ГОСТ 15139: как определяют плотность пластмасс и зачем она в заявке

Плотность пластмассы меняется в третьем знаке после запятой, и метод измерения должен быть точнее, чем разница, которую вы хотите увидеть.

Стандарт действует с 1970 года и не распространяется на пористые материалы

По карточке каталога стандартов ГОСТ 15139-69 «Пластмассы. Методы определения плотности (объёмной массы)» действует. Он введён 1 июля 1970 года, соответствует СТ СЭВ 891-78, изменение № 1 внесено в 1980 году, переиздание с ним вышло в 1988 году. Текст стандарта распространяется на пластмассы в виде листов, пластин, трубок, отливок, гранул и порошков. Пористые пластмассы в его область не входят.

Метод для конкретного материала выбирают в стандарте или ТУ на этот материал. Вводная часть ГОСТ даёт правило выбора: погрешность метода должна быть близка к разбросу плотности, который нужно увидеть. Если плотность партии колеблется в третьем знаке, обмер штангенциркулем ничего не покажет.

Пять методов различаются точностью и формой образца

Общие требования раздела 1: не меньше трёх образцов от партии, гладкие образцы без пустот и трещин, температура при замере поддерживается с точностью 0,1 К, кондиционирование по ГОСТ 12423. При вырезке образцов из изделий избегают давления, которое уплотняет материал и завышает результат.

Обмер и взвешивание подходят для оценки, но не для контроля партии

Метод обмера требует инструмент с точностью 0,1 % от наименьшего размера и весы с точностью 0,0001 г, объём образца не меньше 1 см³, масса не больше 180 г. Даже при таких условиях точность ограничена 0,5 %. Для фторопласта с плотностью около 2,18 г/см³ это ±0,011 г/см³, больше, чем разница между марками по ГОСТ 10007-80.

В цеху тот же принцип полезен для грубой проверки. Пример: втулка из стержня, наружный диаметр 60 мм, внутренний 30 мм, длина 50 мм, объём около 106 см³. При массе 122 г плотность около 1,15 г/см³, что похоже на полиамид; при 231 г около 2,18 г/см³, что похоже на фторопласт. Чтобы отличить полиацеталь с 1,41 от PVDF с 1,75–1,79 г/см³, такой точности хватает с запасом.

Гидростатическое взвешивание по шагам

Гидростатическое взвешивание по разделу 3 сравнивает массы одинаковых объёмов образца и жидкости известной плотности. Нужны аналитические весы с точностью 0,0001 г, подставка над чашкой, тонкая коррозионностойкая проволока-подвеска, термометр с ценой деления 0,1 °C. Масса образца от 0,2 до 5 г. Если образец легче жидкости, к подвеске добавляют груз плотностью не меньше 7 г/см³ и массой примерно на 20 % больше массы образца.

Порядок такой. Взвешивают образец на воздухе и получают M1. Подвешивают его на проволоке в стакане с жидкостью так, чтобы он не касался стенок и дна и на нём не было пузырьков, и получают M2. Снимают образец, опускают в жидкость одну подвеску и получают M3. Масса жидкости в объёме образца M7 = M1 − (M2 − M3), а плотность образца ρ = M1 · ρж / M7. За результат берут среднее трёх определений, округлённое до третьего знака.

Пример расчёта: диск фторопласта M1 = 3,2000 г, M2 = 1,7857 г, M3 = 0,0500 г, вода при +23 °C с плотностью 0,99755 г/см³. Тогда M7 = 3,2000 − 1,7357 = 1,4643 г, ρ = 3,2000 · 0,99755 / 1,4643 = 2,180 г/см³. Ошибка в температуре воды на 3 °C сдвигает её плотность примерно на 0,0007 г/см³, то есть уже больше допустимого расхождения параллельных определений.

Пикнометр и градиентная колонка нужны для гранул и плёнок

Пикнометрический метод по разделу 4 применяют для гранул, пресс-порошков, хлопьев и мелких изделий массой от 1 до 5 г. Пикнометр вместимостью 50 см³ с образцом заливают жидкостью, удаляют воздух в вакуумном эксикаторе, термостатируют 30 минут при +20, +23 или +27 °C. Результат записывают с четырьмя знаками после запятой.

Градиентная колонка по разделу 6 содержит раствор, плотность которого меняется по высоте, и эталонные поплавки известной плотности. Образец опускается до уровня своей плотности, а значение находят интерполяцией между двумя поплавками. При перепаде 0,0001 г/см³ на миллиметр высоты точность доходит до 0,05 %. Флотационный метод с водно-спиртовым раствором стандарт рекомендует для полиолефинов легче 1 г/см³.

Какой метод ГОСТ 15139 самый точный?

Самые точные методы ГОСТ 15139-69 пикнометрический и метод градиентной колонки: оба дают точность до 0,05 %, а расхождение параллельных определений не больше 0,0002 г/см³. Гидростатическое взвешивание даёт до 0,1 % и удобнее для сплошных изделий массой 0,2–5 г. Обмер и взвешивание ограничены 0,5 % и годятся для стержней и брусков, когда нужна оценка, а не контроль партии.

Стандарты на материалы задают метод сами

ГОСТ 15139 описывает методы, а норму плотности и выбор метода задаёт документ на материал. Пример: ГОСТ 10007-80 на фторопласт-4 требует определять плотность по ГОСТ 15139 гидростатическим взвешиванием двух спечённых дисков в дистиллированной воде при (23,0 ± 0,5) °C. Воду предварительно кипятят и охлаждают, для смачивания добавляют 2–3 капли ОП-7, края дисков обрезают, чтобы убрать недопрессованные участки. Расхождение двух определений допускается до 0,005 г/см³, а норма плотности по марке не больше 2,18–2,21 г/см³.

Для фторопласта норма записана как «не более», и у каждой марки фторопласта-4 по ГОСТ 10007 своя граница: от 2,18 до 2,21 г/см³. Для полиамидов плотность зависит ещё и от влаги: как набухание сказывается на массе и плотности ПА6, видно по данным о плотности полиамида.

Зачем указывать плотность пластмассы в заявке на деталь?

Плотность пластмассы в заявке на деталь нужна для трёх задач: рассчитать массу заготовки и её стоимость, проверить при приёмке, что пришёл заявленный материал, и найти внутренние пустоты в литом или прессованном блоке. Для этого в заявке указывают марку материала и, если важна проверка, метод по ГОСТ 15139-69 и допустимое отклонение плотности.

Плотность в паспорте проверяют против марки и метода

Ориентиры плотности для марок общего назначения: фторопласт-4 около 2,15–2,2 г/см³, PVDF 1,75–1,79, полиацеталь 1,41, литой полиамид 1,15, сверхвысокомолекулярный полиэтилен 0,93 г/см³. При приёмке значение из документа о качестве сравнивают с нормой марки, а затем с массой заготовки: если стержень заметно легче расчётного, внутри могут быть раковины, если тяжелее, возможно, материал наполнен.

Полезно смотреть, каким методом получена цифра. Паспорт литого полиамида Ertalon 6 PLA ссылается на ISO 1183-1, отечественные паспорта на ГОСТ 15139. Если поставщик пишет плотность с двумя знаками без метода, это ориентир, а не результат испытания партии. Тот же принцип годится для быстрой проверки в цеху, когда нужно отличить фторопласт от капролона и полиацеталя без лаборатории.

Плотность не обещают без измерения

Когда чертёж требует плотность материала, например «Ф-4, плотность не ниже 2,15 г/см³», это требование к заготовке, и мы не подтверждаем его ссылкой на паспорт другой партии. Проверка закладывается в КП отдельной строкой: метод по ГОСТ 15139-69, число образцов, место вырезки. Для деталей без такого требования плотность указывается как ориентир марки и служит для расчёта массы. Приёмка партии с замером, осмотром и фото идёт по порядку, принятому в контроле качества.

Для расчёта детали нужны чертёж или эскиз, количество, марка материала или условия работы и, если нужно, требования к плотности и способу её проверки. Детали из фторопласта изготавливают точением по чертежу, они собраны в разделе деталей из PTFE, а остальные материалы в разделе инженерных пластиков.