Механические свойства полимерных материалов. Учебное пособие

количество образцов, взятых для испытания; среднеарифметическое значение определяемого показателя; дату испытаний и обозначение стандарта.

61

Работа №7. Определение модуля ползучести и долговременной прочности пластмасс

Цель работы: изучение метода определения модуля ползучести и долговременной прочности пластмасс.

Сущность метода. Испытаниями на ползучесть называется такой тип испытаний, при котором в материале задается постоянное напряжение и фиксируется изменение деформации со временем.

За характеристику ползучести принята величина деформации при постоянном напряжении за два часа нагружения или величина двухчасового модуля ползучести. Испытания на долговременную прочность также проводятся при постоянном напряжении и в процессе испытания фиксируется время до разрыва образца.

Подготовка к испытаниям Для испытания применяют образцы по ГОСТ 11262-80 (См.

Работа № 1. Определение разрушающего напряжения при растяжении).

Применяют плоские образцы в виде двухсторонней лопатки с размерами, указанными на рис.20.

20 10

Рис. 20. Размеры образца

10

Точность измерения размеров образцов:

а) по размерам 10±0,5 и 7±0,5 - 0,02 мм ;

б) по свободным размерам - 0,1 мм ,

62

Рабочее сечение образца замеряется в трех местах. В расчет принимается среднее из трех измерений.

Испытания на ползучесть и долговременную прочность проводятся на приборе (рис. 21) который состоит из стакана 6, прикрепленного к массивной стойке 4. Внутри стакана помещаются зажимы 7, в которые закрепляется образец 8. Нижний зажим прикреплен ко дну стакана, Верхний зажим через тягу 5 с помощью стальной гибкой ленты 2 через улитку 1 связан с площадкой 9, на которую помещается груз. Профиль улитки рассчитывается из условий создания на образце постоянного напряжения растяжения.

Запись деформации осуществляется автоматически с помощью электронного автоматического самопишущего моста типа ЭМП-65 М-62. В качестве датчика деформации используется индукционная катушка 3 со стальным сердечником, перемещение которого равно перемещению верхнего зажима. При перемещении стержня в результате удлинения образца индуктивность катушки меняется, что и фиксируется автоматическим мостом. Индукционный датчик при необходимости может иметь несколько диапазонов регистрации деформации.

В случае испытаний при положительной температуре на стакан прибора надевается термостат, обеспечивающий поддержание заданной температуры с точностью ±1°С.

Порядок проведение испытаний Испытываемый образец закрепляют в зажимы. Измеряют

начальную длину образца l0 с точностью ±0,1 мм. Затем образец с зажимами закрепляют в приборе и подвергают термостатированию при заданной температуре. Термостатирование производится в течение 90 мин.

63

R

3

4

5

6

7

8

9

Рис. 21. Общий вид прибора

Затем на площадку прибора устанавливают груз масса которого рассчитывается исходя из заданного напряжения по формуле:

64

где М – масса груза, кг;

s0 - напряжение, при котором производится испытание, МПа; А0 - начальная площадь поперечного сечения образца, мм2;

а - начальное отношение рабочих плеч прибора (a=R/r); m - масса площадки, кг.

Испытание образцов на ползучесть производится при напряжении 0,1 МПа (1 кгс/см2). Испытание на долговременную прочность производится при температуре 23±2°С и при напряжении, составляющем 40% от максимального напряжения при растяжении образца полимера с постоянной относительной скоростью деформации примерно 10-3 с-1 . Время до разрыва образца фиксируется либо с помощью секундомера, либо по кривой ползучести. Число испытуемых образцов пять.

Обработка результатов Модуль ползучести рассчитывается по формуле:

Где

s0 - нагружение, при котором проводится испытание, МПа

(кгс/см2);

l0 - начальная длина рабочей части образца, мм (см); lD - абсолютное удлинение, мм (см)

За результат испытания принимают среднее арифметическое всех параллельных испытаний.

Для каждого испытания образцов на ползучесть составляется протокол испытаний, в который записываются;

-марка состава;

-температура испытаний;

-начальная длина образца (l0);

-абсолютное удлинение образца (Dl);

-размеры поперечного сечения образца;

-начальная площадь поперечного сечения образца (А0);

-масса груза (М);

65

-напряжение, при котором проводилось испытание (σ0);

-средний модуль ползучести (Еτср);

-время до разрыва (τр);

-среднее время до разрыва (τрср).

Результаты испытаний на ползучесть и долговременную прочность считаются приемлемыми, если отклонение отдельных результатов от среднего значения не превышают 30%.

Работа №8. Определение твердости

Цель работы: изучение принципа работы шариковых твердомеров и методики определения твердости полимерных материалов.

Сущность метода заключается во вдавливании шарика под действием заданной нагрузки в поверхность образца и определении отношения нагрузки, прилагаемой к шариковому индентору, к площади поверхности отпечатка от вдавливания шарикового индентора после приложения нагрузки в течение установленного времени. Глубина вдавливания измеряется под нагрузкой, а площадь поверхности отпечатка рассчитывается по его глубине. Испытание проводят согласно ГОСТ 4670-91.

Подготовка к испытаниям.

Шариковый индентор должен быть изготовлен из закаленной стали и отполирован. На шарике не должно быть каких-либо признаков деформации или повреждения после испытаний. Диаметр шарика должен быть (5,0±0,05) мм.

Образцы для испытания должны представлять собой гладкие плоские пластины или блоки достаточного размера для исключения влияния краевых эффектов на результаты испытаний, например, 50x50 мм. Образцы должны быть плоскопараллельными. Рекомендуемая толщина должна составлять 4 мм.

Перед испытанием образец кондиционируют не менее 16 ч по ГОСТ 12423–66 при температуре (23±2)°С и относительной влажности (50±5)%.

Порядок проведение испытаний

66

Образцы для испытаний изготавливают из плоских изделий и листов способом механической обработки. Они должны быть плоскопараллельными с размерами поверхности не менее 10x10 мм. Расстояние между отпечатками шарика, а также между краем отпечатка шарика и краем образца должно быть не менее 5 мм. Толщина образцов, полученных методом формования, должна составлять не менее 4 мм. Образцы для испытаний должны быть без вздутий, раковин, трещин и других дефектов. Перед испытанием образцы подвергают кондиционированию.

Испытание проводят в помещении при температуре (23±2)°С и относительной влажности (50±5)%. Нагрузка, прилагаемая к шарику, может быть равной Н (кгс) 500 (50), 1000 (100), 2500 (250).

Выбор нагрузки производится так, чтобы последняя вызывала в материале деформацию в пределах 0,2-6 мм. Прикладывается нагрузка плавно, без толчков. При проведении испытания образец устанавливается на предметный столик и при помощи винта и маховичка поднимается до соприкосновения с шариком. При этом большая стрелка индикатора должна совмещаться с нулем, а малая - с меткой, нанесенной на шкалу, при этом рукоятка должна находиться в крайнем левом положении. Нагрузка на образец осуществляется перемещением рукоятки по часовой стрелке. Продолжительность приложения нагрузки 60±5 с. Измерение глубины отпечатка h производят, не снимая груза, по истечении указанного времени. Нагрузка снимается поворотом рукоятки против часовой стрелки. Определение твердости необходимо произвести на трех образцах в трех точках на каждом.

Обработка результатов Твердость при вдавливании шарика - это частное от деления

приложенной к стальному шарику нагрузки на площадь сферической поверхности отпечатка за установленный период приложения нагрузки.

Твердость Н, МПа (кгс/см2) вычисляют по формуле:

= F ×0,21

H [π × d ×0,25×(h - 0,04)] ,

где

F - нагрузка на шарик, Н (кгс);

67

d - диаметр шарика, мм (см);

h - глубина внедрения шарика, мм (см);

0,21 и 0,04 - коэффициенты приведения нагрузки к глубине внедрения 0,25 мм.

За результат испытаний принимают среднее арифметическое всех параллельных измерений.

Результаты испытаний записывают в протокол, который должен содержать следующие данные:

-наименование и марку материала;

-способ изготовления образцов;

-значение основной испытательной нагрузки;

-количество испытаний;

-значение твердости материала;

-дату испытания.

68

Контрольные вопросы по теоретической части

1.Какие параметры и факторы влияют на механические свойства пластмасс?

2.В чем заключаются особенности механических свойств пластмасс?

3.Дайте определение понятиям: напряжение, истинное напряжение, разрушающее напряжение, предел текучести.

4.Дайте определение понятиям: прочность, усталостная прочность, ударная прочность, твердость, долговечность.

5.Дайте определение понятиям: деформация, остаточная деформация, обратимая деформация, относительное удлинение, ползучесть, скорость деформации.

6.Дайте определение понятиям: релаксация напряжений, время нагружения, скорость нагружения.

7.Какие виды разрушений характерны для полимеров?

8.В чем отличие обратимой и необратимой деформации?

9.Отличие диаграмм деформации при растяжении полимеров в кристаллическом и стеклообразном состоянии?

10.Что такое вынужденная высокоэластическая деформация?

11.Что характеризует и от чего зависит время релаксации?

12.Временная зависимость относительной деформации и ползучесть?

13.Назовите агрегатные и физические состояния полимеров?

14.От каких параметров зависят деформационно-прочностные свойства полимеров?

15.Из каких стадий состоит процесс разрушения полимеров?

16.Какие факторы влияют на образование и развитие трещин при разрушении полимеров?

17.Какие факторы влияют на предел прочности?

18.Какие факторы влияют на максимальную относительную деформацию?

19. Как влияет температура на прочностные характеристики полимеров?

20.Изложите алгоритм графического определения температуры хрупкости?

21.Классификация аппаратуры для проведения механических испытаний?

22.Устройство и принцип работы разрывной машины?

23.Порядок работы на разрывной машине?

24.Меры безопасности при работе на разрывной машине?

69

25. Устройство и принцип работы маятникова копра?

Контрольные вопросы по практической части

Лабораторная работа №1 «Определение разрушающего напряжения при растяжении».

1.Цель работы и сущность метода определения разрушающего напряжения при растяжении?

2.Типы образцов и критерии выбора их для испытаний?

3.В чем заключается подготовка к испытаниям?

4.Порядок проведения испытаний?

5.Алгоритм расчета напряжений, относительной деформации и модуля упругости?

Лабораторная работа №2 «Определение разрушающего напряжения при сжатии».

1.Цель работы и сущность метода определения разрушающего напряжения при сжатии?

2.Форма и размеры образцов для испытаний?

3.В чем заключается подготовка к испытаниям?

4.Выбор скорости нагружения и порядок проведения испытаний?

5.Алгоритм расчета напряжений, относительной деформации и

модуля упругости?

Лабораторная работа №3 «Определение ударной прочности».

1.Цель работы и сущность метода определения ударной прочности?

2.Типы образцов для испытаний?

3.В чем заключается подготовка к испытаниям?

4.Порядок проведения испытаний?

5.Алгоритм расчета ударной прочности?

Лабораторная работа №4 «Определение разрушающего напряжения при сдвиге (срезе)».

1.Цель работы и сущность метода определения разрушающего напряжения при сдвиге (срезе)?

2.Форма и размеры образцов для испытаний?

3.В чем заключается подготовка к испытаниям?

4.Порядок проведения испытаний?

5.Алгоритм расчета предела прочности при сдвиге?

Лабораторная работа №5 «Определение разрушающего напряжения при изгибе».

1.Цель работы и сущность метода определения разрушающего напряжения при изгибе?

70