Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Свойства компонентов полимерных композиционных материалов. Лабораторный практикум
.pdf
2. Изучение механических свойств
тканных наполнителей
Цель работы – определить механические свойства тканных на-
полнителей различной химической природы и текстуры.
Материалы и оборудование
1. Хлопчатобумажные ткани (бязь, шифон, саржа).
2. Синтетические ткани (вискоза, ацетат, полиамид).
3. Стеклоткань.
4. Углеткань.
5. Рамки для закрепления образцов.
6. Ножницы.
7. Клей.
8. Электронные весы.
9. Испытательная машина Р-05.
10. Катетометр или штангенциркуль.
11. Краска.
Теоретическая часть
Физико-механические свойства ткани характеризуются:
– разрушающей нагрузкой и пределом прочности, которые опреде-
ляют как по основе, так и по утку;
– удлинением, которое выражается в процентах от начальной дли-
ны образца при действии на него растягивающей нагрузки.
Определение механических характеристик волокнистых наполни-
телей (нитей, жгутов, тканей) проводят по ГОСТ 6943.10–79 [5].
Для испытаний применяют 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 со-
41
ответствующую шкалу на испытательной машине или непосредственное измерение удлинения образца.
Последовательность выполнения работы
2.1. Определение прочности тканных наполнителей
1. Из тканного наполнителя отрезать полоски длиной не менее
180 мм. Ширина отрезков должна быть не менее 25 мм при разрывной
нагрузке свыше 500 Н и не менее 50 мм при величине разрывной нагрузки менее 500 Н.
2. Взвесить на электронных весах отрезок тканного наполнителя.
3. Отрезок тканного наполнителя закрепить в рамке (рис. 1.1б).
4. Наклеенные отрезки ткани разделить на образцы, разрезав бу-
мажные накладки и закрепить, используя для предотвращения проскальзывания образцов прокладки из резины, в захватах испытательной машины Р-05.
5. Произвести нагружение образцов до их разрушения, включив
нижний ход захвата испытательной машины. В момент разрушения
зафиксировать нагрузку Fр.
6. По полученным значениям разрывной нагрузки Fр и общей
площади А нагружаемого наполнителя определить значение предела
прочности при растяжении
σ
(МПа) по формуле (2.2).
р
7. Провести исследования не менее чем 3-х образцов одного и того же тканного наполнителя. Рассчитать среднее арифметическое
значение измеряемых и рассчитанных показателей.
8. Аналогично исследовать все образцы разных типов тканных
наполнителей.
2.2. Определение удлинения тканых наполнителей
1. На отрезок тканного наполнителя краской, не касаясь рабочей
поверхности, нанести две метки на расстоянии 25 мм вверху и внизу
от середины образца.
42
2. Отрезок тканного наполнителя длиной 220 мм закрепить в
−
рамки (рис. 1.1б).
3. Наклеенный тканный наполнитель разделить на образцы, раз-
резав бумажные накладки и закрепить, используя для предотвращения проскальзывания образцов прокладки из резины, в захватах испытательной машины Р-05.
4. Произвести нагружение образцов до начальной нагрузки F0
(составляющей 5% от разрушающей).
5. С помощью катетометра или штангенциркуля определить рас-
стояние между метками l0 на тканном наполнителе при начальной нагрузке F0.
6. Нагрузить образец и с помощью катетометра или штангенциркуля определить расстояние l между метками в момент разрушения.
Таблица 3.2
Испытания на растяжение листовых наполнителей
по ГОСТ 6943.10–79 [5]
№
№
Fр,
А,
Т,
l0,
l,
σр,
Материал
образца
опыта
Н
мм2
текс
мм
мм
МПа
1
1
2
3
Среднее арифметическое
значение
1
…
2
3
Среднее арифметическое
значение
7. Определить удлинение ε (%) образца тканного материала по
ε,
%
формуле
ll
43
0
l
0
=
, (3.4)
100ε
⋅
где l – конечное расстояние между метками, мм; l0 – начальное расстояние между метками, мм.
8. Провести исследования не менее чем 3-х образцов одного и того же тканного наполнителя. Рассчитать среднее арифметическое
значение измеряемых и рассчитанных показателей.
9. Аналогично исследовать все образцы разных типов тканных
наполнителей.
Получаемые результаты
Результаты испытаний и расчетов занести в таблицу 3.2.
3. Изучение поведения
тканного материала при пропитке
Цель работы – изучить способность тканных наполнителей раз-
личной химической природы и текстуры к смачиванию и пропитке.
Материалы и оборудование
1. Хлопчатобумажные ткани (бязь, шифон, саржа).
2. Синтетические ткани (вискоза, ацетат, полиамид).
3. Стеклоткань.
4. Углеткань.
5. Ненасыщенная полиэфирная смола.
6. Эпоксидная смола.
7. Чернила.
8. Ножницы.
9. Линейка.
10. Кювета.
11. Электронные весы.
12. Катетометр.
13. Грузы.
44
Теоретическая часть
Важнейшей особенностью листовых и объемных наполнителей, в
первую очередь тканей, является резко выраженная зависимость их
способности к пропитке и смачиванию жидкими композициями от
текстуры и направления в плоскости (по утку или основе).
Для проведения эксперимента применяют специальную кювету для
определения смачиваемости наполнителя (рис. 3.2).
Рис. 3.2. Кювета для определения смачиваемости наполнителя:
1 – кювета; 2 – полоски наполнителя; 3 – связующее;
4 – крышка кюветы; 5 – уплотнительная прокладка; 6 – крючки для образцов
Способность к смачиванию характеризуется предельной высотой
поднятия жидкости по наполнителю и временем достижения предельной высоты.
Последовательность выполнения работы
1. Подготовить 100 г связующего (смолы), подкрасив ее несколь-
кими каплями чернил.
2. Вырезать из полотнищ тканей различной текстуры и типа во-
локон по одной полоске размером 100×25 мм вдоль основы и утка.
45
3. Полоски наполнителя 2 подвесить на крючки 6 с внутренней
стороны крышки 4 кюветы (рис. 3.2).
4. В кювету 1 налить связующее 3 в таком количестве, чтобы
концы полосок были погружены на 10-15 мм и не касались стенок
кюветы. Для выпрямления образцов к их концам перед погружением
подвесить грузы (1-2 % от разрывной нагрузки).
5. Плотно закрыть крышку кюветы 4.
6. Катетометром произвести замеры подъема границ смачивания
образцов h с интервалом времени t = 5 мин в течении 30 мин после
погружения образцов в связующее. Замеры прекратить после установления предельной высоты подъема раствора.
7. С помощью катетометра определить максимальную высоту
подъема раствора h∞ и время t∞ ее достижения.
8. Аналогично исследовать все образцы разных типов тканных
наполнителей при пропитке в различных связующих.
Получаемые результаты
Результаты исследований занести в таблицу 3.3. Проанализировать влияние текстуры ткани и направления на способность к смачиванию и сделать выводы. По полученным данным построить графическую зависимости высоты подъема границы смачивания h от времени t.
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, графики);
– выводы по работе.
46
Поведение тканного наполнителя при пропитке в связующем
Таблица 3.3
№
Материал
образца
1
…
Пропитка в
связующем
t,
мин
5
10
15
20
25
30
5
10
15
20
25
30
h,
мм
t∞,
мин
h∞,
мм
Контрольные вопросы
1. Перечислите тканые и нетканные наполнители композицион-
ных материалов.
2. Как называются нити из которых состоит ткань в зависимости
от их расположения и направления?
3. Чем различаются ткани полотняного, саржевого, сатинового и
атласного переплетения?
4. От чего зависит плотность ткани?
5. От чего зависит толщина ткани?
6. Какие параметры определяют при структурном анализе тканых
материалов?
7. По каким признакам определяют лицевую и изнаночные сто-
роны в ткани?
8. По каким признакам определяют нити основы и утка?
9. Какие механические характеристики тканей определяют?
10. Чем характеризуется способность к смачиванию ткани?
47
Лабораторная работа № 4
СВОЙСТВА ДИСПЕРСНЫХ НАПОЛНИТЕЛЕЙ
Для получения полимерных композиционных материалов приме-
няют твердые дисперсные наполнители:
– тонкодисперсные с частицами зернистой формы (сажа, диоксид
кремния, древесная мука, мел, каолин и др,);
– пластинчатой формы (тальк, слюда, графит и др.);
– полые сферы;
– разнообразные волокнистые материалы (льноволокно, древес-
ные опилки, короткие стеклянные волокна и др.).
Технологические свойства исходных дисперсных материалов
оценивают по:
– величине влажности,
– сыпучести,
– гранулометрическому составу,
– удельному объему,
– насыпной плотности.
1. Определение геометрических размеров и
формы частиц коротковолокнистых наполнителей
Цель работы – определить основные геометрические характери-
стики наполнителей.
Материалы и оборудование
1. Древесные опилки.
2. Волокна льна.
3. Короткие стеклянные волокна.
4. Мел.
5. Микроскоп.
6. Предметные стекла.
7. Штангенциркуль.
8. Микрометр.
48
Теоретическая часть
Выбор наполнителя в первую очередь обусловливается размерами его частиц и распределением по размерам (полидисперсностью), а
также формой частиц и характером их упаковки.
Дисперсные материалы классифицируют по форме в зависимости
от соотношения характеристических размеров. Классификация, представленная на рис 4.1. достаточно условна и основана на различии в
площади поверхности частиц.
Рис. 4.1. Вид и основные размеры частиц наполнителя:
а) сфера; б) куб; в) параллелепипед; г) волокно; д) чешуйка;
L – длина; H – высота; B – ширина
Форма частиц большинства наполнителей различается чрезвычайно сильно и не может быть строго охарактеризована. Поэтому
только размеры частиц и площадь их поверхности могут служить основой для классификации наполнителей и оценки их влияния на
свойства систем наполнитель - связующее.
В соответствии с этим вводится характеристика размера частицы
– диаметр эквивалентной сферы (ДЭС), т. е. диаметр такой сферы,
объем которой равен объему частицы.
49
Измеряя некоторые характеристики частицы, предполагается, что
они относятся к эквивалентной сферической частице, и вычисляется
однозначно определяемый параметр (диаметр сферы), который характеризует частицу.
Рассмотренный далее пример демонстрирует, что нет необходимости описывать частицу тремя или более числовыми значениями,
которые конечно точнее характеризуют размер, но неудобны по многим соображениям.
Берется цилиндр, диаметр которого D = 20 мкм (соответственно
радиус r = 10 мкм), а высота h = 100 мкм (рис. 4.2). Существует сфера
с диаметром Dэ, эквивалентная цилиндру по объему (Vсф = V
Рис. 4.2. Сфера, эквивалентная цилиндру
Диаметр такой сферы вычисляется следующим образом:
1. Рассчитывается объем цилиндра V
(мкм3) по формуле
цил
, (4.1)
цил
).
где π = 3,14 – математическая постоянная, равная отношению длины
окружности к её диаметру; r – радиус мерного цилиндра, см; h – высота мерного цилиндра, см.
Тогда получается, что V
= 10000π.
цил
2. Рассчитывается объем сферы Vсф (мкм3) по формуле
, (4.2)
где X – радиус сферы с эквивалентным объемом.
3. Рассчитывается радиус сферы с эквивалентным объемом
Х (мкм) по формуле
50
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]