269 до 1 000 °C. Рекомендуемое время выдержки: 24 часа для кратковременных испытаний, неделя для обычных при 23 °C, 16 недель для длительных и до пяти лет, если нужно дойти до равновесия или явного разрушения. Все измерения после выдержки делают при 23 ± 2 °C.

Для испытания на растрескивание пункт 6.7.3.3 требует одновременно выдерживать контрольные образцы при той же температуре без среды, а при других испытаниях выше комнатной температуры такую группу разумно добавить по соглашению с лабораторией. Иначе нельзя отделить действие нагрева от действия жидкости: при 70 °C часть изменений даёт сам нагрев.

Объём жидкости считают от площади образца

Пример: квадрат 60 × 60 мм толщиной 1 мм имеет площадь двух граней 72 см² и торцов 2,4 см², всего около 74,4 см². По норме 8 см³ на 1 см² на один образец нужно не меньше 595 см³ жидкости, на три образца около 1,8 л. Если пластмасса склонна растворяться или отдавать вещества в среду, норма 20 см³ на 1 см² даёт почти 1,5 л на образец. Для дорогих и опасных сред это существенная часть цены испытания, и её оговаривают в КП на протокол.

Жидкость перемешивают не реже раза в сутки, вязкую непрерывно, а через каждые семь суток меняют на свежую. Неустойчивые растворы вроде гипохлорита натрия меняют чаще. Если свет влияет на действие среды, испытание ведут в темноте.

Масса до и после сушки различает набухание и вымывание

Образец взвешивают трижды: до погружения, сразу после извлечения и протирки, после сушки и повторного кондиционирования. Образцы толщиной 1 мм сушат при 50 ± 2 °C обычно 2 часа. Изменение считают в процентах к исходной массе и в мг/см² поверхности.

Две цифры читают вместе. Рост массы сразу после извлечения при возврате к исходной после сушки означает обратимое набухание: среда вошла и вышла. Масса после сушки ниже исходной говорит о вымывании пластификатора, стабилизатора или низкомолекулярной части. Для уплотнительного кольца второе опаснее: деталь после контакта со средой станет тверже и меньше, и натяг уйдёт. Для водных сред удобно сопоставить результат с водопоглощением по ГОСТ 4650, где та же логика применена к воде.

Как оценивают химическую стойкость пластмассы по ГОСТ 12020?

Химическую стойкость пластмассы по ГОСТ 12020-2018 оценивают по изменению механического показателя после выдержки в среде, в процентах к исходному значению, с округлением до целых. Для термопластов изменение от 0 до 10 % означает хорошую стойкость, свыше 10 до 15 % удовлетворительную, свыше 15 % плохую. Для реактопластов границы шире: 15 и 25 %. Оценка предварительная и относится к конкретной среде, температуре и времени.

Таблица 2 переводит проценты в оценку стойкости

Пункт 6.6 даёт предварительную оценку по изменению механического показателя, например прочности при растяжении по ГОСТ 11262. Изменение считают как разность средних после и до выдержки, делённую на исходное среднее, и округляют до целых процентов. Отдельно считают изменение после сушки и повторного кондиционирования.

Пример: прочность при растяжении термопласта до выдержки 80 МПа, после недели в среде при 23 °C 70 МПа. Изменение (70 − 80) / 80 · 100 = −12,5 %, после округления −13 %, оценка удовлетворительная. Если после сушки прочность вернулась к 78 МПа, изменение −3 %, и падение связано с набухшей средой, а не с разрушением полимера. Для детали, которая работает в среде постоянно, решает первая цифра.

Растрескивание проверяют на эллиптическом шаблоне

Пункт 6.7 описывает испытание в напряжённом состоянии. Полоску толщиной 1–2 мм и шириной 20 мм прижимают к стальному шаблону в форме эллипса, и по длине полоски деформация меняется от большой к малой. Размеры полуосей шаблона выбирают по модулю упругости при изгибе. После выдержки в среде под микроскопом с увеличением 50× ищут участок, где начинаются трещины, и по его положению считают деформацию растрескивания, а умножив её на модуль, условное напряжение растрескивания.

Этот метод ближе всего к работе детали. Втулка, запрессованная в корпус с натягом, кольцо на валу, защёлка крышки находятся под постоянной деформацией, и среда, безопасная для свободного образца, может дать трещины в нагруженном месте. Для деталей с натягом в агрессивной среде протокол растрескивания полезнее данных о массе.

Как проверяют растрескивание пластмассы в химической среде?

Растрескивание пластмассы в химической среде по ГОСТ 12020-2018 проверяют на полосках толщиной 1–2 мм и шириной 20 мм, закреплённых на эллиптическом шаблоне, где деформация меняется по длине полоски. После выдержки в жидкости под микроскопом с увеличением 50× находят границу участка с трещинами и по ней считают деформацию растрескивания. Испытывают не меньше трёх полосок, а контрольные образцы держат при той же температуре без среды.

Таблица стойкости поставщика опирается на те же условия

Таблицы химической стойкости в каталогах полуфабрикатов обычно составлены по погружению при комнатной температуре и дают буквенную оценку. Чтобы применить её к узлу, у поставщика или в протоколе уточняют пять вещей: концентрацию среды, температуру, время выдержки, какой показатель измеряли, были ли образцы под напряжением. Без этих условий запись «стоек к серной кислоте» одинаково относится к 5 % и к 98 %.

Для фторопласта таблицы почти пусты: он стоек к большинству сред, а химическая стойкость фторопласта ограничена немногими веществами вроде расплавов щелочных металлов, элементарного фтора и трифторида хлора. Для полиамида, полиацеталя и PET-P таблицы длиннее, и граница часто проходит по концентрации и температуре одной и той же кислоты или щёлочи.

Деталь для химической среды проходит светофор до КП

Выбор материала для химической промышленности мы начинаем с уровня риска. Зелёный уровень: среда, концентрация и температура известны, материал задан заказчиком, есть опыт его работы в этом узле. Жёлтый: среда известна, а материал нет или концентрация меняется; нужен подбор по таблицам и, лучше, проба. Красный: окислители, концентрированные кислоты при нагреве, смеси неизвестного состава, давление выше обычного; без отдельного решения технолога и испытаний обещаний нет.

Стойкость детали к среде мы не обещаем по таблице: в КП указываем марку и источник данных о стойкости, а если нужен протокол по ГОСТ 12020-2018, его делают на образцах из той же заготовки, в рабочей жидкости, при рабочей температуре. Для деталей из фторопласта и других пластиков под химическую среду пришлите название и концентрацию среды, температуру, время контакта, есть ли натяг или нагрузка и чем деталь работала до этого. С этими данными подбор материала идёт от условий узла, а не от общей таблицы.