Контрольные вопросы

1. Что такое композиционные полимерные материалы?

2. Что такое стеклопластики?

3. Что служит в качестве наполнителя в стеклопластиках?

4. Как влияет характер наполнителя на свойства стеклоплас- тиков?

5. Какой вид имеет диаграмма растяжения стеклопластиков?

6. Как влияет характер нагружения на прочность стеклоплас- тиков?

7. Какое влияние оказывают вода и агрессивные среды на прочность стеклопластиков?

8. Как влияют атмосферные условия на прочность стеклопластиков?

9. Как влияют конструкционные факторы на прочность стеклопластиков?

10. Что представляет собой круговая диаграмма прочности композиционного материала?

Лабораторная работа 10

Сравнительная оценка прочностных показателей различных плёночных упаковочных материалов

Цель работы: Провести оценку и сравнительный анализ прочностных показателей различных плёночных упаковочных материалов.

Приборы и принадлежности: разрывная машина, нож вырубной, толщиномер, штангенциркуль.

Предварительная подготовка:

1. Ознакомится с видами полимерных плёночных материалов – моноплёнки, многослойные плёнки, комбинированные и термопластичные плёночные материалы [1, с. 110 – 157, 167 – 170, 177 – 214].

2. Изучить вопросы адгезионного взаимодействия при получении многослойных и комбинированных плёночных материалов. Методы оценки адгезионной прочности материалов, методы оценки коэффициента комбинированного уплотнения многослойных материалов [1, с. 60 – 65].

Методические показания

Полимерные плёночные материалы получили широкое применение при изготовлении тары и упаковки, позволяя совершенствовать и автоматизировать технологические процессы, увеличивать сроки хранения продуктов и сокращать их потери.

Плёночные материалы, используемые для изготовления тары и упаковки разделяются на:

• моноплёнки, изготовленные из одного вида полимерного материала;

• многослойные, изготовленные из нескольких слоёв различных полимерных материалов;

• комбинированные, представляющие собой соединения полимерных плёнок с неполимерными материалами (бумагой, тонким картоном, тканью, металлической фольгой и т.д.).

Сочетание плёнок друг с другом или с другими материалами является одним из способов их модификации и представляет большие возможности для получения плёночных материалов с заранее заданными свойствами.

Выбор исходных компонентов определяется назначением плёночного материала и подчиняется требованиям, предъявляемым условиями хранения и сохранности упаковываемых продуктов.

Требования к упаковочному плёночному материалу могут включать сочетание защитных (газо-, влаго- и жиронепронецаемость), механических (прочность, жёсткость, эластичность) и специфических свойств (способность к сварке, термоформованию, возможности нанесения печати или использования на упаковочных автоматах).

Сочетание полимерных плёнок с другими материалами осуществляется либо нанесением полимерной композиции, находящейся в жидком состоянии, на твёрдые поверхности полимерных и неполимерных материалов, либо склеиванием (соединение полимерных плёнок друг с другом или с металлической фольгой), либо сваркой (соэкструзия).

По данным для индивидуальных плёнок можно составит подходящую комбинацию, но необходимо учитывать, что свойства комбинированного материала не аддитивны свойствам входящих в него составляющих. Газо- и паропроницаемость комбинированного материала определяется свойствами наиболее проницаемого слоя. Механические свойства комбинированных материалов могут как улучшаться, так и ухудшаться по сравнению с индивидуальными плёнками той же толщины. Основную роль здесь играют соотношения прочности и деформируемости отдельных слоёв и адгезия между ними.

Комплекс основных свойств, которые необходимо учитывать для рационального использования плёночных упаковочных материалов, включает:

• физико-механические свойства, главным образом прочность и деформируемость плёнок при механических воздействиях;

• физико-химические свойства, связанные с реакцией материала на контакт с внешней средой (химическая стойкость, горючесть, старение и проницаемость);

• физические свойства (оптические, теплофизческие, электрические);

• санитарно-гигиенические свойства (физиологическая безвредность).

Одной из основных характеристик материала является его прочность, т.е. способность противостоять разрушению под действием механических или других внешних сил.

В качестве характеристик прочности при большинстве механических испытаний используют показатель, носящий стандартное название разрушающего напряжения или предела прочности при растяжении σ_р; другим важным показателем является максимальная относительная деформация материала в момент разрушения ε_р.

Испытания полимерных плёнок на растяжение проводят по ГОСТ 14236 «Плёнки полимерные. Метод испытания на растяжение.» на разрывных машинах.

На разрывных машинах может также проводится испытание по определению сопротивления раздиру. Это испытание производят применяя образцы плёнки особой формы (рис. 10.1) при скорости растяжения 250 мм/мин.

а) б)

Рис. 10.1. Форма и размеры образцов (а) для испытания на раздир (б)

Особенностью этих испытаний является то, что участок максимальной концентрации напряжения задаётся нанесением надреза на образце плёнки. При этом деформация в «крыльях» образца мала и критерием прочности при раздире служит энергия, необходимая для образования единицы площади новой поверхности. Её величину W находят по формуле:

, (1)

где P – нагрузка при установившемся процессе раздирания; δ – толщина плёнки; l – длина пути, на котором совершается раздирание.

Прочность комбинированных материалов, образованных двумя плёнками А и В через слой связующего С типа системы А–С–А или А–С–В, в значительной степени определяется адгезионной прочностью соединения. Коэффициент комбинационного упрочнения комбинированного или многослойного плёночного материала рассчитывают по соотношению:

, (2)

где σ_р и σ_р, о – соответственно разрушающие напряжения комбинированного или многослойного материала и индивидуальной плёнки.

При равных значениях прочности индивидуальных плёнок высокая адгезия связующего к плёнкам приводит к упрочнению комбинированного материала, а низкая – к уменьшению его прочности.

В тех случаях, когда комбинированный или многослойной плёночный упаковочный материал состоит из любого числа разных по физико-механическим свойствам плёнок, коэффициент комбинированного упрочнения рассчитывается по соотношению:

, (3)

где σ_р – разрушающее напряжение при растяжении комбинированного материала; – теоретическое среднее разрушающее напряжение при растяжении, которое рассчитывается по соотношению:

, (4)

где S – общая толщина комбинированного или многослойного материала; S₁, S₂, …, S_n – толщина индивидуальных составляющих плёнок.

Значение характеризующий то среднее напряжение при растяжении, которое вызывало бы разрушение материала, если бы плёнки разрушались одновременно.

Отражая сложный комплекс явлений на границе адгезив-субстрат коэффициент комбинационного или многослойных плёночных упаковочных материалов и влияния на их качество технологических режимов производства [1].