Визначення модулю пружності пластмас

4. Визначення модулю пружності пластмас

Модулем пружності називається відношення нормального напруження до відповідного відносного подовження при простому розтягу або згину зразка. Вибір характеру деформації для визначення модуля пружності залежить від властивостей пластмаси. Для пластмас, які перероблюються методом лиття під тиском або екструзією, визначають модуль пружності за випробуваннями на розтяг. Для пластмас, які перероблюються пресуванням з прес-порошків, модуль пружності визначається за випробуваннями на згин. Модуль пружності зразків, що виготовляються механічною обробкою з листових та шаруватих пластмас, можна визначати модуль пружності по випробуванням як на розтяг так ф на згин.

Методика визначення модулю пружності за розтягу або стиску передбачає вимірювання деформації зразка за багаторазового прикладення напруження, що дає можливість добути більш глибоку уяву про міцні сні характеристики пластмас в умовах експлуатації в динамічних режимах.

Визначення модулю пружності за випробуванням на розтяг. Випробування здійснюють на будь-якій випробувальній машині на розтяг. Зразки для випробувань повинні мати форму на розміри, які наведені на рис. 4 а для листових або шаруватих матеріалів та на рис. 4 б – для інших пластиків.

Кількість зразків – не менше трьох. За випробування листових або шаруватих матеріалів зразки можна виготовляти в трьох напрямках: подовжньому, поперековому та діагональному (під кутом 45°), не менше трьох зразків для кожного напрямку. Перед випробуванням вимірюють товщину і ширину зразків в робочій частині з точністю не менше 0,1 мм і обчислюють площину поперекового перетину (S) з точністю до 0,01 см². Випробування здійснюють за температури 20±5 °С.

Рис. 4. Форма та розміри зразків для визначення модулю пружності по випробуванню на розтяг

Зразки закріплюють в затискачах машини таким чином, щоб довга вісь зразка співпадала з лінією прикладення навантаження. На робочій частині зразка встановлюють тензометр. Бажано мати два тензометри з обох сторін зразка.

Зразки піддають шестикратному навантаженню – розвантаженню за різних швидкостей прикладення навантаження: 15-20 МПа в хвилину для матеріалів, міцність на розтяг яких вище 100 МПа, і 4-5 МПа для матеріалів, міцність на розтяг яких 100 МПа и менше. При кожному навантаженні записують відрахунок деформації по тензометру не менше ніж за двох вантаженнях: початковому - Р_о, що дорівнює біля 2% від руйнівного навантаження, та максимальному навантаженні - Р_макс, яке складає 8-10% від руйнівного навантаження.

Модуль пружності кожного зразка Е_i розраховують за формулою:

, Па

де  - приріст навантаження (Р_макс - Р_о), Н;

 - база тензометра, м;

 - середнє арифметичне з приросту деформації, яке підраховано зданих трьох останніх замірів.

За результат випробування приймають середнє арифметичне модулю пружності (в Па) зразків, що випробуються, та середнє квадратичне відхилення величин модулю пружності К, які розраховують за формулами ( - число зразків):

Визначення модулю пружності за випробуванням на згин. Для визначення модулю пружності за випробуванням на згин може бути використана будь-яка випробувальна машина, яка дозволяє проводити випробування на згин та вимірювати навантаження з похибкою не більше 1%.

Випробувальна машина повинна мати пристрій, який дозволяє змінювати наконечник, що передає навантаження, та відстань між опорами. Середина прольоту між опорами повинна співпадати з віссю наконечника, що передає навантаження. Краї опор повинні мати закруглення радіусом 1 мм. Заміри прогину зразка здійснюються безпосередньо під місцем прикладення навантаження з допомогою прогиноміру з точністю до 0,01 мм. Замість прогиноміру можна використовувати індикатор часового типу з ціною ділення не більше 0,01 мм.

Зразки для випробування виготовляють в вигляді брусок з розмірами, що вказані в таблиці.. Перед випробуванням замірюють ширину та товщину зразка з точністю до 0,01 мм.

Зразок укладають на опори широкою стороною та піддають шестикратному навантаженню-розвантаженню за тих же швидкостях, які прийняті за визначення модулю пружності за випробування на розтяг. Знімають показання при двох навантаженнях: початковому Р_о та максимальному Р_макс. Для кожного зразка підрахунок модулю пружності виконують по даним трьох замірів.

Модуль пружності кожного зразка Е розраховують за формулою:

 Па,

де  - зростання навантаження , Н;

 - відстань між опорами, м;

 - ширина зразка, м;

 - товщина зразка, м;

 - середнє арифметичне приросту деформації прогину, яке знайдено за даними трьох останніх замірів, м.

За результат випробування приймають середнє арифметичне модулю пружності зразків, що випробуються, Е (Па) та середнє квадратичне відхилення результатів модулю пружності К (Па), які розраховують за формулами:

де  - число зразків

 

5. Визначення твердості пластмас за Бринеллем

 

Поверхневою твердістю за Бринеллем називається здатність матеріалу чинити опір проникненню в нього стальної кульки під дією навантаження.

Випробування здійснюють на приборі Бринелля (рис. 5) на зразках, які є брусками або пластинками з гладкою поверхнею товщиною не менш за 5 мм та шириною не менш за 15 мм. За випробування стальна кулька діаметром 5 ± 0,1 мм під зусиллям 0,5 кН вдавлюється в зразок матеріалу протягом 60 с. Твёрдість виражають в Паскалях. Для випробувань беруть п’ять зразків.

Рис. 5. Прилад Бринелля

1 - зразок, що випробується; 2 - підйомний столик; 3 - індикатор.

Зразок, який підлягає випробуванню, кладуть на підйомний столик приладу, підводять зразок щільно до стальної кульки та дають навантаження, плавно опускаючи спочатку важіль, що знаходиться зліва, а потім рукоятку приладу, яка знаходиться справа.

Точно через 60 с поворотом рукоятки приладу в зворотний бік та підняттям важеля знімають навантаження. Вдавлювання здійснюється в двох місцях кожного зразка. Відстань від центра відбитка до краю зразка, а також між центрами окремих відбитків повинно бути не менш 7,5 мм. Глибину вдавлювання кульки вимірюють з допомогою індикатора.

Розрахунок твердості матеріалу за Бринеллем Н_Б здійснюють по формулі:

, Па,

де  - зусилля, яке прикладене до кульки, Н;

 - діаметр кульки, м;

 - глибина відбитка кульки, м.

Виводять середнє значення з всіх визначень. Для дуже твердих матеріалів, які мають число твердості більше 200 МПа, навантаження на кульку збільшують до 2,5 кН.

Висновок

 

В процесі написання реферату «Механічні випробування пластичних мас» з дисципліни “Контроль якості полімерних матеріалів” ми ознайомилися з:

-  загальними засадами, на яких ґрунтуються механічні випробування

пластмас;

- визначенням ударної в’язкості пластмас;

- визначенням руйнівного напруження пластмас за статичного згину,

за розтягу, за стиску;

- визначенням модулю пружності пластмас;

- визначенням твердості пластмас за Бринеллем.

 

 

Література

 

1.  Григорьев А.П., Федотова О.Я. Лабораторный практикум по технологии пластических масс. – М.: Высшая школа, 1977, с. 238-246

2.  Басов Н.И., Любартович В.А., Любартович С.А Контроль качества полимерных материалов. – Л.: Химия, 1977. – с. 25-28