Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Свойства компонентов полимерных композиционных материалов. Лабораторный практикум
.pdf
3.2. Определение угла смачивания
по методу Адама-Шютте
1. Кювету 2 из устройства (рис. 1.6) предварительно промыть
спиртом, водой и высушить.
2. Образцы волокон 6 длиной 2 см поместить в кювету.
3. Смачивающую жидкость (смолу) 3 залить в кювету 2, чтобы
образовался выпуклый мениск по краю (рис. 1.7б).
а) б)
Рис. 1.7. Мениск – изогнутая поверхность жидкости:
а) вогнутый; б) выпуклый
4. Волокно 6 закрепить в зажиме 5, который размещен на держателе 7, жестко связанным с валиком 8, способным плавно поворачиваться.
5. Погрузить волокно 6 в смачиваемую жидкость 3 и при помощи
головки 9, застопоренной на валике винтом 10 произвести вращение
держателя 7 до момента вырождения мениска (рис. 1.8б)
6. Рассчитать угол смачивания Θ в жидкой фазе от линии горизонта
(рис. 1.8б) до оси волокна по показаниям шкалы 11 (рис. 1.6).
7. Провести исследования не менее чем 3-х образцов одного и то-
го же элементарного волокна. Рассчитать среднее арифметическое
значение измеряемых и рассчитанных показателей.
8. Аналогично исследовать все образцы разных элементарных
волокон.
21
а) б)
Рис. 1.8. Схематическое изображение мениска жидкости на волокне:
а) нормальный мениск; б) «вырожденный» мениск;
1 – волокно; 2 – смачивающая жидкость; 3 – линия горизонта
Получаемые результаты
Результаты испытаний и расчетов занести в таблицу 1.4.
Результаты смачивания поверхности элементарного волокна
Метод «сидячей капли»
№
Материал
образца № опыта
Геометричес-
Расчетные
кие параметры
параметры
капли
Угол
смачи-
вания
Таблица 1.4
Метод
Адама –
Шютте
Угол
смачи-
вания
z* r0 rm
ξ*
Х
Θ, град Θ, град
m
1
1
2
3
Среднее арифметическое
значение
22
Продолжение таблицы 1.4
Метод
Метод «сидячей капли»
Адама –
Шютте
№
образца № опыта
Материал
Геометричес-
Расчетные
кие параметры
Угол
смачи-
Угол
смачи-
параметры
капли
z* r0 rm
ξ*
Х
вания
Θ, град Θ, град
m
вания
1
…
2
3
Среднее арифметическое
значение
Сравнить значения краевого угла смачивания Θ, определенные по
двум методикам. По результатам экспериментов сделать выводы о влиянии термообработки волокон на способность наполнителя к смачиванию.
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, графи-
ки);
– выводы по работе.
23
Контрольные вопросы
1. Дайте определение волокну.
2. Какие бывают волокна?
3. Из чего состоят практически все волокна?
4. На какие виды по происхождению делятся полимеры?
5. Чем друг от друга отличаются волокна?
6. В чем заключается метод определения плотности волокон фло-
тационным методом.
7. Как рассчитывается поперечное и продольное набухание во-
локна?
8. Какие показатели являются основными при описании свойств
элементарных волокон?
9. От чего зависят эксплуатационные характеристики композици-
онных материалов?
10. Каким показателем характеризуется смачиваемость поверхно-
сти наполнителя?
11. На чем основано определение равновесного краевого угла
смачивания по методу «сидячей» капли?
12. На чем основано определение равновесного краевого угла
смачивания по методу Адама-Шютте?
13. При каком равновесном краевом угле смачивания качество
связи в системе наполнитель – полимер будет наилучшим и почему?
24
Лабораторная работа № 2
СВОЙСТВА ОДНОНАПРАВЛЕННЫХ
ВОЛОКНИСТЫХ НАПОЛНИТЕЛЕЙ
Волокно – это форма материала, имеющая высокое отношение
продольных размеров к поперечным при небольших величинах площади поперечного сечения.
Для большинства волокон характерны высокая прочность и высокий модуль упругости при растяжении.
Элементарные волокна используются для получения однонаправленных волокнистых наполнителей (нитей, лент, ровингов, жгутов).
Нить – это гибкий, тонкий и продолговатый объект, чья длина в
несколько раз превосходит толщину. Нить получают при скручивании двух или более непрерывных элементарных волокон в один непрерывный пучок.
Лента – это тонкая полоска из ткани, полимера или другого ма-
териала.
Ровинг – это жгут, образованный пучками непрерывных нитей в
виде некрученых элементарных жгутов или крученых нитей. Чаще
всего используется ровинг с минимальной круткой.
Жгут состоит из двух и более изолированных волокон, скрепленных в пучок связыванием (ниткой, лентой) или каким-либо другим способом.
1. Определение структурных параметров и
поведения под нагрузкой
Цель работы – изучить методику определения физических ха-
рактеристик однонаправленных волокнистых наполнителей и их поведение под нагрузкой.
25
Материалы и оборудование
1. Стеклонити.
2. Стеклоровинг.
3. Электронные весы.
4. Линейка.
5. Ножницы.
6. Катетометр или штангенциркуль.
7. Устройство для определения ширины наполнителя под нагруз-
кой.
Теоретическая часть
Основными характеристиками однонаправленных волокнистых
материалов является:
– диаметр элементарных волокон,
– линейная плотность,
– крутка.
Линейная плотность нитей или ровингов непосредственно связана с диаметром и числом элементарных волокон в пучке. Единицей
измерения данной величины является текс. Текс равен линейной
плотности такого однородного тела (нити или ровинга), масса которого равна 1 г, а длина – 1 км.
Крутка придается нитям и пряже для повышения компактности
путем вращения вокруг фиксированной точки в процессе намотки.
Степень крутки оценивается количеством витков вокруг своей оси на
единицу длины нити.
Чаще всего нити и ровинги используют для изготовления изделий
методом намотки или пултрузии. В этих случаях наполнитель наматывается или протягивается по неподвижной или вращающейся цилиндрической поверхности под нагрузкой. Для наилучшего проникновения связующего через систему элементарных волокон материал
должен иметь как можно меньшую толщину и большую ширину.
26
L
Последовательность выполнения работы
1. Определение линейной плотности
однонаправленного волокнистого наполнителя
1. Взвесить на электронных весах образец волокнистого наполни-
теля длиной 1 м.
2. Рассчитать линейную плотность Т (текс) по формуле
m
T =
, (2.1)
где m – масса наполнителя определенной длины, г; L – длина исследуемого наполнителя, км.
3. Провести исследование не менее чем 3-х образцов одного и того же однонаправленного волокнистого наполнителя. Рассчитать
среднее арифметическое значение измеряемых и рассчитанных показателей.
4. Аналогично исследовать все образцы разных типов однонаправленных волокнистых наполнителей.
Получаемые результаты
Результаты испытаний и расчетов занести в таблицу 2.1.
Таблица 2.1
Определение линейной плотности наполнителя по ГОСТ 6943.1–94 [4]
№
образца № опыта
1
1
2
Материал m, г L, км T, текс
3
Среднее арифметическое значение
1
…
2
3
Среднее арифметическое значение
27
2. Изучение изменения ширины пучка однонаправленного
волокнистого наполнителя под нагрузкой
1. Один конец образца волокнистого наполнителя 2 длиной 1 м
закрепить, а другой перебросить через ролик 1 устройства для определения ширины наполнителя под нагрузкой (рис. 2.1).
Рис. 2.1. Схема нагружения волокнистого слоя:
R - радиус ролика; F - приложенное усилие; b - ширина ровинга;
1 - ролик; 2 - однонаправленный волокнистый наполнитель
2. С помощью катетометра или штангенциркуля замерить начальную ширину b0 волокнистого наполнителя на ролике.
3. К свободному концу, с использованием зажима, приложить заданную нагрузку F.
4. Ступенчато увеличивать нагрузку (до значения не более 80 %
от разрывной) фиксируя изменение ширины bi волокнистого наполнителя.
5. Провести исследование не менее чем 3-х образцов одного и того же однонаправленного волокнистого наполнителя. Рассчитать
среднее арифметическое значение измеряемых и рассчитанных показателей.
6. Аналогично исследовать все образцы разных типов однонаправленных волокнистых наполнителей.
28
Получаемые результаты
Результаты испытаний и расчетов занести в таблицу 2.2. По полученным данным построить графическую зависимость изменения
ширины bi волокнистого наполнителя от нагрузки F.
Таблица 2.2
Влияние нагрузки на изменения ширины пучка
волокнистого наполнителя
№
образца
№
Материал F, Н b0, мм bi, мм
опыта
1
1
2
3
Среднее арифметическое значение
1
…
2
3
Среднее арифметическое значение
2. Определение показателей механических свойств
однонаправленных волокнистых наполнителей
Цель работы – определить механические свойства нитей и ро-
винга; установить отличие прочности нитей и ровинга от прочности
элементарных волокон.
Материалы и оборудование
1. Стеклонити.
2. Стекложгут (стеклолента).
3. Рамки для закрепления образцов.
4. Линейка.
5. Ножницы.
6. Клей.
29
7. Испытательная машина Р-05.
8. Катетометр или штангенциркуль.
9. Краска.
Теоретическая часть
Свойства элементарных волокон в значительной степени определяют свойства других видов волокнистых материалов, причем реализация этих свойств зависит от способа и характера текстильной переработки, которой подвергаются элементарные волокна. Поэтому механические свойства однонаправленных наполнителей всегда хуже
механических свойств элементарных волокон.
Изготовление образцов и проведение испытаний по определению
разрушающего напряжения и модуля упругости однонаправленных
волокнистых материалов проводят по ГОСТ 6943.10–79 [5].
Для испытаний применяются образцы в виде отрезков, закрепленных в рамках. Образец нагружают до разрушения на универсальной испытательной машине типа Р-05 (рис. 2.2) при скорости перемещения захватов 60-100 мм/мин. Значение приложенных усилий замеряют по шкале силоизмерителя, а для регистрации удлинения используют соответствующую шкалу на испытательной машине или
непосредственное измерение удлинения образца линейкой.
Последовательность выполнения работы
2.1. Определение разрушающего напряжения
однонаправленных волокнистых наполнителей
1. Отрезок волокнистого наполнителя длиной 220 мм закрепить
(приклеить) в рамке (рис. 1.1б).
2. Наклеенный волокнистый наполнитель в рамке разделить на
образцы, разрезав бумажные накладки и закрепить, используя для
предотвращения проскальзывания образцов прокладки из резины, в
захватах испытательной машины Р-05.
30
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]