Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Свойства компонентов полимерных композиционных материалов. Лабораторный практикум
.pdf
3. С помощью штангенциркуля замерить толщинуδ и ширину b
ленты в месте разрушения.
4. Рассчитать напряжения сдвига τ (МПа) вдоль волокон по фор-
муле
, (8.1)
где Fр – разрывная нагрузка, Н; δ – толщина ленты в месте разрушения, мм; L – длина рабочей части ленты (расстояние между надрезами), мм.
5. Провести исследования не менее чем 3-х образцов одного и того же препрега. Рассчитать среднее арифметическое значение измеряемых и рассчитанных показателей.
6. Аналогично исследовать все образцы разных препрегов.
Результаты испытаний и расчетов занести в таблицу 8.2.
Определения адгезии по прочности
при сдвиге параллельно волокнам
№
образца
1
Среднее арифметическое
значение
Материал
(препрег)
1
2
3
1
Получаемые результаты
Размеры образцов, мм
δ
, мм
b, мм L, мм
Таблица 8.2
Fр, Н
τ
,
МПа
…
2
3
Среднее арифметическое
значение
111
Содержание отчета
Отчет по лабораторной работе должен содержать:
– название работы;
– цель работы;
– материалы и оборудование;
– теоретическую часть;
– формулы и пояснения к ним;
– результаты работы и их обработку (расчеты, таблицы);
– выводы по работе.
Контрольные вопросы
1. Что называют адгезией?
2. Что такое адгезионная прочность?
3. Чем в волокнистых полимерных композиционных материалах
является субстрат?
4. Чем в волокнистых полимерных композиционных материалах
является адгезив?
5. Что называют препрегом?
6. Перечислите виды разрушения препрегов вызванные их нагружением вдоль оси волокон.
7. Что такое предел прочности на сдвиг?
8. Перечислите методы экспериментального определения характеристик сдвига волокнистых композиционных материалов.
112
Лабораторная работа № 9
СВОЙСТВА ПОЛИМЕРОВ И КОМПОЗИЦИОННЫХ
МАТЕРИАЛОВ НА ИХ ОСНОВЕ
Цель работы – провести сравнительную оценку свойств полиме-
ров и композиционных материалов на их основе.
Материалы и оборудование
1. Каучук.
2. Резина.
3. Ненасыщенная полиэфирная смола или эпоксидная смола
(термореактивные полимеры).
4. Полиэтилен или полипропилен (термопластичные полимеры).
5. Стеклопластик.
6. Углепластик.
7. Текстолит.
8. Прибор для определения твердости – пресс Бринелля.
9. Микроскоп МПБ-2 (лупа Бринелля).
Теоретическая часть
Под твердостью понимают способность материала сопротивляться вдавливанию в него других тел. Твердость характеризует механические свойства поверхностных слоев. В связи с этим ее значение связано с физико-механическими характеристиками материала и,
следовательно, с его физико-химическими особенностями, составом и
условиями внешнего энергетического воздействия (температура, скорость приложения усилия, другие внешние факторы).
Метод определения твердости применяют и в технологических
целях, например для оптимизации содержания пластификатора, количества и вида наполнителя, условий переработки в изделия.
По величине твердости можно судить о некоторых важных показателях пластмасс:
– модуле упругости,
113
– значении коэффициента Пуассона,
– пределе текучести,
– разрушающем напряжении.
Достоинства метода измерения твердости:
– простота,
– воспроизводимость,
– малая трудоемкость,
– не происходит разрушения образца или изделия.
Методы определения твердости отличаются геометрией индентора:
– по методу Бринелля вдавливают стальной шарик (HB) или шарик из твердого сплава (HBW),
– по методу Роквелла – алмазный или металлический конус,
– по методу Виккерса – алмазную пирамидку.
Замеряют либо глубину вдавливания индентора, либо размеры
получаемого отпечатка.
Для определения твердости полимерных материалов рекомендуют использовать метод Бринелля, который описан в ГОСТ 9012–
59 [20] или метод вдавливания шарика, описанный в ГОСТ 467091 [21]. Этот стандарт рекомендует определять глубину вдавливания
в образец шарика из закаленной стали диаметром 5 мм на специальном прессе Бринелля (рис. 9.1).
Испытываемый образец устанавливают на столике 2. Поворотом
маховика 7 по часовой стрелке столик прибора 5 поднимают так, чтобы шаровой индентер 4 мог вдавиться в испытываемую поверхность.
Маховик 7 вращают до упора, и нажатием кнопки включают электродвигатель 8. Двигатель перемещает коромысло и постепенно нагружает шток с закрепленным в нем шаровым индентером. Шаровой индентер 4 под действием нагрузки 2, сообщаемой приведенным к коромыслу грузом, вдавливается в испытываемый материал. Нагрузка
действует в течение определенного времени, задаваемого реле времени, после чего вал двигателя, вращаясь в обратную сторону, соответственно перемещает коромысло и снимает нагрузку. После автомати-
114
ческого выключения двигателя, поворачивая маховик 7 против часовой стрелки, опускают столик прибора 5 и снимают образец.
Рис. 9.1. Схема пресса Бринелля:
1 – станина прибора; 2 – подвеска с грузами; 3 – ограничитель;
4 – шаровой индентор; 5 – сменный стол; 6 – винт; 7 – маховик; 8 – электродвигатель
В результате на поверхности образца образуется отпечаток в виде
сферической лунки (рис. 9.2а). Диаметр отпечатка измеряют в двух
взаимно-перпендикулярных направлениях (рис. 9.2б) с помощью
микроскопа Бринелля - лупы со шкалой (рис. 9.2в).
При стандартных испытаниях нагрузка на шарик устанавливается
из условия вдавливания его на глубину h не менее 0,15 мм и не более
0,35 мм. Продолжительность приложения нагрузки - 2 мин.
Число твердости по Бринеллю, обозначаемое HB (МПа), представляет собой отношение нагрузки F к площади поверхности сферического отпечатка
, (9.1)
где F – усилие, приложенное к индентору, Н; A – площадь поверхности сферического отпечатка шарового индентера, мм2, D – диметр
115
шарового индентера, мм; h – глубина отпечатка шарового индентера,
мм.
Рис. 9.2. Схема измерения твердости металла методом Бринелля:
а) вдавливание индентора под нагрузкой F; б) схема измерения диаметра отпечатка
микроскопом МПБ-2 (лупой Бринелля); в) общий вид микроскопа МПБ- 2;
1 – окуляр; 2 – кольцо наведения резкости линейки внутри окуляра;
3 – установочное кольцо для наведения резкости лунки;
4 – объектив; 5 – основание с отверстием
Так как глубину отпечатка измерить трудно, а проще измерить
диаметр отпечатка d, то глубину отпечатка h (мм) вычисляют через
диаметр шарового индентера и отпечатка по формуле
, (9.2)
где d – диметр отпечатка шарового индентера, мм.
Таким образом формула для расчета твердости по Бринеллю
HB (МПа) имеет вид
116
. (9.3)
На практике значение твёрдости не вычисляют по этой формуле,
а определяют по таблице ГОСТ 9012–59 [21].
Диаметры шариков стандартизированы: рекомендуется применять шаровые инденторы с диаметрами в 1; 2; 2,5; 5; 10 мм.
Упругую и пластическую деформации материала измеряют, разгружая индентор без изменения положения образца. Отсчет остаточной
(пластической) деформации h1 берут через 1 мин. после снятия нагрузки.
Последовательность выполнения работы
Для оценки твердости материалов по Бринеллю применяют образцы в виде плоскопараллельной пластины или таблетки толщиной
не менее 2 мм.
1. Образец устанавливают на поворотный столик прибора 5 и
вращением маховика 7 поднимают столик до соприкосновения образца с индентором 4. При этом создают предварительное усилие
прижатия величиной до 10 Н.
2. Далее задают необходимое усилие сменными грузами 2. Продолжительность приложения нагрузки - 2 мин. Глубину вдавливания
индентора определяют по показаниям индикатора по истечении заданного времени.
3. Разгружают индентор без изменения положения образца и измеряют глубину h1 по показаниям индикатора через 1 мин после снятия нагрузки.
4. По результатам эксперимента образца определить:
4.1. Число твердости по Бринеллю по формуле (9.3)
4.2. Число упругости У по формуле
, (9.4)
где h1 – глубина вдавливания шарика через 1 мин после снятия нагрузки.
117
4.3. Число пластичности П, которое рассчитать из соотношения
. (9.5)
4.4. Величину модуля упругости при сжатии E (МПа) по формуле
, (9.6)
4.5. Величину коэффициента Пуассона v по формуле
, (9.7)
где .
4.6. Разрушающее напряжение
σ
(МПа), которое рассчитать че-
р
рез значение HB по формуле
. (9.8)
4.7. Предел текучести
σ
(МПа), которое рассчитать через значе-
т
ние HB по формуле
. (9.9)
5. Эксперимент провести не менее 3-х раз на одном образце, выби-
рая различные точки для приложения индентора.
6. Рассчитать среднее арифметическое значение измеряемых и
рассчитанных показателей.
7. По этой же методике провести исследования всех образцов полимеров и композиционных материалов на их основе.
Получаемые результаты
Результаты испытаний и расчетов занести в таблицу 9.1. На основании полученных данных сделать выводы о влиянии типа наполнителя, его количества и расположения на свойства композиционного
материала.
Содержание отчета
Отчет по лабораторной работе должен содержать:
– название работы;
– цель работы;
118
– материалы и оборудование;
– теоретическую часть;
– формулы и пояснения к ним;
– результаты работы и их обработку (расчеты, таблица);
– выводы по работе.
Определения твердости по Бринеллю по ГОСТ 4670–91 [21]
Таблица 9.1
№
образца
№ опыта
Материал
1
1
2
3
Среднее арифметическое значение
1
…
2
3
Среднее арифметическое значение
h,
мм
h1,
мм
F, Н HB,
МПа
У П
Е,
МПа
σр,
v
МПа
Контрольные вопросы
σт,
МПа
1. Что такое твердость?
2. Для чего применяют методы определения твердости?
3. Какие известны методы определения твердости по геометрии
индентора?
4. В чем заключается метод определения твердости по Бринеллю?
5. С помощью чего и как измеряют отпечаток диаметра вдавлен-
ного шарового индентера?
119
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. ГОСТ 24888–81. Пластмассы, полимеры и синтетические смо-
лы.– Введ. 1982-07-01. – М.: Изд-во стандартов, 1981. – 18 с.
2. Свиридов, Е. Б. Книга о полимерах: свойства и применение,
история и сегодняшний день материалов на основе высокомолекулярных соединений / Е. Б. Свиридов, В. К. Дубовый; Сев. (Арктич.)
федер. ун-т. – 2-е изд., испр. и доп. – Архангельск: САФУ, 2016. –
392 с.
3. ГОСТ 6943.5–79. Материалы текстильные стеклянные. Метод
определения разрывного напряжения элементарной нити.– Введ.
1980-07-01. – М.: Изд-во стандартов, 1986. – 8 с.
4. ГОСТ 6943.1–94. Стеклянное волокно. Нити и ровинги. Метод
определения линейной плотности. – Введ. 1996-07-01. – Минск: Межгос. совет по стандартизации, метрологии и сертификации: Белстандарт, 1996. – 7 с.
5. ГОСТ 6943.10–79. Материалы текстильные стеклянные. Метод
определения разрушающей нагрузки и удлинения при разрыве. –
Введ. 1980-07-01. – М.: ИПК Изд-во стандартов, 1986. – 8 с.
6. ГОСТ 6943.18–94. Стеклянное волокно. Ткани. Нетканые материалы. Метод определения толщины. – Введ. 1997-01-01. – Минск:
Межгос. совет по стандартизации, метрологии и сертификации: Белстандарт, 1996. – 4 с.
7. ГОСТ 6943.15–94. Стеклянное волокно. Ткани. Нетканые материалы. Метод определения количества нитей не единицу длины основы и утка. – Введ. 1997-01-01. – Минск: Межгос. совет по стандартизации, метрологии и сертификации: Белстандарт, 1997. – 8 с.
8. ГОСТ 6943.16–94.Стеклянное волокно. Ткани. Нетканые материалы. Метод определения массы на единицу площади.– Введ. 199701-01. – Минск: Межгос. совет по стандартизации, метрологии и сертификации: Белстандарт, 1997. – 8 с.
9. ГОСТ 25139–93. Пластмассы. Метод определения сыпучести. –
Введ. 1996-01-01. – Минск: Изд-во стандартов, 1994. – 8 с.
120
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]