Свойства полимеров

Полимеры обладают широким спектром свойств, которые зависят от их химического состава, структуры и способа производства. Некоторые свойства: 

• Физические — эластичность (способность к высоким обратимым деформациям при относительно небольшой нагрузке), низкая теплопроводность, малая хрупкость стеклообразных и кристаллических полимеров.

• Химические — высокая химическая инертность (не реагируют с кислотами, щелочами или водой), что делает полимеры идеальными для хранения агрессивных веществ или создания конструкций, подверженных коррозии.

• Технологические — текучесть (способность к вязкому течению), усадка (уменьшение линейных размеров изделий по отношению к размерам формующего инструмента). 

Уникальность полимеров — их свойства можно целенаправленно изменять, добавляя специальные компоненты или изменяя процесс синтеза. Например, добавление огнеупорных добавок позволяет снизить г

Раздел 2 . Контрольно измерительные приборы

Лекция 1. Контрольно измерительные приборы, виды и назначение

Контрольно-измерительные приборы (КИП) — это устройства для измерения и контроля различных физических величин, таких как температура, давление, расход, уровень и состав среды. Их классифицируют по измеряемой величине (например, термометры, манометры), степени автоматизации (ручные, автоматические), способу передачи информации (проводные, беспроводные) и степени защиты (влагозащищенные, взрывозащищенные). 

Основные виды КИП и их назначение

• Термометры: Измеряют температуру различных сред.

• Манометры: Определяют давление жидкостей и газов.

• Расходомеры: Измеряют расход рабочей среды (например, жидкости или газа).

• Уровнемеры: Датчики уровня, контролирующие уровень заполнения емкости.

• Газоанализаторы: Определяют состав газовых смесей.

• Спектрофотометры: Используются для анализа спектральных характеристик веществ.

• Хроматографы: Применяются для разделения и анализа сложных смесей веществ. 

Раздел 3. Оборудование для проведения физико-механических испытаний

Лекция 1. Классификация оборудования для проведения физико-механических испытаний

1.Приборы для определения ударной вязкости полимерных материалов

2. Приборы для определения твердости полимерных материалов

3. Приборы для определения прочностных характеристик полимерных материалов

4. Приборы для получения пленочных материалов полимера

Лекция 2. Приборы для определения ударной вязкости полимерных материалов

Основным прибором для определения ударной вязкости полимеров является маятниковый копер. Испытания проводятся по разным методикам, таким как метод Шарпи и метод Изода, которые различаются типом образца и условиями крепления (трехточечный изгиб или консольное крепление). Приборы измеряют работу, затраченную на разрушение образца, и по этой работе рассчитывают ударную вязкость, измеряемую в Дж/м

Маятниковый копер работает на принципе сохранения энергии: разница между потенциальной энергией маятника до удара и после разрушения образца показывает энергию, затраченную на разрушение. Это позволяет определить ударную вязкость материала, что используется для оценки его стойкости к динамическим нагрузкам. Маятник, поднятый на определенную высоту, освобождается и падает, ударяя по закрепленному образцу, после чего фиксируется его угол подъема после разрушения. 

Основные этапы работы

• Подготовка: Испытуемый образец (часто с надрезом) закрепляется на опорах в копре. Маятник удерживается в исходном верхнем положении.

• Удар: Маятник освобождается и падает под действием силы тяжести, ударяя по образцу своим бойком или ножом.

• Разрушение: В процессе удара образец либо разрушается, либо деформируется.

• Измерение: После удара маятник продолжает движение и поднимается до определенного угла, а затем возвращается обратно.

• Фиксация: Максимальный угол отклонения маятника после удара фиксируется по специальной шкале или с помощью электронного устройства.

Приборы для определения твердости полимерных материалов

Для определения твердости полимеров используются приборы, основанные на методах вдавливания индентора (твердомеры) или на методах, оценивающих сопротивление поверхностному деформированию, таким как метод Шору или динамический пенетрометр. Основные типы приборов — это приборы с шариковым индентором (например, по методу Роквелла или Бринелля), коническим или сферическим индентором (по методу Шору), а также приборы, использующие инклинометр или пенетрометр для оценки поверхностной твердости

Основные приборы и методы 

• Твердомеры с шариковым индентором:

Твердомеры с шариковым индентором работают по принципу вдавливания шарика известной твердости в поверхность испытываемого материала под определенной нагрузкой, с последующим измерением диаметра отпечатка. Этот отпечаток является мерой твердости (например, по методу Бринелля, HB). 

Принцип работы

1. Нагружение: Шарик-индентор (стальной или из твердого сплава) прижимается к поверхности испытуемого материала с заданной силой.

2. Формирование отпечатка: Под действием силы на поверхности образца образуется лунка в виде полусферы.

3. Измерение отпечатка: После снятия нагрузки измеряется диаметр полученного отпечатка с помощью высокоточного прибора.

4. Определение твердости: Твердость материала рассчитывается на основе соотношения приложенной силы и площади отпечатка (диаметра). Этот показатель часто сравнивают с табличными значениями, соответствующими определенным нагрузкам и диаметрам отпечатков

• Прибор Роквелла:

Принцип работы твердомера Роквелла основан на измерении глубины проникновения индентора (алмазного конуса или шарика) в материал под действием двух нагрузок: предварительной и основной. Сначала прикладывается небольшая предварительная нагрузка, которая устанавливает начальную точку, а затем добавляется основная нагрузка. После снятия основной нагрузки измеряется остаточная глубина вдавливания, и на основе этой разницы вычисляется твердость по шкале Роквелла. 

Лекция 3. Приборы для определения поверхностной твердости:

Динамический пенетрометр: работает по принципу ударного воздействия: с помощью молота или другого ударного механизма на наконечник устройства совершаются удары, и регистрируется количество ударов, необходимое для погружения наконечника на заданную глубину.  

Основной принцип работы

• Ударное воздействие: Устройство создает удары (например, сбрасывая молот с определенной высоты) по штанге, которая передает их на конический наконечник, погружающийся в грунт.

• Измерение глубины: После каждого удара или серии ударов регистрируется глубина погружения наконечника.

• Расчет показателей: По количеству ударов и пройденной глубине рассчитываются характеристики грунта, такие как плотность или модуль деформации

• твердости, например, при измерении сопротивления царапанию.

Лекция 4. Приборы для определения прочностных характеристик полимерных материалов

Для определения прочностных характеристик полимеров используются приборы для испытаний на растяжение, сжатие, изгиб и ударную вязкость, а также методы термомеханического и динамического анализа. К таким приборам относятся универсальные испытательные машины (например, Ивановский завод тяжёлого машиностроения — ИЗТМ), которые позволяют проводить механические испытания, и специализированные устройства, такие как дилатометры, пенетрометры, приборы для испытаний на изгиб и ударную вязкость

Приборы для испытания на растяжение

Универсальные испытательные машины: Позволяют растягивать образец до разрушения, измеряя силу и деформацию.

Универсальная испытательная машина приводится в действие, прикладывая контролируемую растягивающую силу к образцу, закрепленному в захватах, до его разрушения. Сила и деформация регистрируются с помощью датчиков, а данные обрабатываются и выводятся на дисплей для анализа. Эта машина универсальна, так как может использоваться для различных видов испытаний, таких как растяжение, сжатие или изгиб, посредством смены оснастки. 

Принцип работы:

1. Подготовка образца: Испытываемый образец (металлический, пластиковый и т. д.) фиксируется в специальных захватах на машине.

Нагружение: Машина прикладывает к образцу растягивающую силу. Это может быть достигнуто механическим или гидравлическим способом. Сила постепенно увеличивается, создавая растягивающее усилие.

Измерение силы: Сила, приложенная к образцу, измеряется с помощью датчика силы, часто тензорезисторного, который передает данные в электронный блок управления.

Измерение деформации: Одновременно измеряется деформация образца. Для этого используются датчики перемещения, которые отслеживают, как образец удлиняется под нагрузкой.

Обработка данных: Сигналы от датчиков силы и деформации поступают в микропроцессорный блок управления (пульт оператора), где они обрабатываются и отображаются на графическом дисплее.

Разрушение: Процесс продолжается до тех пор, пока образец не разрушится. Машина может быть настроена так, чтобы автоматически останавливаться и записывать показания в момент разрушения.

2. Анализ результатов: Полученные данные (сила, деформация, напряжение и т. д.) используются для определения прочностных и деформационных свойств материал

Приборы для испытания на сжатие и изгиб

• Пресс-формы: Используются для испытаний на сжатие, моделируя нагрузки, которым материал подвергается в реальных условиях.

• Испытательные машины для изгиба: Измеряют способность материала противостоять изгибающим нагрузкам, измеряя прогиб и напряжение. 

Другие методы и приборы

• Термомеханический анализ (TMA): Используется для измерения термического расширения, усадки и других деформационных свойств при изменении температуры.

• Динамический механический анализ (DMA): Применяется для определения зависимости вязкоупругих свойств от частоты и температуры.

Пенетрометры: Используются для определения глубины проникновения индентора в материал при заданном давлении, что косвенно характеризует его твердость и прочность.

Лекция 5. Приборы для получения пленочных материалов полимеров

Для получения пленок из полимеров используются экструзия, каландрование и формование (литье). Экструзия — это продавливание расплавленного полимера через формующую головку (фильеру). Каландрование — пропускание расплава полимера через валки. Формование — это методы, такие как литье под давлением, при которых расплав полимера заполняет полость формы, из которой затем извлекается готовое изделий

Основные методы получения пленок

1. Экструзия

Экструзия пленки включает два основных метода: раздув рукава (кольцевая экструзия), где расплавленный полимер выдувается в виде рукава и затем охлаждается, и плоскощелевая экструзия, где расплав продавливается через щелевую головку и охлаждается на валках или в воде. Эти методы используются для производства различных видов пленок, от упаковочных до технических. 

Метод раздува рукава

• Принцип работы: Расплавленный полимер выдавливается через кольцевую щель экструзионной головки, образуя пленочный рукав.

• Процесс:

• Рукав раздувается изнутри воздухом, что позволяет регулировать его диаметр и толщину.

• Охлаждение производится с внешней стороны воздушным кольцом, а также может применяться внутреннее водяное охлаждение (IBC) для ускорения процесса.

• Затем рукав вытягивается наверх и сплющивается тянущими валками, образуя сплюснутый рукав, который затем может быть разрезан или сложен.

2. Каландрование

Каландрирование — это метод получения пленок и листов путем деформации расплава полимера или резины в зазоре между вращающимися валками. Этот процесс позволяет контролировать толщину и ширину конечного изделия, а также придавать ему определенную текстуру. Каландры широко используются для производства ПВХ-пленок, линолеума и резиновых полотен. 

Основные этапы процесса

• Подготовка материала: Полимерная масса или резиновая смесь готовится и подается на валки питательных вальцов.

• Формование: Расплавленная масса проходит через зазор между вращающимися валками (каландром), где она формуется в непрерывную пленку или лист.

• Контроль толщины: Толщина пленки определяется зазором между последней парой валков.

• Охлаждение: Полученное полотно проходит через систему охлаждения.

• Дополнительная обработка: На этом этапе пленка может проходить через другие валки для нанесения текстуры, тиснения или нанесения полимерного слоя на тканевую основу.

• Намотка: Готовая пленка сматывается в рулон

Методические указания по использованию фонда оценочных средств

Текущий контроль для обучающихся оценивается по результатам выполнения заданий на каждом этапе обучения и посещаемости лекционных, лабораторных и практических занятий. Обучающийся очного отделения имеет право пропустить без уважительной причины (освобождение от занятий, подтвержденное документами) не более 6% занятий по дисциплине.

Промежуточный контроль знаний обучающихся производится по результатам выполнения всех заданий и ответов на вопросы во время проведения собеседования по разделам дисциплины.

Экзамен с оценкой «отлично» выставляется обучающемуся, если обучающийся показал навыки выбора материалов для осуществления профессиональной деятельности, пользования справочными таблицами для определения свойств материалов, правильно ответил на три вопроса.

Экзамен с оценкой «хорошо» выставляется обучающемуся, если обучающийся показал навыки выбора материалов для осуществления профессиональной деятельности, пользования справочными таблицами для определения свойств материалов, правильно ответил на 2 вопроса.

Экзамен с оценкой «удовлетворительно» выставляется обучающемуся, если обучающийся показал навыки выбора материалов для осуществления профессиональной деятельности, пользования справочными таблицами для определения свойств материалов, правильно ответил на один вопрос.

Экзамен с оценкой «неудовлетворительно» выставляется обучающемуся, если обучающийся не показал навыки выбора материалов для осуществления профессиональной деятельности, пользования справочными таблицами для определения свойств материалов, не раскрыл вопросы билета.