Отчёт по лабораторной работе Ползучесть

2

1. Введение

Ползучестью называют процесс увеличения деформации ε материала во

времени t под действием постоянного истинного напряжения σ. Процесс ползучести может осуществляться под действием напряжения, растяжения, сжатия, сдвига, а также в сложнонапряженных состояниях, включающих совместные действия указанных простых видов нагружения.

При нагружении линейного полимера общая величина деформации является суммой упругой, высокоэластической (обратимой) и пластической (необратимой) составляющих:

ε=εупр+εв.э.+εпл.

Строго говоря, ползучесть есть развитие во времени обратимых деформаций,

однако часто разделения ε на составляющие не производят и при изучении ползучести пользуются общей величиной деформации.

Известно, что для упругих твердых тел связь между напряжением и деформацией описывается законом Гука, а теория упругости, базирующаяся на этом законе, называется теорией линейной упругости.

Математической формулировкой теории линейной вязкоупругости является принцип суперпозиции Больцмана. Он гласит, что в области линейной вязкоупругости все воздействия на материал просто аддитивны, как и в классической теории упругости, но отличие от последней состоит в том, что я вязкоупругих сред существенно в какой момент имело место это воздействие. Так, ползучесть образца есть функция всей предыстории нагружения образца, а каждая ступень нагружения даёт независимый вклад в конечную деформацию. Поэтому полная деформация в течение всего времени воздействия может быть получена простым суммированием всех вкладов. Экспериментальное доказательство применимости принципа суперпозиции Больцмана означает, что материал при данных условиях характеризуется линейно вязкоупругим поведением.

Принцип суперпозиции Больцмана применим для всех полимеров, структура которых не зависит от приложенных сил и не меняется во времени.[1]

3

2. Объекты и методы исследования

Объект исследования:

Сополимер этилена и винилацетата - вещество, относящееся к классу сложных эфиров, получаемое в результате сополимеризации этилена и винилацетата.

Структурная формула:

Этиленвинилацетат – лёгкий и упругий материал, обладающий хорошими амортизирующими свойствами, превосходит полиэтилен по прозрачности и эластичности при низких температурах, обладает повышенной адгезией к различным материалам.

Сополимер ЭВА применяется для приготовления компаундов с другими полимерами, например, каучуком, ПВХ или полиэтиленом, а также смесей с наполнителями и добавками.

Этиленвинилацетат в виде водной дисперсии применяется как пленкообразователь в водно-дисперсионных красках. Редиспергируемый порошок этиленвинилацетата (высушенная специальным образом водная дисперсия) используется в сухих строительных смесях.[2][3]

Физические свойства СЭВА: Плотность – 0,931 г/см³ Температура плавления - 80-90 °C

Рабочая температура от −80 °C до +55 °C Теплопроводность 0,35 Вт/K·м

Удельное объемное сопротивление >1014 Ом*м

4

Метод исследования:

Для оценки ползучести эластомеров могут использоваться достаточно простые методы. Так, например, для исследования ползучести в эластомерах в режиме сжатия может быть использовал консистометр Гепплера (рис.1.).

Рис.1 Консистометр Гепплера

1 – термостатирующая камера

2 – измерительная ячейка

3 – образец

4 – опора

5 – толкатель

6 – винт

7 – индикатор часового типа

8 – магнитный контакт индикатора со штоком

9 – груз

10 – штифты рычага

11 – шток

12 – рычаг

13 – противовес

14 – диски измерительной ячейки

5

1.Образец этиленвинилацетата диаметром 10 мм и высотой 12 мм необходимо поместить между двумя цилиндрическими плоскопараллельными полированными дисками.

2.На образец сверху ставится толкатель, ослабляется стопорный винт массой 0.05 кг и записывается начальная деформация (в мм) без груза.

3.Фиксируется стопорный винт, на рычаг подвешивается необходимый груз (2, 5, 8, 11 и 14 кг), после чего ослабляют винт и записывают значения

деформации в определенные временные промежутки (2, 4, 6, 8, 10, 15, 20, 30, 60, 90 секунд и далее до 20 минут с таким интервалом, чтобы показания прибора изменялись хотя бы на одно деление). Перед каждым следующим грузом фиксируется стопорный винт.

4. Эксперимент проводится отдельно для каждого груза 2, 5, 8, 11 и 14 кг, при комнатной температуре (21 градус цельсия), без «отдыха» После экспериментов деформация в мм (цена деления прибора 0.01 мм) записывается в Табл. 1. [1]

Значение относительной деформации рассчитывается по формуле:

ε=(ht – h0’)/h0·100%

где htдеформация (в мм)

h0’- начальная деформация без груза h0=12 мм-начальная высота образцa

6

3. Результаты и их обсуждение

При проведении лабораторной работы были получены следующие значения деформации hт, а также рассчитаны значения относительной

деформации ε:

Табл. 1. Измерения и расчеты

7

На основании полученных данных построены зависимости общей относительной деформации полимера от времени при различных нагрузках:

Рис. 2. Зависимость относительной деформации от времени при различных нагрузках

Деформация увеличивается по мере увеличения нагрузки. Это происходит из-за такого параметра, как податливость полимеров (I=1/E), где E – модуль упругости, или модуль Юнга. Когда образец принимает искомую форму, модуль упругости снижается и растет податливость, а чем больше податливость, тем больше деформируется полимер под действием одинакового напряжения. [1]

Табл. 2. Измерения и расчеты

8

Из принципа суперпозиции Больцмана главным образом следует то, что деформация образца прямо пропорциональна прикладываемому напряжению при эквивалентных временах (закон Гука) ε~f(σ). Он применим при невысоких напряжениях. В случае высокого напряжения нарушается пропорциональность и наступает необратимая деформация. [1]

Рис. 3. Зависимость напряжения от относительной деформации

На рис. 3 видна линейная зависимость напряжения от относительной деформации, следовательно материал характеризуется линейно-вязкоупругим поведением, что экспериментально доказывает применимость принципа суперпозиции Больцмана. Из графика видно, что что интервал линейной упругости и область применимости суперпозиции Больцмана для исследуемого полимера установлена на всем диапазоне деформации и нагружения до деформации сжатия 35%. [1]

9

4.Вывод

1)Доказана применимость принципа суперпозиции Больцмана относительно исследуемого полимера.

2)Интервал линейной упругости и область применимости суперпозиции Больцмана для исследуемого полимера установлена на всем диапазоне деформации и нагружения до деформации сжатия 35%.

10