How to Test UHMWPE Wear Resistance: Methods, Standards and Industrial Applications

Полиэтилен сверхвысокой молекулярной массы (СВМПЭ) обычно используется для промышленных деталей, которые подвергаются трению, истиранию и повторяющемуся скользящему контакту. Но твердости и прочности на разрыв недостаточно, чтобы дать хорошую оценку его износостойкости.

Материал может быть превосходным при сухом скольжении, но вести себя по-другому, если присутствуют абразивные частицы, вода, шероховатые поверхности или постоянная механическая нагрузка.

Испытание на износ дает инженерам, производителям и покупателям материалов более практичный способ сравнения материалов, оценки условий эксплуатации и потенциальных рисков отказа еще до начала производства.

В этой статье описаны основные методы испытаний на износ СВМПЭ, соответствующие стандарты и ключевые параметры для интерпретации результатов испытаний.

Лист AHD UHMWPE, также называемый листом UPE.

Распространенные методы испытаний на износ из СВМПЭ

Различные испытания на износ моделируют различные условия контакта. Правильная техника зависит от того, как будет использоваться компонент СВМПЭ.

Испытание абразивных кругов

Испытание абразивных кругов определяет количество материала, удаленного в результате многократного контакта с вращающимися абразивными кругами.

При типичном испытании образец прижимается к одному или двум вращающимся абразивным кругам под заданной нагрузкой. При вращении колес образец неоднократно протирается.

Общими параметрами оценки являются:

Потеря массы после определенного количества циклов

Объем износа

Изменения внешнего вида поверхности

Износостойкость при определенных условиях испытаний

Этот метод полезен при сравнении стойкости к истиранию пластиковых материалов в контролируемых условиях. Однако результаты не воспроизводятся напрямую для всех условий промышленного износа, особенно для применений, связанных с наличием сыпучих частиц, ударов или непрерывной смазки.

Тестирование контакта на диске

Испытания штифт-диск широко используются для изучения трения и износа скольжения.

Образец полимера, обычно стержень или небольшой кусочек, контактирует с вращающимся диском или контртелом под контролируемой нагрузкой, перпендикулярной поверхности. Испытательный стенд позволяет измерять силу трения при скольжении образца.

Важными переменными теста являются:

Нормальная нагрузка

Скорость скольжения

Расстояние скольжения

Материал и шероховатость встречной поверхности

Условия температуры и смазки

Этот подход особенно полезен при изучении адгезионного износа, поведения трения и влияния состояния встречной поверхности.

Например, исследователи могут сравнить СВМПЭ с различными материалами контрлиц или отделкой поверхности, чтобы понять влияние условий контакта на износ.

Испытание на износ при возвратно-поступательном скольжении

Испытания возвратно-поступательного движения имитируют многократное скольжение вперед и назад вместо непрерывного вращения.

Образец перемещается определенным ходом по неподвижной или движущейся контртелу. Испытание воспроизводит повторяющиеся изменения направления, которые происходят в направляющих скольжения, механических опорах и движущихся промышленных компонентах.

Типичными параметрами испытаний являются нормальная нагрузка, скорость скольжения, длина хода, количество циклов и шероховатость контртела.

Этот метод полезен, когда реальная часть работает посредством повторяющегося линейного движения. Также это может помочь выявить деформацию поверхности, канавки и перенос материала после испытания.

Испытание на абразивное истирание

При испытаниях на абразивное истирание образец подвергается воздействию смеси жидкости и абразивных частиц при относительном движении между образцом и раствором.

Тест может воспроизводить условия присутствия песка, минеральных частиц или других взвешенных твердых веществ.

Соответствующие переменные:

Размер и твердость абразивных частиц

Концентрация частиц

Жидкий состав

Условия потока или перемешивания

Контактное давление и относительная скорость

Испытание шлама особенно актуально для оценки использования СВМПЭ в приложениях, связанных с влажными абразивными материалами. Результаты очень чувствительны к условиям испытания и не могут быть напрямую сопоставлены с результатами сухого абразивного круга.

Соответствующие стандарты испытаний на износ из СВМПЭ

ISO 9352:2012 – Испытание абразивных кругов для пластмасс

ISO 9352:2012 «Пластмассы. Определение стойкости к износу абразивными кругами» является соответствующим международным стандартом для оценки стойкости пластмасс к абразивному износу.

Указан общий метод определения пластического износа под действием абразивных кругов. В его объем входят формованные испытательные образцы, компоненты и готовая продукция.

Стандарт также признает, что конкретные условия испытаний и методы выражения результатов могут различаться в зависимости от оцениваемого материала или продукта.

ISO перечисляет издание 2012 года как проверенное и подтвержденное в 2022 году, то есть оно остается текущим опубликованным изданием.

Для сравнения листов СВМПЭ ISO 9352 может обеспечить стандартизированную основу для испытаний абразивных кругов. Однако точная подготовка образцов, условия испытаний и требования к отчетности должны быть согласованы до начала испытаний.

ASTM D4060-25 – Стандартный метод испытаний органических покрытий

ASTM D4060-25, Стандартный метод испытания стойкости к истиранию органических покрытий с помощью абразива Табера.

Он также использует абразив Табера, но его область применения конкретно касается стойкости к истиранию органических покрытий, наносимых на жесткие поверхности, такие как металлические панели.

Его не следует рассматривать как отдельный стандарт испытаний на износ листов из СВМПЭ.

Это важно, поскольку покрытие и лист твердого конструкционного пластика имеют разную структуру и требуют разных испытаний. Метод испытаний, подходящий для одной категории материалов, не может автоматически подходить для другой категории.

Метод испытаний, используемый для оценки листа из СВМПЭ, должен соответствовать форме оцениваемого материала и механизму износа.

Black UHMWPE Sheet Sliding Wear Pad Material

Поверхность листа полиэтилена AHD UHMW

Согласование испытаний на износ с промышленными применениями

Наиболее полезным испытанием на износ является то, которое лучше всего отражает реальную рабочую среду.

Применение СВМПЭ	Основная проблема износа	Соответствующий подход к тестированию
Износостойкие ленты и направляющие конвейера	Повторяющееся скольжение и трение	Тестирование возвратно-поступательного движения или штифта на диске
Вкладыши желоба и бункера	Истирание сыпучих материалов	Абразивный круг или подходящее испытание на шлам/абразию
Скользящие подушки и механические направляющие	Постоянный или повторяющийся контакт	Тестирование штифта на диске или возвратно-поступательное движение
Компоненты для обработки мокрых материалов	Истирание частицами жидкости	Испытание на абразивное истирание
Общее сравнение износа пластика	Контролируемые потери абразивного материала	Метод абразивного круга ISO 9352

Это предлагаемые подходы к тестированию, а не обязательный стандарт для требований приложения. При выборе фактического испытания следует учитывать геометрию контакта, абразивную среду, нагрузку, скорость и рабочую среду.

Повторяющийся скользящий контакт направляющей конвейера может потребовать другого метода оценки, чем футеровка желоба, подверженная воздействию минеральных частиц.

Black UHMWPE Sheet High Density Polyethylene Sheet

Что должно быть включено в отчет об испытаниях на износ из СВМПЭ?

Величина износа недостаточна для использования в инженерных решениях и для сравнения материалов. Отчет об испытаниях должен содержать не только окончательное значение износа.

Ключевая информация:

Идентификация материала: марка СВМПЭ, размер образца и состояние.

Метод испытания. Оборудование и применимый стандарт, если таковой имеется.

Условия контакта: нормальная нагрузка, скорость скольжения, расстояние скольжения и геометрия контакта.

Свойства встречной поверхности: материал, шероховатость поверхности и абразивные свойства.

Условия проведения испытаний: температура, влажность и условия смазки.

Результаты измерений: потеря массы, объем износа, удельная скорость износа и коэффициент трения, если применимо.

Наблюдения за поверхностью: Царапины, канавки, перенос материала, деформация или расслоение.

Без этих подробностей значение износа не имеет большого значения, поскольку результат может значительно варьироваться в зависимости от условий испытания.

Заключение

Износостойкость СВМПЭ должна оцениваться посредством процедур испытаний, имитирующих реальные условия контакта и использования.

Испытания абразивных кругов, испытания штифтом на диске, возвратно-поступательное скольжение и абразивное истирание дают различную информацию о поведении материала. ISO 9352:2012 описывает подходящий метод абразивного круга для пластмасс, а ASTM D4060-25 предназначен специально для органических покрытий.

Речь идет не только о нахождении минимального значения износа, но и о понимании того, как это было достигнуто и являются ли условия испытаний репрезентативными для предполагаемого применения для инженеров и производителей.

Правильно разработанная оценка износа может помочь в более надежном сравнении материалов и принятии более эффективных решений при выборе СВМПЭ для промышленных применений, связанных с скольжением и абразивным износом.

Связанное чтение: Износостойкость СВМПЭ: механизмы износа и экспериментальные исследования.

Как проверить износостойкость СВМПЭ: методы, стандарты и промышленное применение