Механические свойства полимерных материалов. Учебное пособие

M = Fu × Lv

4 , Н·мм (кгс · см) где Fu - нагрузка, Н (кгс);

Lv - расстояние между опорами, мм (см).

Момент сопротивления образца W в мм3 (см3) находят по формуле:

W = b × h2

6 ,

где b и h - ширина и толщина образца, мм (см).

За результат испытания принимают среднее арифметическое всех параллельных определений.

Данные заносят в протокол испытаний, который должен содержать:

-наименование и марку пластмассы;

-число образцов;

-значение определяемого показателя каждого образца;

-среднее значение определяемого показателя;

-наименование испытательной машины;

-дату испытания и обозначения стандарта.

Работа №6. Определение модуля упругости

Цель работы: изучение методов определения модуля упругости; определение модуля упругости пластических масс.

Сущность метода. Под термином «модуль упругости» понимают отношение нормального напряжения к соответствующему относительному удлинению при растяжении, сжатии или простом изгибе стандартного образца в пределах пропорциональности.

Модуль упругости образцов пластмасс, изготавливаемых методами литья под давлением, литья без давления или экструзией, определяется по испытаниям на растяжение; модуль упругости образцов пластмасс, изготавливаемых методом прессования из пресс-порошков, определяется по испытаниям на изгиб; модуль упругости образцов, изготавливаемых механической обработкой из листовых и слоистых пластмасс, может быть определен по

51

испытаниям как на растяжение, так и на изгиб. Испытания проводят согласно ГОСТ 9550-81.

А. Определение модуля упругости по испытанию на растяжение

Подготовка к испытанию.

Для испытания применяют образцы и аппаратуру по ГОСТ 11262-80 (См. Работа № 1. Определение разрушающего напряжения при растяжении).

Количество образцов для испытаний должно быть не менее трех.

Перед испытанием образец кондиционируют не менее 16 ч по ГОСТ 12423—66 при температуре (23±2)°С и относительной влажности (50±5)%, измеряют его толщину и ширину в рабочей части не менее чем в трех точках и вычисляют площадь поперечного сечения образца. Образцы, у которых минимальное и максимальное значения толщины или ширины различаются более чем на 0,2 мм, не испытывают. Перед испытанием на образец наносят метки, ограничивающие расчетную длину образца при замере удлинения, длину рабочей части и положение кромок захватов.

Испытания проводят при скорости раздвижения зажимов машины, обеспечивающей скорость деформации образца 1,0±0,5 % в минуту. Нагружение осуществляют до величины относительного удлинения 0,5%. Если образцы разрушаются до достижения относительного удлинения 0,5 %, нагружение проводят до меньшей величины деформации, установленной в нормативно-технической документации.

Образец закрепляют в захваты разрывной машины по меткам. При этом продольная ось образца должна совпадать с осью захватов и направлением движения 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

52

настройку приборов для измерения удлинения, включают электродвигатель и приступают к испытаниям.

Графическую запись нагрузки и деформации проводят в следующем масштабе: 100-150 мм на диаграмме должно соответствовать 0,4 % относительного удлинения; не менее 100 мм на диаграмме должно соответствовать приращению нагрузки, соответствующей увеличению относительного удлинения на 0,4 %.

Обработка результатов По диаграмме определяют значения нагрузки, соответствующие

величинам относительного удлинения 0,1 и 0,3 %. Допускаются меньшие значения относительного удлинения, если образцы разрушаются до достижения относительного удлинения 0,5 %.

Модуль упругости при растяжении Ep, МПа (кгс/см2) вычисляют по формуле:

где F2 – нагрузка, соответствующая относительному удлинению 0,3 %, Н (кгс),

F1 – нагрузка, соответствующая относительному удлинению

0,1 % Н (кгс),

l0 – расчетная длина образца, мм (см)

А0 – площадь поперечного сечения образца, мм2 (см2), Dl2 – удлинение, соответствующее нагрузке F2, мм (см), Dl1 – удлинение, соответствующее нагрузке F1, мм (см),

За результат испытаний принимают среднее арифметическое модуля упругости испытуемых образцов.

Результаты испытаний заносят в протокол, который содержит следующие данные:

-наименование и марка материала;

-метод испытания;

-наименование испытательной машины;

-тип и марку прибора для измерения деформации;

-условия проведения испытания (скорость нагружения, температура, графическая запись и т.д.);

-тип испытуемого образца (форма, размеры);

53

-условия подготовки испытуемого образца;

-количество образцов, взятых для испытания;

-среднеарифметическое значение определяемого показателя;

-дату испытаний и обозначение стандарта.

Б. Определение модуля упругости по испытанию на сжатие

Подготовка к испытанию.

Для испытания применяют образцы и аппаратуру по ГОСТ 4651-82 (См. Работа № 2. Определение разрушающего напряжения при сжатии).

При изготовлении образцов из изделий толщиной менее 5 мм используют образцы в форме прямоугольных пластин размерами (80±2) х (10,0±0,5) мм, а толщина образца равна толщине изделия. Для армированных пластмасс ширина образцов равна (15,0±0,5) мм. Для предотвращения потери устойчивости при испытании таких образцов применяют приспособление (рис. 17).

Рис. 17. Приспособление для испытания на сжатие образцов толщиной менее 5 мм.

54

где F2 - нагрузка, соответствующая относительной деформации

0,3%, Н (кгс);

F1 - нагрузка, соответствующая относительной деформации

0,1%, Н (кгс);

h0 - начальная высота образца или базы, мм (см);

A0 - площадь начального поперечного сечения образца, мм2 (см2);

∆h2 - изменение высоты или базы, соответствующее нагрузке

F2, мм (см);

∆h1 - изменение высоты или базы, соответствующее нагрузке

F1, мм (см).

За результат испытаний принимают среднее арифметическое модуля упругости испытуемых образцов.

Результаты испытаний заносят в протокол, который содержит следующие данные:

-наименование и марка материала;

-метод испытания;

-наименование испытательной машины;

-тип и марку прибора для измерения деформации;

-условия проведения испытания (скорость нагружения, температура, графическая запись и т.д.);

-тип испытуемого образца (форма, размеры);

-условия подготовки испытуемого образца;

-количество образцов, взятых для испытания;

-среднеарифметическое значение определяемого показателя;

-дату испытаний и обозначение стандарта.

В. Определение модуля упругости по испытанию на изгиб

Подготовка к испытанию.

Для испытания применяют образцы и аппаратуру по ГОСТ 4648-71 (См. Работа № 5. Определение разрушающего напряжения при изгибе).

Количество образцов для испытаний должно быть не менее трех.

Перед испытанием образцы кондиционируют по ГОСТ 1242366 не менее 16 ч, при температуре (23±2) °С и относительной

56

влажности (50±5) %, если в нормативно-технической документации на конкретную продукцию нет других указаний.

Перед испытанием измеряют размеры образцов. Испытания на изгиб проводят двумя методами:

А - при нагружении по трехточечной схеме (рис 18); Б - при нагружении по четырехточечной схеме (рис 19).

При методе А испытуемый образец нагружают наконечником в середине расстояния между опорами.

При методе Б испытуемый образец нагружают парой наконечников, расположенных в средней трети расстояния между опорами.

Рис. 18. Трехточечная схема нагружения при изгибе

F – нагрузка, Lv – расстояние между опорами, z – прогиб, Mf – эпюра момента

57

для метода Б

= u × L2 v 0,185 v

h ,

где и - скорость относительной деформации крайних волокон образца, равная 0,01 мин-1;

Lv - расстояние между опорами, мм; h - толщина образца, мм.

Нагружение осуществляют до величины относительной деформации крайних волокон 0,5%. Относительную деформацию крайних волокон (e) вычисляют по формуле для метода А:

ε = 6zh L2v ,

для метода Б

где z - значение прогиба, мм; h - толщина образца, мм;

Lv - расстояние между опорами, мм.

Если образцы разрушаются до достижения относительной деформации крайних волокон 0,5 %, нагружение осуществляют до меньшей величины деформации, установленной в нормативно- технической документации на конкретную продукцию.

Графическую запись нагрузки и деформации проводят в следующем масштабе: 100-150 мм на диаграмме должно соответствовать 0,4 % относительной деформации крайних волокон; не менее 100 мм на диаграмме должно соответствовать приращению нагрузки, соответствующей относительной деформации крайних волокон на 0,4 %.

Обработка результатов По диаграмме определяют значения нагрузки и прогиба,

cоответствующие значениям относительной деформации крайних волокон 0,1 и 0,3 %.

59

Допускаются меньшие значения относительной деформации при изгибе для образцов, если образцы разрушаются до достижения относительной деформации крайних волокон 0,5 %.

Модуль упругости при изгибе (Еизг) в МПа (кгс/см2) вычисляют по формуле

для метода А:

где Lv - расстояние между опорами, мм (см);

F2 - нагрузка при величине относительной деформации крайних волокон 0,3 %, Н (кгс); Fl - нагрузка при величине относительной деформации крайних волокон 0,1 %, Н (кгс);

b - ширина образца, мм (см); h - толщина образца, мм (см);

z2 - прогиб образца, соответствующий относительной деформации крайних волокон 0,3 %, мм (см);

z1 - прогиб образца, соответствующий относительной деформации крайних волокон 0,1 %, мм (см).

За результат испытания принимают среднеарифметическое значение всех параллельных определений.

Результаты испытаний заносят в протокол, который содержит следующие данные:

наименование и марка материала; метод испытания; наименование испытательной машины;

тип и марку прибора для измерения деформации; условия проведения испытания (скорость нагружения,

температура, графическая запись и т.д.); тип испытуемого образца (форма, размеры);

условия подготовки испытуемого образца;

60