ГОСТ 9.708-83: старение пластмасс и как читать результат

ГОСТ 9.708-83 отвечает на вопрос «какая из пластмасс лучше переносит климат», и отвечает только в сравнении: одна марка против другой при одинаковой программе.

Стандарт 1983 года описывает два метода и ничего не нормирует

Стандарт «Единая система защиты от коррозии и старения. Пластмассы. Методы испытаний на старение при воздействии естественных и искусственных климатических факторов» утверждён в декабре 1983 года, введён с 1 января 1985 года и заменил ГОСТ 17170-71 и ГОСТ 17171-71. Текст стандарта распространяется на пластмассы в ненапряжённом состоянии, то есть образец лежит в кассете свободно, без изгиба и натяга.

Методы предназначены для сравнительной оценки стойкости. Предельного падения свойства, после которого пластмасса считается нестойкой, в стандарте нет: показатель и норму на него устанавливают стандарт или технические условия на конкретный материал. Отдельной фразой во вводной части сказано, что корреляции между натурными и искусственными испытаниями стандарт не предусматривает. Эту оговорку чаще всего пропускают при чтении протокола.

Метод 1 держит образцы на климатической станции от года до пяти лет

Образцы ставят на стенды климатической станции, отвечающей ГОСТ 9.906-83, рабочей поверхностью на юг. Угол наклона рамы к горизонту зависит от широты: для 40–50° северной широты, куда попадает большая часть европейской России, он равен 45°. В обоснованных случаях допускают 10 или 90°. На стенд не должна падать тень днём и свет фонарей ночью.

Испытания начинают весной, предпочтительно в марте. Продолжительность не меньше года и не больше пяти лет, если программа не говорит иначе. Показатель контролируют через 1, 3, 6, 9 и 12 месяцев, затем не реже раза в год. Рядом на всё время испытаний оставляют контрольные образцы в тёмном помещении при 23 ± 2 °C и влажности 50 ± 5 %.

Станция ведёт метеорологию за каждый месяц: среднюю влажность и температуру, их средние максимумы и минимумы, часы солнечного сияния, осадки в миллиметрах. Дополнительно фиксируют содержание SO₂, NO₂, CO, CO₂ и NH₃ в воздухе. Без этих данных годовой протокол из Сочи и из Якутска выглядят одинаково, хотя материал в них прожил разные жизни.

Метод 2 заменяет солнце ксеноновой лампой на 500 часов и больше

Аппарат искусственной погоды на ксеноновых излучателях по ГОСТ 23750-79 даёт на образце поток интегрального излучения 1 000 Вт/м², из них ультрафиолета короче 400 нм не меньше 68 Вт/м². Барабан с образцами вращается вокруг лампы не быстрее 6 об/мин. Температуру чёрной панели выбирают из ряда 45, 55 и 65 °C, относительную влажность из ряда 35, 50, 65 и 90 %. Дождевание идёт дистиллированной водой по циклам из справочного приложения 3, например 3 минуты дождя на 17 минут сухого периода.

Отсчёт времени начинают, когда камера вышла на режим. Продолжительность не меньше 500 часов, если программа не задаёт другую; перерывы в работе допускаются не больше 10 % общего времени. Осмотр и замер показателя проводят через 24, 48, 96 и 168 часов, дальше через интервалы, кратные 168 часам. Пример: 500 часов непрерывной работы займут почти 21 сутки, а допустимые перерывы составят до 50 часов.

Матрица двух методов показывает, что брать в протоколе

Число образцов считают по формуле до начала испытаний

Для разрушающего показателя, например прочности при растяжении, стандарт считает число образцов для метода 1 по формуле N = N₀ + n · Kᵢ · d + Nк. Здесь N₀ нужны для исходного значения, n от 5 до 25 образцов на один съём, Kᵢ число съёмов, d число климатических районов, Nк = n · Kᵢ контрольных образцов.

Пример: исходное значение по 5 образцам, по 5 образцов на каждый из шести съёмов (1, 3, 6, 9, 12 и 24 месяца) в двух районах. N = 5 + 5 · 6 · 2 + 30 = 95 образцов одной марки. Для двух сравниваемых марок это почти 200 лопаток, отлитых или вырезанных одним способом, и именно эта цифра определяет, сколько заготовки отложить под испытание. Для метода 2 формула короче: N = N₀ + n · Kᵢ · g, где g число режимов камеры.

Коэффициент сохранения свойств показывает долю исходного показателя

Результат каждого съёма считают как среднее по n образцам по стандарту на метод определения показателя. Коэффициент сохранения свойств Kt в процентах получают делением значения после времени t на исходное значение до испытаний. В методе 1 дополнительно считают K, где делят на значение контрольного образца, который пролежал тот же срок в темноте: так отделяют климат от простого хранения.

Пример: удлинение при разрыве полиэтиленовой лопатки до испытаний 400 %, через 500 часов в камере 240 %. Kt = 240 / 400 · 100 = 60 %. В том же условном примере прочность могла снизиться всего на 5–10 %, поэтому для детали, которая работает на изгиб и удар, по удлинению видно больше. Метод определения удлинения задаёт испытание на растяжение по ГОСТ 11262, и в протоколе его обозначение стоит отдельной строкой.

Что показывает протокол испытаний пластмассы по ГОСТ 9.708-83?

Протокол испытаний пластмассы по ГОСТ 9.708-83 показывает, сколько процентов выбранного свойства марка сохранила после заданного срока климатического воздействия: на станции в конкретном районе или в ксеноновой камере при заданных температуре и влажности. В протоколе должны быть марка, способ изготовления образцов, режим, исходное значение, коэффициенты на каждый съём и стандарт метода. Срок службы детали протокол не называет.

Натурные и ускоренные результаты стандарт не связывает

Часы ксеноновой камеры по ГОСТ 9.708-83 в годы на улице не пересчитывают: формулы вида «1 000 часов ксенона равны двум годам» стандарт не даёт. Ксенон моделирует спектр солнца, но не годовой ход температуры, ночные заморозки, пыль и промышленные газы, которые станция записывает в протокол. Пересчёт к сроку хранения или эксплуатации ведут по ГОСТ 9.707-81 и только при специально построенной программе с несколькими режимами.

У резин похожая логика, но другой механизм: тепловое старение в термостате описывает ГОСТ 9.024 для резины, где ультрафиолета нет вовсе. Для деталей, где пластмасса и резина стоят рядом на улице, например крышка и её прокладка, протоколы двух стандартов в одну таблицу не сводят.

Протокол сравнивают по лампе, режиму и способу изготовления образцов

Пункт 2.5.4 прямо называет сопоставимыми результаты, полученные на одном типе излучателя, при одинаковом режиме и одинаковом способе изготовления образцов. Литая лопатка и лопатка, выточенная из листа, стареют по-разному: у литой есть поверхностный слой с другой ориентацией цепей, у точёной его нет. Для метода 1 к этому добавляются район, угол наклона рамы, подложка, навес или жалюзийная будка.

Перед испытанием образцы кондиционируют, и для контрольных образцов метода 1 стандарт берёт атмосферу 23/50; современные условия описывает кондиционирование по ГОСТ 12423. Если два протокола расходятся в этих строках, разница в коэффициентах может быть вызвана подготовкой, а не материалом.

Программа испытаний согласуется с заказчиком заранее

Обязательное приложение 2 перечисляет, что должно быть в программе: цель испытаний, марка и состав материала, способ изготовления образцов, контролируемые показатели и стандарты на их методы, дата начала, продолжительность и перечень климатических факторов. Программа согласуется до первого образца на стенде. Изменить её через полгода, добавив новый показатель, уже нельзя: исходных значений по нему нет.

Для детали из пластика на улице программа обычно сводится к двум вопросам. Какой показатель отражает отказ детали: трещина на защёлке, потеря цвета на видимой крышке, хрупкость ролика зимой. И какая из марок-кандидатов дольше держит этот показатель выше порога, который задаёт конструктор.

Срок службы детали на улице по протоколу не обещаем

Мы подбираем инженерные пластики для наружных деталей по паспорту марки и данным изготовителя полуфабриката, и в КП пишем, на чём основан выбор. Если у марки есть протокол по ГОСТ 9.708-83, в КП попадают метод, режим, срок и коэффициент сохранения, а не формула «стойкий к УФ». Если протокола нет, пишем «данные о светостойкости не подтверждены испытаниями» и предлагаем вариант со стабилизированной или окрашенной в массе маркой.

Ресурс детали в годах без испытаний в рабочих условиях мы не называем. Так же поступаем с полиамидом: капролон без светостабилизатора на прямом солнце желтеет и теряет ударную вязкость, и для наружной втулки это оговаривается до запуска, а не после первой зимы.

Данные для заказа наружной пластиковой детали

Для подбора материала под климат пришлите чертёж или образец, район установки или климатическое исполнение, прямое ли солнце на деталь, диапазон температур, есть ли нагрузка, удар или натяг, допустима ли смена цвета. Если требуется протокол климатического старения, укажите метод стандарта, показатель и срок: от этого зависят число образцов и стоимость испытаний, которые в КП идут отдельной строкой.