Температурные испытания материалов и оборудования: нагрев и холод по ГОСТ

Температурные испытания показывают, как материал или изделие ведёт себя при нагреве, охлаждении и резкой смене температуры. Под действием тепла полимеры размягчаются и плавятся, металлы расширяются, покрытия растрескиваются; на морозе материалы становятся хрупкими и теряют упругость. Эти изменения нужно выявить до того, как продукция попадёт в эксплуатацию.

Проверяют и стойкость к высокой температуре (нагрев, предельные режимы), и к низкой (холод), и к температурным циклам. По результатам выдают протокол, на котором строятся сертификация, контроль качества и техническая документация. Температурные испытания входят и в общий комплекс климатических испытаний.

«Сертификат РБ» проводит температурные испытания материалов и оборудования в собственной аккредитованной лаборатории. Берём полимеры, резину, лакокрасочные покрытия, кабельную изоляцию, металл и готовые изделия, подбираем режим под условия эксплуатации и доводим до протокола по ГОСТ. Без посредников, по всей России.

Что проверяют температурные испытания

Испытание определяет, сохраняет ли материал форму, структуру и прочность в заданном диапазоне температур. Под проверку попадают:

• термопластичные и термореактивные полимеры — границы плавления, потеря формы, нестабильность размеров;
• кабельная изоляция и оболочки — размягчение или растрескивание при нагреве и на морозе;
• лакокрасочные и защитные покрытия — отслоения, трещины, потеря адгезии;
• резина, герметики и уплотнения — усадка, потеря упругости, охрупчивание на холоде;
• металл и сплавы — расширение и изменение прочностных характеристик;
• готовые изделия, приборы и оборудование — работоспособность во всём рабочем диапазоне температур.

Виды температурных испытаний

• Повышенная температура (сухое тепло) — стойкость к нагреву и предельным режимам; для отдельных материалов проверка доходит до +1000 °C.
• Пониженная температура (холод) — поведение на морозе: охрупчивание, потеря эластичности, изменение размеров.
• Смена температуры — попеременный нагрев и охлаждение, выявляет усталость материала от перепадов. Подробно разобрано на отдельной странице: термоциклирование и испытания на термоудар.
• Нормальные условия — фиксация исходных характеристик при +25 °C, чтобы сравнить состояние образца «до» и «после» воздействия.

Проверять важно оба полюса диапазона. Испытание на воздействие повышенной температуры вскрывает размягчение, деформацию и термораспад, испытание пониженной температурой — охрупчивание и растрескивание; на стыке режимов, при термоциклировании, появляются усталостные трещины, которых не видно при постоянной температуре. Поэтому программу составляют под реальные условия эксплуатации изделия, а не ограничиваются одним нагревом.

Методы испытаний

Для проверки температурной устойчивости применяют:

• выдержку в термокамерах и печах с контролируемым нагревом или охлаждением;
• термогравиметрию (TGA) — изменение массы материала при нагреве;
• дифференциальную сканирующую калориметрию (DSC) — фазовые переходы и точки размягчения;
• термомеханический и динамический анализ (TMA, DMA) — расширение, стеклование, поведение под нагрузкой;
• испытания на прочность при нагреве — предел прочности, упругость и деформацию при повышенных температурах.

Температурные камеры

Испытания проводят в термокамерах (температурных камерах), где нагрев и охлаждение задают по программе и удерживают с высокой точностью. Камеры закрывают диапазон от глубокого минуса до высоких температур, а для термоциклирования обеспечивают быстрый переход между режимами. Внутри камеры температура окружающей среды не зависит от условий в помещении — это и позволяет воспроизвести режим повторяемо. Объём рабочей зоны подбирают под размер образца — от мелких приборов и образцов покрытий до узлов оборудования. Камеры проходят поверку, режимы держатся точно — результаты такого испытания принимают при сертификации.

ГОСТ и нормативная база

• ГОСТ 15150-69 — климатическое исполнение и категории размещения; задаёт рабочие диапазоны температур (подробнее — климатическое исполнение).
• ГОСТ Р МЭК 60068-2-2-2009 (Испытание B) — сухое тепло, испытание на воздействие повышенной температуры.
• ГОСТ Р МЭК 60068-2-1-2009 (Испытание A) — холод, испытание на воздействие пониженной температуры.
• ГОСТ Р МЭК 60068-2-14-2009 (Испытание N) — смена температуры, термоциклирование.
• ГОСТ 30630.2.1-2013 — методы испытаний на устойчивость к воздействию температуры.

Конкретный стандарт и режим подбирают под вид продукции и условия её эксплуатации.

Порядок проведения испытаний

Работа лаборатории идёт по согласованной программе:

1. Идентификация продукции и условий эксплуатации — определяем климатическое исполнение, диапазон температур и перечень режимов.
2. Подготовка образцов — фиксируем исходные характеристики при нормальных условиях: комнатная температура, температура окружающей среды и влажность в помещении записываются в протокол.
3. Выдержка в термокамере — образец нагревают или охлаждают по заданному алгоритму и держат положенное время для равномерного прогрева или промерзания всего объёма.
4. Контроль и измерения — фиксируют изменения массы, геометрии, структуры и работоспособности изделия.
5. Оформление протокола — результаты с выводом о соответствии нормативу.

Оценка результатов

По итогам испытаний фиксируют:

• размерные и объёмные отклонения — степень деформации под действием тепла или холода;
• состояние поверхности — микротрещины и термические дефекты;
• потерю массы — испарение летучих компонентов или начало термораспада;
• плавление, размягчение и стеклование (по данным DSC и TMA);
• прочностные характеристики до и после температурной нагрузки.

Все данные заносят в протокол испытаний с выводом о соответствии нормативу.

Пример протокола испытаний

Образец протокола испытаний

Смотреть весь документ (PDF)

Где применяют результаты

• сертификация и декларирование — протокол служит доказательной базой;
• контроль производственной стабильности и отбраковка партии;
• разработка технической документации и технических условий;
• подтверждение требований ТР ТС и стандартов ISO при экспорте.

Если нужна прочность при температуре — растяжение, ударная вязкость, изгиб, — это область механических испытаний, которые проводят при заданной температуре. По итогам температурной проверки при необходимости оформляем климатический сертификат.

Кому нужны температурные испытания

Проверка востребована там, где продукция работает в широком диапазоне температур:

• электроника и электротехника — платы, блоки питания, датчики, измерительные приборы;
• кабельно-проводниковая продукция — изоляция и оболочки для наружной и северной прокладки;
• производители полимеров, резины и композитов;
• лакокрасочные и защитные покрытия;
• строительные материалы и конструкции;
• оборудование для северных и южных регионов, где климатическое исполнение нормируется жёстко.

Для экспортных поставок температурные испытания часто включают в общую программу подтверждения соответствия — вместе с механическими и климатическими, чтобы закрыть требования сразу по нескольким факторам.

FAQ

Что показывают температурные испытания?

Поведение материала или изделия при нагреве, охлаждении и смене температуры: деформацию, растрескивание, плавление, охрупчивание, потерю прочности и работоспособности.

Проверяете и на нагрев, и на холод?

Да, весь диапазон — высокие и низкие температуры, а также термоциклирование. Резкий мгновенный перепад выделяют в отдельный метод — термоудар.

По каким ГОСТ проводят температурные испытания?

ГОСТ 15150-69 (исполнение и диапазоны), ГОСТ Р МЭК 60068-2-2 (тепло), 60068-2-1 (холод), 60068-2-14 (смена температуры) и ГОСТ 30630.2.1-2013. Стандарт выбирают под продукцию и проверяемый режим.

При какой температуре проводят испытания?

По программе. Исходные характеристики снимают в нормальных условиях — при комнатной температуре около +25 °C, это точка отсчёта. Дальше задают рабочие и предельные температуры по климатическому исполнению изделия, а для отдельных материалов проверка доходит до +1000 °C. Если испытание проводят при комнатной температуре, её фактическое значение всё равно фиксируют в протоколе: без этого результат не с чем сравнивать.

Чем температурные испытания отличаются от климатических?

Температурные — частный случай климатических испытаний: проверяют только воздействие тепла и холода. Климатические шире и включают также влажность, соляной туман, давление, ультрафиолет и другие факторы.

Сколько длятся температурные испытания?

Зависит от программы и режима: выдержку и термоциклы подбирают под продукцию — от нескольких часов до нескольких суток. Точный срок согласуем после составления программы.

Сколько стоят температурные испытания?

Цена зависит от программы, числа режимов и методик. Смету считаем бесплатно и фиксируем в договоре до начала работ.