Испытания на сжатие

Технические измерения для получения данных о механических характеристиках электроизоляционных материалов осуществляются не только при растяжении, но и при других видах нагрузки и деформации, например, при сжатии.

В этом случае определяется предел прочности материала при сжатии σ_с.. Материал разрушается плавно возрастающим сжимающим усилием:

σ_с = , [Па].

Напряжение при испытаниях на сжатие определяется как отношение нагрузки к исходному поперечному сечению образца; только в некоторых случаях в ходе испытаний измеряется поперечное сечение образца и напряжение может быть рассчитано применительно к нему.

Для испытаний на сжатие используются как универсальные машины, которые уже упоминались, так и специальные прессы.

Для испытаний пластмасс на сжатие обычно применяют стандартные образцы в виде параллелепипеда с квадратным основанием размером 10х10 мм и высотой 15 или 30 мм, а также в форме цилиндра диаметром 10 мм и высотой 15 мм или диаметром 12 мм и высотой 30 мм.

Керамические образцы изготавливают в виде цилиндров диаметром 20 мм и высотой 20 мм.

Следует помнить, что в отличии, например, от металлов, у которых значения σ_р и σ_с примерно одного порядка, у некоторых электроизоляционных материалов (стекло, керамика) предел прочности при сжатии значительно больше, чем при растяжении. Поэтому в ряде случаев при испытании на сжатие может потребоваться более мощная машина, чем при испытании того же материала на разрыв.

Измерение прочности материалов при изгибе

Прочность материалов при изгибе зависит от того, с какой скоростью нарастает нагрузка. Поэтому определяют предел прочности, как при статическом, так и при динамическом (ударном) изгибе.

Схема нагружения образца при испытании на статический изгиб приведена на рисунке. Образец, лежащий на двух опорах, нагружается посредине с помощью одного изгибающего наконечника.

Эпюра моментов в этом случае имеет вид треугольника:

Предел прочности при изгибе:

, где W – момент сопротивления бруска.

= .

Здесь b - ширина испытуемого образца; h – его высота, L – длина бруска между опорами (расстояние между опорами).

Размерность

Стандартные размеры образца составляют: L≥80 мм, b = 10 мм, h = 4 мм; скорость движения нагружающего наконечника устанавливается равной 2 ± 0,5 мм/мин.

Испытания на изгиб проводят на универсальных испытательных машинах или специальных приборах – изгибомерах – с погрешностью усилия 1% и прогиба 2%.

Достоинства метода заключаются в том, что испытания на изгиб позволяют определять прочностные характеристики тех промышленных пластмасс, которые трудно испытывать на растяжение или сжатие. Например, фено- и аминопласты, многие слоистые пластики и другие, которые трудно закрепить в зажимах и которые крошатся на опорах при испытании на сжатие. Кроме того, метод чрезвычайно прост.

Определение предела прочности при динамическом изгибе (ударной вязкости материалов) «а» проводится в соответствие с ГОСТ 4647-80 для пластмасс.

Сущность метода заключается в испытании, при котором образец, лежащий на двух опорах, разрушается при ударе маятника, причем линия удара находится посредине между опорами.

Для испытаний применяют образцы разного типа. Стандартный образец имеет вид бруска:

Длина L = 50, 80 и 120 мм;

Ширина b = 6, 10 и 15 мм;

Высота s = 4, 4 и 10 мм

с надрезом или без надреза.

Тип образца и надреза предусматривается в нормативно-технической документации на материал; если такое указание отсутствует, рекомендуется использовать образец и надрез, как показано на рисунке.

Для испытаний образцов используют маятниковый копер, обеспечивающий измерение энергии удара, затраченной на разрушение образца и определяемой, как разность между первоначальным запасом потенциальной энергии маятника и энергией, оставшейся у маятника после разрушения испытуемого образца.

Маятник имеет боек в виде клина с углом при вершине 30º и радиусом закругления r = 2 мм.

Ударная вязкость образцов без надреза

[кДж/м²].

А_n – энергия удара, затраченная на разрушение образца.

Ударная вязкость образцов с надрезом

[кДж/м²].

Значение А определяется:

А = Р (h₁ – h₂), где Р – вес маятника.

Кроме копров Шарпи, о которых было сказано выше, для испытаний пластмасс толщиной 1,5 – 4,5 мм используются маятниковые приборы типа Динстат. Принцип их действия такой же, но приборы имеют набор сменных грузов и шкал для получения разных запасов энергии. Помимо этого прибор позволяет применение небольших по размерам образцов.

Прочность пластмасс при ударе является одним из важнейших свойств пластмасс. Показатель ударной прочности часто используется в качестве параметра, по которому классифицируют пластмассы. Например, в нормалях фирмы «ФИАТ» (Италия) на пластмассы, применяемые в автомобилестроении, содержится всего 2 базовых классификационных показателя. Первым из них является прочность при ударе, а вторым – теплостойкость.

Иногда после определения а_n и а_k вычисляют k_z= а_k/а_n – относительную ударную вязкость.