Лабораторная работа №10

Название работы: Изучение состава и свойств строительных пластмасс нового поколения. Определение теплостойкости и твердости пластмасс.

Цель работы: Научиться определять состав и свойства строительных пластмасс нового поколения, определять теплостойкость и твердость пластмасс.

Материалы и аппаратура: образцы пластмасс; прибор Мартенса; термошкаф; индикатор с ценой деления не более 1,0 мм; пресс; штангенциркуль.

Общие сведения

Пластическими массами называются композиционные материалы, в которых в качестве связующего вещества применяются полимеры – органические вещества с высокой молекулярной массой.

Кроме связующего вещества в состав пластмасс входят наполнители, пластификаторы, стабилизаторы, красители (пигменты), смазывающие вещества, катализаторы.

Полимеры являются эффективными строительными материалами и по ряду свойств превосходят традиционные материалы. К их достоинствам следует отнести малую среднюю плотность, высокий предел прочности и коэффициент конструктивного качества, низкий коэффициент теплопро­водности, высокую коррозионную стойкость, светопрозрачность.

Средняя плотность пластмасс –15...2200 кг/м³. Например, полиэфирные стеклопластики легче алюминия в 2 раза, стали -в 5 раз. Пенопласты легче пенобетона в 20-40 раз. Применение пластмасс позволяет снизить массу конструкций. Из них можно получить материалы с высокой механической прочностью. Так, стеклопластик СВАМ (стекловолокнистый анизотропный материал) имеет предел прочности при сжатии и растяжении до 450 МПа. Коэффициент конструктивного качества его со­ставляет 2,2 (для сравнения: у цементного бетона – 0,06…0,24, у стали – 0,5, у сосны - 0,7).

Коэффициент теплопроводности плотных пластмасс составляет 0,2...0,6 Вт/(м∙°С), пористых– 0,023...0,045 Вт/(м∙°С). Применение пористых пластмасс позволяет изготавливать легкие конструкции.

Высокая коррозионная стойкость пластмасс к воздействию кислот, щелочей, солей позволяет применять их в химической промышленности, для изготовления канализационных труб.

Отдельные пластмассы имеют высокую светопрозрачность. Например, светопрозрачность попиметилметакрилатных стекол составляет 83…94%.

К недостаткам пластмасс следует отнести способность к старению, низкую теплостойкость, токсичность, что ограничивает область их применения.

Процесс старения в пластмассах протекает быстрее, чем в минеральных материалах. Происходит потеря прочности, эластичности, повышение хрупкости. Замедляют эти процессы введением стабилизаторов.

Теплостойкость пластмасс составляет в основном 80... 160 °С. Кремнийогранические смолы сохраняют свойства при температуре от –100 до +300 °С. Если химические процессы при изготовлении полимеров не завершены, пластмассы могут быть токсичными. Применение их необходимо согласовывать с санитарным надзором.

Определение теплостойкости пластмасс

Теплостойкость пластмасс определяют по методу Мартенса, основанному на установлении температуры, при которой деформация образца под действием изгибающей нагрузки, равной 5 МПа, имеет определенное значение.

Выполнение работы. Изготавливают не менее трех образцов в форме бруска прямоугольного сечения длиной 12 мм, шириной 15 и толщиной 10 мм. Поверхность образцов должна быть ровной и гладкой, без деформаций.

Прибор Мартенса (рис. 32) состоит из металлической плиты, на которой смонтировано зажимное устройство. В зажиме закрепляется образец путем передвижения планок винтом. Верхние зажимы жестко соединены со стержнем, на котором винтом закрепляют подвижный груз. Положение и массу груза подбирают таким образом, чтобы в образце толщиной 10 мм и шириной 15 мм возникло напряжение, равное 5 МПа. На расстоянии 240 мм от оси образца находится площадка, на которую опирается стержень с указателем деформации. Прибор устанавливают в термостат. Температуру в термостате измеряют термометром. Термостат должен иметь регулирующее устройство, позволяющее повышать температуру со скоростью 50 °С/ч.

Теплостойкость пластмасс определяют следующим образом. Испытуемый образец закрепляют в нижнем зажиме, а на свободный конец образца надевают верхний зажим со стержнем и грузом. При этом следят за тем, чтобы образец был установлен строго вертикально, а стержни – горизонтально. Затем размещают подвижный груз на расстоянии от оси образца так, чтобы изгибающий момент вызвал в образце напряжение 5 МПа. Изгибающий момент (М_и, Н∙м) определяют по формуле

где Р;P₁, Р₂ – нагрузка от веса стержня соответственно без груза, груза с винтом и груза с указателем деформации, Н; l,l₁, l₂ – расстояние соответственно от оси образца до центра тяжести стержня (без верхнего зажима), от оси образца до центра тяжести груза и от оси образца до точки опоры указателя, м; b – ширина образца м; h – толщина образца, м.

Прибор устанавливают в термостат и выдерживают в нем 5 мин при температуре 25 °С. Стрелку указателя деформации (прогиба) устанавливают на нуль. Затем подают ток, при этом температура должна повышаться равномерно со скоростью 50 °С/ч. Шарик термометра, которым измеряют температуру в термостате, должен находиться на уровне центра образца и на расстоянии не более 25 мм от него.

При соответствующей температуре пластмассовый образец деформируется под нагрузкой, что приводит к опусканию стержня с указателем деформации. Как только указатель опустится по шкале на 6 мм, отмечают температуру, которая определяет теплостойкость материала по Мартенсу. За оконча­тельный результат принимают среднее арифметическое теплостойкости трех образцов. Делают выводы.