Механические свойства полимерных материалов. Учебное пособие

и образцов типа 2 толщиной 3 мм при изготовлении их из наполненных полимерных материалов.

Рис. 10. Типы образцов для испытания

Таблица 3. Размеры образцов, мм

Порядок проведения испытаний Испытания проводят при скорости растяжения машины,

предусмотренной в нормативно-технической документации на материал. Рекомендуемые скорости испытаний приведены в таблице 1. При этом выбирают максимальную из приведенных в таблице 1 скорость так, чтобы время от момента приложения нагрузки к образцу до его разрушения составляло не менее 1 мин

31

при испытании материалов, имеющих предел текучести, и не менее 30 с для материалов, не имеющих предела текучести.

Образец закрепляют в захваты разрывной машины по меткам. При этом продольная ось образца должна совпадать с осью захватов и направлением движении подвижного зажима. Перед началом испытания стрелку принудительного движения совмещают с главной стрелкой силоизмерительного механизма. Затем освобождают блокировочный механизм, фиксирующий верхний зажим. С образцом, закрепленным в захватах, производят настройку приборов для измерения удлинения, включают электродвигатель и приступают к испытаниям.

При испытании измеряют нагрузку и удлинение образца непрерывно или в момент достижения предела текучести, максимальной нагрузки, в момент разрушения образца.

Масштаб записи, для разрывной машины МР-0,5, по нагрузке соответствует: по шкале А - 0,5 Н/мм (0,05 кгс/мм), Б - 1,25 Н/мм

(0,125 кгс/мм), В - 2,5 Н/мм (0,25 кгс/мм), по удлинению 1:10 и 1:100.

В расчет принимают результаты, полученные на образцах, разрушившихся в пределах их рабочей части. Образцы, которые в процессе испытания разрушаются за пределами рабочей части (l3), или у которых в процессе испытания обнаружены дефекты (пузыри, инородные для материала включения, внутренние трещины и т. п.), в расчет не принимают.

Для образцов, удлиняющихся с образованием шейки, следует учитывать также результаты, полученные на образцах, у которых шейка распространилась за пределы рабочей части образца, но разрушение его произошло не в месте соприкосновения зажима с образцом.

Обработка результатов По записи кривой «нагрузка-удлинение» определяют

характеристики в соответствии с рис. 11.

32

Рис. 11. Диаграмма «нагрузка-удлинение» 1 - материал имеет предел текучести; 2 - материал не имеет

предела текучести (разрушается без образования шейки); а - участки прямолинейного направления кривой в начале кривой «нагрузка-удлинение»; S - предел текучести; х - отрезок на оси удлинения для определения условного предела текучести; Sx - условный предел текучести

Значение прочности σ в МПа (кгс/см2) вычисляют по формулам:

прочность при растяжении: σрм=Fрм/Ао; прочность при разрыве: σрр=Fрр/Ао;

предел текучести при растяжении: σрт=Fрт/Ао; условный предел текучести: σрту=Fрту/Ао,

где Fрм - максимальная нагрузка при испытании на растяжение, Н (кгс);

Fрр - нагрузка, при которой образец разрушился, Н (кгс);

Fрт - растягивающая нагрузка при достижении предела текучести, Н (кгс);

Fрту - растягивающая нагрузка при достижении условного предела текучести, Н (кгс);

Ао - начальное поперечное сечение образца, мм2 (см2).

33

Условный предел текучести определяют в тех случаях, когда испытуемый материал не имеет явного предела текучести (разрушается без образования шейки); Sx определяют, графически в точке пересечения кривой «нагрузка - удлинение» с прямой, проведенной, параллельно прямолинейному начальному участку кривой «нагрузка-удлинение» и отсекающей от оси абсциссы участок удлинения, отвечающий относительному удлинению, величина которого должна быть указана в нормативно-технической документации на материал. Если в нормативно-технической документации на материал таких указаний нет, то значение этого удлинения устанавливают таким, чтобы относительное удлинение составляло 1% (рис. 10, кривая 2), например, при масштабе записи удлинения 1:1 для образца тип 1 х=0,25 мм, тип 2 и 3 х=0,5 мм).

Относительное удлинение ε вычисляют по формулам:

где ∆lом - изменение расчетной длины образца в момент достижения максимальной нагрузки, мм;

∆lор -изменение расчетной длины образца в момент разрыва,

мм;

∆lот - изменение расчетной длины образца в момент достижения предела текучести, мм.

Допускается определять удлинение образца по изменению расстояния между зажимами. При этом значения удлинения (εрм и εрр) в процентах вычисляют по формуле:

момент достижения максимальной нагрузки или в момент разрыва, мм;

34

lэкв - эквивалентная длина образца, равная, например, 100 мм для образца типа 2 и 50 мм для образцов типов 4, 5.

По диаграмме «напряжение-деформация» (рис. 12) можно вычислить модуль упругости Е1р , МПа:

где σ р - напряжение, соответствующее избранной точке на начальном прямолинейном участке кривой, МПа (кгс/см2);

ε р - относительное удлинение образца в избранной точке начального прямолинейного участка кривой, безразмерная величина

Для определения Е1р берется предельное значение σ р на

начальном прямолинейном участке кривой растяжения и ε р , соответствующая концу прямолинейного участка. Если линейного

участка на диаграмме растяжения нет, то определяется Ер ,

соответствующий деформации 10% ( Е10р% ).

35

Относительная деформация ε р для конца начального прямолинейного участка растяжения рассчитывается по формуле:

прямолинейного участка кривой, мм; l0- длина рабочей части образца, мм.

Вычисление выше указанных прочностных характеристик производят с точностью до 1,0%. Результаты округляют до целого числа. Для расчета берут среднее из пяти определений.

Результаты испытаний заносят в протокол, который содержит следующие данные:

-наименование и марка материала;

-число образцов, взятых для испытания;

-тип образца и метод изготовления;

-наименование или марку испытательной машины и скорость перемещения захватов при испытании;

-тип и марку прибора для измерения удлинения, метод измерения;

-условия кондиционирования (температура и влажность воздуха в помещении, где проводят испытания);

-значение определяемого показателя каждого образца;

-среднеарифметическое значение определяемого показателя;

-дату испытаний и обозначение стандарта.

36

Работа №2. Определение разрушающего напряжения при сжатии

Цель работы: изучение устройства и работы разрывных машин и методики определения прочностных характеристик при испытании образцов на сжатие.

Сущность метода заключается в определении величины разрушающей силы при сжатии образца с постоянно увеличивающейся нагрузкой при установленной скорости деформации. Испытания проводятся согласно ГОСТ 4651-82.

Подготовка к испытанию. Образцы для испытаний должны иметь форму прямоугольной призмы, прямого цилиндра или прямой трубки. Опорные плоскости образца должны быть перпендикулярны направлению приложения нагрузки при сжатии и параллельны между собой в пределах 0,1 % от высоты образца.

Высоту образцов (h) для испытаний в миллиметрах вычисляют по следующим формулам:

Для прямоугольной призмы с квадратным или прямоугольным основанием:

Для прямой трубки в виде цилиндра:

где λ - коэффициент гибкости; а - сторона основания призмы с квадратным основанием, мм;

b - меньшая сторона основания прямоугольной призмы с прямоугольным основанием, мм;

d - диаметр прямого цилиндра, мм; d1 - внутренний диаметр трубки, мм; D - наружный диаметр трубки, мм.

37

Коэффициент гибкости образца принимается равным 6 или 10, если в нормативно-технической документации на конкретную продукцию нет других указаний.

Высоту образца устанавливают от 10 до 40 мм. Предпочтительная высота образца 30 мм.

Образцы должны иметь чистую гладкую, ровную поверхность, без вздутий, сколов, трещин, раковин и других видимых дефектов.

Число образцов для испытания для изотропных пластмасс не менее пяти.

Цилиндрические образцы могут быть получены путем глухого прессования в форме пли вырезанием из шнуров, полученных проходным прессованием. Торцы образцов должны быть гладкими, взаимно-параллельными и перпендикулярными к образующей цилиндра. На торцовых поверхностях и поверхностях цилиндра не должно быть рисок, заметных невооруженным глазом. Торцевание образцов производится в специальной сборке.

Перед испытанием образцы кондиционируют по ГОСТ 1242366 не менее 16 ч, при температуре (23±2) °С и относительной влажности (50±5) %, если в нормативно-технической документации на конкретную продукцию нет других указаний.

Высоту, ширину, толщину или диаметр образца измеряют с погрешностью ±0,01 мм не менее чем в трех местах. По минимальным значениям вычисляют поперечное сечение образца.

Порядок проведения испытаний Скорость нагружения указывают в нормативно-технической

документации. Если такое указание отсутствует, то скорость нагружения (V) мм/мин вычисляют по формуле, в зависимости от высоты образца:

V = 0,03 h t ,

где h - высота образца, мм; t - постоянная, равная 1 мин.

Скорость нагружения может изменяться в пределах ±50 % от вычисленного значения.

Испытуемый образец помещают в сборку для сжатия, затем вместе со сборкой ставят между двумя плитами траверсы

38

разрывной машины и подвергают действию возрастающего давления до полного его разрушения. Процесс фиксируется на диаграмме "нагрузка-деформация". Для правильной установки образца по отношению к действующему усилию и равномерному распределению нагрузки по сечению одна из плит траверсы должна быть самоустанавливающейся.

Обработка результатов По кривой «нагрузка-деформация» определяют характеристики

прочности (рис. 13).

Разрушающее напряжение при сжатии σср, напряжение сжатия при пределе текучести σст, напряжение сжатия при условном пределе текучести σсту и напряжение сжатия при установленной условной деформации σсд вычисляют по формуле:

σ = F

Ao , МПа (кгс/см2),

где F - нагрузки, соответствующие вычислению σср, σст, σсту, σсд, Н (кгс);

Ао - площадь поперечного сечения, мм2 (см2).

39

Относительную деформацию сжатия при разрушении εср и относительную деформацию сжатия при пределе текучести εст вычисляют по формуле:

ε = h ×100

ho , %,

где ∆h - уменьшение высоты образца в момент разрушения или при пределе текучести, мм;

ho - начальная высота образца, мм.

Примечание. σсту - напряжение (номинальное) при сжатии, соответствующее точке, в которой кривая «нагрузка-деформация» отклоняется от линейности на заданную величину деформации (например, 0,2 %); σсд - напряжение при сжатии в момент достижения установленного значения относительной деформации; εсд - относительная деформация, которую указывают в НТД на конкретную продукцию, если в НТД не указаны ее значения, она принимается равной 0,25 (25 %).

Модуль упругости определяется:

соответствующая выбранной точке прямолинейного участка кривой сжатия, безразмерная величина.

Вычисление указанных прочностных характеристик при сжатии производят с точностью до 1%. Результат округляют до целого числа. Для расчета берут среднее из пяти определений.

Результаты испытаний заносят в протокол, который содержит следующие данные:

-наименование пластмассы;

-метод изготовления, основные размеры, форма образцов;

-количество образцов;

-способ измерения деформации;

-скорость нагружения;

40