Петрюк И.П., Лукасик В.А. (сост.) Определение механических характеристик полимерных материалов

Подождите немного. Документ загружается.

Министерство образования Российской Федерации

Волгоградский государственный технический университет

Кафедра химии и технологии переработки эластомеров

Определение механических характеристик

полимерных материалов

Методические указания к лабораторной работе

Волгоград 2004

УДК 678.04

Определение механических характеристик полимерных материалов:

Методические указания к лабораторной работе/ Сост. И.П. Петрюк, В.А.

Лукасик: Волгоград. гос. техн. ун-т.– Волгоград, 2004.– 8 с.

Описана методика определения физико-механических показателей

полимерных материалов. Для студентов направления 550800 – Химическая

технология и биотехнология по дисциплине «Материаловедение. Техноло-

гия конструкционных материалов».

Табл. 1. Библиограф.: 7 назв.

Рецензент Москвичев С.М.

Печатается по решению редакционно-издательского совета

Волгоградского государственного технического университета.

технический университет, 2004

1. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ

Целью работы является ознакомление с методами определения меха-

нических свойств полимерных материалов, применяемыми на практике для

контроля качества полимерных композиций, а также используемых для

решения различных инженерных задач.

В ходе выполнения работы студент должен овладеть навыками опре-

деления основных физико-механических показателей полимерных мате-

риалов, основными терминами и понятиями, используемыми в области по-

лимерных конструкционных материалов.

2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ

Под механическим воздействием полимерные материалы деформиру-

ются, а при более интенсивных нагрузках разрушаются. Механические

свойства материалов характеризуют возможность их использования в изде-

лиях, эксплуатируемых при воздействии механических нагрузок. Основ-

ными показателями таких свойств служат параметры прочности, твердость

и триботехнические характеристики. Они не являются «чистыми» констан-

тами материалов, но существенно зависят от формы, размеров и состояния

поверхности образцов, а также режимов испытаний, прежде всего скорости

нагружения, температуры, воздействия сред и других факторов.

В зависимости от этих факторов, для полимерных материалов опреде-

ляются: прочность при растяжении, сжатии, изгибе; прочность при много-

кратных деформациях; прочность при раздире; эластичность по отскоку и

другие. Количественные показатели этих свойств необходимы для эксплуа-

тационной оценки изделий и инженерных расчетов новых изделий.

Правила определения характеристик технической прочности материа-

лов при растяжении, сжатии, изгибе, кручении и других видах напряжен-

ного состояния установлены Государственными стандартами.

Прочность — свойство материалов сопротивляться разрушению, а

также необратимому изменению формы под действием внешних нагрузок.

Она обусловлена силами взаимодействия атомных частиц, составляющих

материал.

Многие параметры механических свойств, особенно связанные с раз-

рушением образцов, зависят от структуры материалов, поэтому их называ-

ют структурно-чувствительными.

Деформирование — изменение относительного расположения частиц

в материале. Наиболее простые его виды — растяжение, сжатие, изгиб,

кручение, сдвиг. Деформация — изменение формы и размеров образца или

его частей в результате деформирования.

Относительное удлинение — отношение приращения длины образца к

его первоначальной длине:



 (1)

где l

и l – длина образца исходная и после деформирования, мм.

Деформацию называют упругой, если она исчезает после снятия на-

грузки, или пластической, если она не исчезает (необратима). Пластиче-

скими свойствами материалов при малых деформациях часто пренебрега-

ют.

Условная прочность при растяжении — напряжения или деформации,

соответствующие максимальному (в момент разрушения образца) значе-

нию нагрузки. Отношение силы, при которой разрушается образец, к пер-

воначальной площади поперечного сечения образца:

 (2)

где Р – нагрузка при разрыве, Н; S

– площадь поперечного сечения

образца, м

При этом испытании фиксируется также относительное удлинение при

разрыве; относительное остаточное удлинение; напряжение при заданной

деформации при 100 %, 300 % и так далее. Испытания проводятся при по-

стоянной скорости деформации.

Определение условной прочности при растяжении 

, относительного

удлинения при разрыве 

, относительного остаточного удлинения после

разрыва 

ОСТ

производится по ГОСТ 270–75.

Истинный предел прочности — отношение растягивающей силы непо-

средственно перед разрывом к наименьшей площади поперечного сечения

образца.

Случайное распределение структурных неоднородностей по объему

образца приводит к разбросу значений прочности. «Слабых» мест в образ-

це тем больше, чем больше его объем. Поэтому прочность малых образцов,

например тонких нитей, выше, чем больших из того же материала (так на-

зываемый «масштабный эффект»).

Причиной неудовлетворительной прочности изделий может быть

влияние поверхностных дефектов и напряжений, которые возникают из-за

неравномерного распределения нагрузки, обусловленного особенностями

конструкции. Поэтому прочность конструктивных элементов (швов, ребер

жесткости и так далее) — конструкционная прочность — во многих случа-

ях ниже технической прочности исходных материалов.

Эластичность по отскоку 

ОТС

оценивается по углу отскока маятника

при ударе его по образцу определенной толщины.

Поверхностная прочность (твердость) характеризуется способностью

материала сопротивляться внедрению инородного тела. Твердость оцени-

вается как отношение силы, внедряющей в образец более твердое тело —

индентор, к размеру отпечатка, образовавшегося при его внедрении. Твер-

дость является механической характеристикой материалов, комплексно от-

ражающей их прочность, пластичность, а также свойства поверхностного

слоя образцов.

Твердость полимерных композиций определяется по вдавливанию в

материал стального шарика под заданной нагрузкой и измерению глубины

его вдавливания в поверхность образца через определенное время действия

нагрузки при испытании. При экспресс–испытаниях твердость определяет-

ся по методу Шор А (ГОСТ 263–75 и ГОСТ 24621–81), который заключа-

ется в замере глубины внедрения индентора в форме иглы под определен-

ной нагрузкой в условных единицах.

3. ХОД РАБОТЫ

1) Подготовить протокол и получить допуск на проведение лаборатор-

ной работы у преподавателя.

2) Для определения условной прочности при растяжении 

, относи-

тельного удлинения при разрыве 

, относительного остаточного удлине-

ния после разрыва 

ОСТ

изготовить с помощью вырубного пресса необхо-

димое количество образцов стандартного размера в виде двусторонней ло-

патки.

Произвести разметку, полученных образцов, а затем замер толщины

образцов на рабочем участке. Определение толщины проводится в начале,

середине и конце рабочего участка, за толщину образца b (мм) принимает-

ся наименьшее из трех значений. Затем производится вычисление площади

поперечного сечения образца по формуле:

= bh (3)

где h – ширина вырубного ножа, мм.

Полученные значения заносятся в таблицу 1.

Затем образец закрепляется в зажимах разрывной машины, и произво-

дится его разрушение при растяжении с постоянной скоростью. При этом

фиксируются нагрузка в момент разрыва образца Р и относительное удли-

нение в момент разрыва 

. Полученные данные заносятся в таблицу 1.

Затем по формуле (2) производится расчет условной прочности образца.

Разрушенным образцам дается «отдых» в течение 1 минуты, а затем по

формуле (1), где l – длина рабочего участка после разрушения (первона-

чальная длина рабочего участка l

= 25 мм), производится расчет 

ОСТ

. Ре-

зультаты всех расчетов сводятся в таблицу 1.

3) Для определения твердости Н и эластичности по отскоку 

ОТС

полу-

чить у преподавателя образцы в виде шайбы диаметром 50 мм и толщиной

51 мм.

Определение твердости материала производится с помощью твердо-

мера ТМ-2 не менее чем в трех разных точках на поверхности образца.

Шкала прибора ТМ-2 проградуирована в условных единицах по Шор А.

Определение эластичности по отскоку производится на маятниковом

копре Шоба не менее чем в трех разных точках на поверхности образца.

Величину угла отскока маятника определяют по шкале, проградуирован-

ной в процентах.

Полученные результаты сводятся в таблицу 1.

4) Для нивелирования разброса показателей, связанного со случайным

распределением структурных неоднородностей по объему материала, про-

изводится усреднение полученных значений физико-механических показа-

телей, результаты заносятся в таблицу 1.

Таблица 1 – Результаты определения физико-механических показателей

Ширина вырубного ножа h = … мм

№

образца

мм

кг



МПа



ОСТ



ОТС

усл.ед.

…

ср.

5) Подготовиться к отчету.

4. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1) Технологические особенности переработки термопластов.

2) Технологические особенности переработки эластомеров.

3) Классификация и номенклатура промышленных термопластов.

4) Классификация и номенклатура промышленных эластомеров.

5) Механические свойства полимерных материалов.

6) Области применения термопластов и композитов на их основе.

7) Области применения эластомерных композитов.

8) Состав композиций на основе эластомеров.

СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1) Материаловедение и конструкционные материалы: Учеб. пособие

для вузов/ Л.С. Пинчук, В.А. Струк, Н.К. Мышкин и др.– Мн.: Высшая

школа, 1989.– 461 с.

2) Материаловедение/ Б.Н. Арзамасов, И.И. Сидорин, Г.Ф. Косолапов

и др.– М.: Машиностроение, 1986.– 384 с.

3) Резниковский М.М., Лукомская А.И. Механические испытания кау-

чука и резины.– М.: Химия, 1968.– 500 с.

4) Основы технологии переработки пластмасс/ С.В. Власов, Э.Л. Ка-

линичев, Л.Б. Кандырин и др.– М.: Химия, 1995.– 528 с.

5) Гуль В.Е. Структура и прочность полимеров.– М.: Химия, 1978.–

328 с.

6) Лукасик В.А., Кирюхин Н.Н., Тужиков О.О. Основы промышленной

переработки полимеров: Учеб. пособие/ ВолгГТУ, Волгоград, 1997.– 112 с.

7) Кошелев Ф.Ф., Корнев А.Е., Буканов А.М. Общая технология рези-

ны.– М.: Химия, 1978.– 528 с.

Составители: Иван Павлович ПЕТРЮК

Владислав Антонович ЛУКАСИК

Определение механических характеристик полимерных материалов

Методические указания к лабораторной работе

Темплан 2004 г., поз. №

Подписано в печать Формат 60х84 1/16.

Бумага газетная. Печать офсетная. Усл. печ. л.

Тираж 200 экз. Заказ

Волгоградский государственный технический университет

400131 Волгоград, просп. им. В.И. Ленина, 28.

РПК «Политехник»

Волгоградского государственного технического университета

400131 Волгоград, ул. Советская, 35.