Экспериментальная часть

Лабораторная работа № 1

Термомеханический анализ полимерных материалов

Цель работы: практическое знакомство с физическими и фазовыми со­стояниями различных полимерных материалов; изучение термомеханических свойств и определение температурных переходов полимеров из одного физиче­ского состояния в другое; оценка температурной области работоспособности полимерных материалов.

Описание лабораторной установки

Схема установки для снятия термомеханических кривых полимерных ма­териалов при постоянном нагружении представлена на рис. 18.

Основными элементами термомеханической установки являются: рабочие органы, нагревательное устройство и рабочая часть.

Рабочие органы установки: пуансон / и чашечка 2, заполненная образ­цом 3 исследуемого полимерного материала. Для создания механического усилия на образец 3 используется груз 4, который накладывается на пуансон l, что вызывает деформацию исследуемого материала. Вертикальное изменение положения пуансона вследствие деформации образца регистрируется индика­тором 5, нижний конец которого упирается в верхнюю часть пуансона. Рабочие органы установки помещены внутри электронагревателя 6. Для обеспечения линейного нагрева исследуемого материала на электронагреватель подается непрерывно возрастающее напряжение автотрансформатора 7, подвижный контакт которого медленно перемещают с помощью электродвигателя 5. Тем­пература измеряется с помощью термопары и регистрируется электронным потенциометром 9.

Методика выполнения работы

Испытания проводят в следующем порядке.

Образец исследуемого материала в виде таблетки диаметром 410"³м и высотой 21О'"'м вставляют в чашечку и сверху спускают электронагреватель. Скорость нагрева постоянна на всем протяжении эксперимена (2-5 град./мин). В верхнее отверстие электронагревателя вставляют пуансон, который служит для передачи давления от груза на образец и регистрации деформации, чтобы в наибольшей мере выявить особенности термомеханических свойств полиме­ра. Для термопластичных полимеров величина оптимальной нагрузки состав­ляет 0,2-0,3 кг, а для термореактивных полимеров - 0,5-0,6 кг, что при выбран­ном сечении пуансона обеспечивает давление на образец от 0,6 до 2,0 МПа. После того, как установка собрана и готова к испытаниям, с помощью лабораторного автотрансформатора подают напряжение на электродвигатель. За напряжением следят по вольтметру. Запись величины деформации проводят через каждые пять градусов.

Оформление отчета

1. В отчете по лабораторной работе о полученных экспериментальных данных вычерчивается график изменения деформации материала в зависимо­сти от температуры при постоянной нагрузке, проводится анализ построенной кривой и определяется, к какой группе полимеров относится исследуемый ма­териал (аморфный, кристаллический, термореактивный).

2. Определяют температуру стеклования, как точку пересечения каса­тельной к восходящей части кривой в области размягчения с осью температур. Дается определение температуры стеклования и объясняется физический смысл.

3. Определяют температуру текучести как точку пересечения касатель­ных к пологой и восходящей ветвям кривой в области перехода из высокоэла­стического в вязкотекучее состояние. Дается определение температуры текуче­сти и объясняется физический смысл.

4. Дается описание всех физических состояний полимерного материала, обнаруженных на термомеханической кривой, и объясняются процессы, про­исходящие при переходе материала из одного состояния в другое.

При выполнении и сдаче лабораторной работы необходимо знать сле­дующие разделы программы:

- Кристаллическое и аморфное состояние полимеров. Физическое со­стояние полимерных материалов (стеклообразное, высокоэластическое и вяз­котекучее). Взаимоотношение между физическими и фазовыми состояниями. Характеристики состояний полимеров.

- Термомеханические кривые линейных аморфных, кристаллических и сетчатых полимеров. Температура стеклования и температура текучести. Влияние различных факторов на температуры переходов. Практическое значе­ние термомеханического метода.

Лабораторная работа №2

Определение механических свойств полимеров

Цель работы: изучить особенности механических свойств пластмасс, свя­занные с их структурой, ознакомиться с методами определения важнейших прочностных и деформационных свойств пластмасс и выявить закономерности изменения механических свойств от вида связующего, наполнителя и его ори­ентации, определить удельные прочность и жесткость испытанных материалов и дать сравнительную характеристику с другими конструкционными материа­лами.

Методика выполнения работы

1. Испытание пластиков на растяжение

Для испытания на растяжение образцы из органического стекла, тексто­лита, гетинакса и стеклопластика берутся в виде двухсторонней лопатки, тол­щина которой равна толщине листа испытуемого материала. После замеров по­перечного сечения и длины рабочего участка испытуемого образца он закреп­ляется в зажимах разрывной машины и растягивается с постоянно возрастаю­щей силой Р. Одновременно следят за деформацией образца до его разруше­ния.

Предел прочности при растяжении определяется по формуле

где Р - наибольшая нагрузка, при которой произошел разрыв образца, Н; S- площадь поперечного сечения образца до испытания, м~.

Величину относительного удлинения образца при разрыве берут в про­центах к первоначальной длине

где ε - удлинение образца, %; Δl - приращение длины, м; l₀- первоначальная длина, м.

Удельное качество материала определяется по формуле:

где σ_в - предел прочности при растяжении, Па; р - плотность, Мг/м' .

Физическим эквивалентом удельного качества является предельная (разрывная) длина свободно подвешенного материала постоянного произволь­ного сечения, при достижении которой он разрушается под действием собст­венного веса.

Результаты испытаний занести в табл. 3.

Т а б л и ц а 3

	Название пластика	l0,м	Δl,м	ε,%	S2,м	Рmax,H	σВ, Па	р, Мг/м3	К	Приме­чание

2. Испытание на ударный изгиб (определение удельной ударной вязкости)

Удельная ударная вязкость определяется работой удара, необходимой для разрушения стандартного образца, свободно лежащего на двух опорах, при испытании его на изгиб ударной нагрузкой. Испытания проводятся на маятни­ковом копре.

Образцы для испытания из органического стекла, гетинакса, текстолита и стеклопластика должны иметь форму бруска размером 10x15x120 мм. Образец устанавливается на двух опорах копра так, чтобы удар пришелся по его широ­кой стороне. Маятник поднимается до верхнего исходного положения, в кото­ром он фиксируется соответствующей защелкой; в данном положении запас потенциальной энергии маятника равен А₁.Стрелка устанавливается в началь­ное (нулевое) положение. Маятник освобождается и, свободно падая, ударяет по образцу, разрушая его, на это расходуется часть энергии. Оставшаяся энер­гия поднимает маятник на некоторую высоту h и эта работа равна А₂ =gh, Нм.

Работа, затраченная на разрушение образца, определяется по формуле:

Работу А, поглощенную образцом при его изломе, определяют непосред­ственно по шкале прибора, имеющей деления в кг·м.

Удельная ударная вязкость а вычисляется по формуле

где А - работа, поглощенная образцом при его изломе, Нм; Р₍₎- площадь попе­речного сечения образца, м².

Результаты испытаний занести в табл.4.

Таблица 4

№ п/п	Название пластика	Размеры образца, м		Ударная вязкость,	Приме­чание
		высота	ширина	А, кг м	а, Дж/м2