Главная

Лабораторная работа

Тема: Исследование влияния эксплуатационных факторов на

работоспособность пластмасс для матриц композиционных материалов

Работоспособность пластмасс зависит от параметров эксплуатации: температуры, нагрузки, продолжительности их действия, влажности окружающей среды и др. Влияние этих параметров на работоспособность пластмасс необходимо учитывать при выборе их для изготовления изделий.

Физико-механические свойства полимерных материалов характеризуют их техническую ценность, поэтому определение этих свойств является важнейшим испытанием, которому должен подвергаться каждый выпускаемый промышленностью полимер.

Агрессивные факторы чаще всего негативно сказываются на показателях механических свойств (происходит старение материала).

Под старением понимают самопроизвольное необратимое, обычно неблагоприятное, изменение свойств материала при хранении и эксплуатации, приводящее к потере им работоспособности. Старение является результатом воздействия на полимер энергетических (тепло, свет, радиация, механические напряжения и т. д.) или химических (кислород и другие химически-активные вещества) факторов.

Важной характеристикой процесса старения является изменение технических свойств полимера, к числу которых относятся прочность, эластичность и некоторые другие, более специфические свойства (целостность поверхности, малое газовыделение и др.).

Пластические массы подвергают анализу с целью определения их стойкости к действию различных сред. Искусственное старение в лаборатории имеет целью либо унифицировать испытания, либо их ускорить путем интенсификации воздействий на полимер.

Для пластмасс в соответствии с ГОСТами предусматривается определение прочности при растяжении, статическом изгибе и сжатии, относительного удлинения и модуля упругости при разрыве, ударной вязкости, морозостойкости, твердости и других показателей.

Общие требования к изготовлению образцов для испытаний

Образцы для механических испытаний термопластичных полимеров, а также армированных пластиков изготавливают методом литья под давлением, и они имеют форму и размеры согласно ГОСТу для соответствующего метода испытаний. Для реактивных полимеров образцы изготавливают заливкой связующего в форму с последующей механической обработкой. Образцы из стеклопластиков и высоконаполненных материалов изготавливают методом прямой укладки или методом пласт-формования с последующей механической обработкой.

Технологические режимы изготовления образцов должны быть аналогичны режимам изготовления изделий из данного материала. Образцы должны иметь гладкую поверхность, без вздутий, сколов, раковин и других дефектов. Для испытаний каждого вида используют не менее пяти образцов. Перед проведением испытаний образцы необходимо кондиционировать при температуре 23±2°С и влажности 50±5% в течение 16 ч.

Геометрические размеры образцов измеряют в трех местах с погрешностью не более 0,01 мм. По среднему значению определяют начальное значение площади поперечного сечения.

Прочностные показатели пластмасс определяют на разрывных машинах, на которых можно производить испытания на растяжение, изгиб и сжатие. Такой универсальной испытательной машиной, например, является машина типа Р-0,5 с максимальной нагрузкой 500 кгс (4905 Н) постоянной скоростью деформации и маятниковым силоизмерителем. Машина укомплектована двухклиновыми зажимами для проведения испытаний на растяжение и реверсом для испытаний на изгиб. Нагрузку фиксируют по стрелке динамометра, а удлинение – по шкале деформации. При необходимости точного определения деформаций применяют специальные приборы: механический тензометр, электрический тензорезисторный датчик и индикатор часового типа.

Литература

1. Пластмассы. Изготовление образцов для испытаний из реактопластов. Общие требования: ГОСТ 12015–66. – Введен 01.01.1967. – М.: Изд-во стандартов, 1988.– 8 с.

2. Пластмассы. Изготовление образцов для испытания из термопластов. Общие требования: ГОСТ 12019–66. – Введен 01.01.1967. – М.: ИПК Изд-во стандартов, 1999. – 8 с.

Задание № 1. Определение прочности и модуля упругости при растяжении полимерных материалов

I. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ЗАДАНИЯ №1

Определение прочности материала при растяжении проводится по ГОСТ 11262, а определение модуля упругости – по ГОСТ 9550-81.

Образцы для испытаний термопластов и армированных пластиков должны соответствовать типу и размерам, указанным на рис.1 и в таблице 1.

Рис.1. Образцы для испытаний материалов на растяжение.

Числовые значения параметров приведены в таблице 1.

Образец типа 1 применяют для испытаний пластмасс с высоким относительным удлинением при разрыве (полиэтилен, пластифицированный поливинилхлорид), образец типа 2 – для испытаний большинства материалов (термореактивные, термопластичные и слоистые пластики), образец типа 3 в форме полоски – для испытаний стеклопластиков.

Таблица 1

Размеры образцов, мм	Образец типа
Размеры образцов, мм	1	2	3
Общая длина l₁, не менее	115	150	250
Расстояние между метками, определяющими положение кромок зажимов на образце, l₂	80±5	115±5	170±5
Длина рабочей части l₃	33±1	60±1	–
Расчетная длина l₀	25±1	50±1	50±1
Ширина головки b₁	25±0,5	20±0,5	25±0,5
Ширина рабочей части b₂	6±0,4	10±0,5	–
Толщина h	2±0,2 (от 1 до 3)	4±0,4 (от 1 до 10)	2±0,2 (от 1 до 6)

Диаграмму растяжения строят при нагружении образца до разрушения. Скорость нагружения – 2,0±0,4 мм/мин. По удлинению в момент разрушения ∆l определяют относительно удлинение при разрыве ε.

По максимальному значению нагрузки F_p вычисляют предел прочности при растяжении.

Удлинение измеряют прибором с погрешностью не более 2% в диапазоне 0,1–0,5 мм. База преобразователя перемещения L₀, устанавливаемого на образец, не менее 20 мм.

По диаграмме деформирования определяют значения нагрузок F₁ и F₂ и удлинение ∆l₁ и ∆l₂, соответствующих относительному удлинению 0,1% и 0,3% и рассчитывают модуль упругости при растяжении.

При невозможности записи диаграммы деформирования модуль упругости определяют при циклическом нагружении образца (до получения стабильных приращений) в диапазоне усилий F₁ = (0,05–0,1)∙F_р до F₂ = 0,2∙F_р. При значениях нагрузки F₁ и F₂ определяют приращение ∆l на базе L₀.

II. ВЫПОЛНЕНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТА И ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ИСПЫТАНИЙ

Испытания на растяжение проводят при температуре 23±2°С в соответствии с ГОСТ 11262–80 и ГОСТ 9550–81.

Перед испытанием замеряют ширину и толщину образцов в рабочей части с точностью до 0,01 мм не менее чем в трех местах и вычисляют площадь поперечного сечения. В расчет принимают наименьшую площадь поперечного сечения.

Перед испытанием на образец наносят необходимые метки (без повреждения образцов), ограничивающие его базу и положение кромок захватов (таблица 1).

Образцы закрепляют в зажимы испытательной машины по меткам, определяющим положение кромок зажимов, таким образом, чтобы продольные оси зажимов и ось образца совпадали между собой и с направлением движения подвижного зажима. Зажимы затягивают равномерно, чтобы не было проскальзывания образца в процессе испытания, но при этом не происходило его разрушение в месте закрепления. Далее настраивают прибор для замера деформаций.

Затем образец нагружают возрастающей нагрузкой, величину которой фиксируют по шкале динамометра. Скорость нагружения составляет 25 мм/мин при определении прочности и относительного остаточного удлинения. В момент разрушения фиксируют наибольшее усилие и определяют прочность при растяжении по формуле

где F_p – нагрузка, при которой образец разрушился, Н; S₀ = bh – начальное поперечное сечение образца, мм²; b, h – ширина и толщина образца соответственно, мм.

Образцы, разрушившиеся за пределами рабочей части, за результат не принимают.

По удлинению в момент разрушения Dl определяют относительное удлинение при разрыве ε:

где ∆l – изменение расчетной длины образца в момент разрыва, мм; l₀ – расчетная длина, мм.

Модуль упругости определяют по формуле

где F₁, F₂ – значения нагрузок, соответствующих относительному удлинению 0,1% и 0,3%, Н; ∆l₁, ∆l₂ – удлинение при нагрузках F₁, F₂ соответственно, мм.

За результат измерения прочности, относительного удлинения и модуля упругости принимают среднее арифметическое значение для всех образцов.

Форма отчета по заданию №1

Результаты испытаний заносят в протокол.

ПРОТОКОЛ № ____ от _____________

Испытания на растяжение по ГОСТ 11262–80

1. ИСПЫТАТЕЛЬНАЯ МАШИНА (тип, номер, год выпуска, шкала)

2. АППАРАТУРА: (измеритель удлинения, тип и основные характеристики)

3. МАТЕРИАЛ: (тип, марка или состав связующего, ГОСТ, дата изготовления)

4. ОБРАЗЦЫ: (тип, размеры, количество, метод изготовления)

5. УСЛОВИЯ КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ: температура 20 °С, относительная влажность 50% в течение 24 ч.

6. УСЛОВИЯ ПРОВЕДЕНИЯ ИСПЫТАНИЯ: (температура, влажность, скорость нагружения)

7. РЕЗУЛЬТАТЫ ИСПЫТАНИЙ:

№ п/п	l_0,мм	Размеры образцов, мм		S₀, мм²	F, Н	σ_р, МПа
		h	b
1
…
Среднее арифметическое значение, МПа
Среднее квадратическое отклонение
Коэффициент вариации, %

Испытания провел:

ПРОТОКОЛ № ____ от _____________

Определения модуля упругости при растяжении по ГОСТ 9550–81

1. ИСПЫТАТЕЛЬНАЯ МАШИНА (тип, номер, год выпуска, шкала)

2. АППАРАТУРА: (измеритель удлинения, тип и основные характеристики)

3. МАТЕРИАЛ: (тип, марка или состав связующего, ГОСТ, дата изготовления)

4. ОБРАЗЦЫ: (тип, размеры, база, количество, метод изготовления)

5. УСЛОВИЯ КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ: температура 20 °С, относительная влажность 50 % в течение 24 часов.

6. УСЛОВИЯ ПРОВЕДЕНИЯ ИСПЫТАНИЯ: (температура, влажность, скорость нагружения)

7. РЕЗУЛЬТАТЫ ИСПЫТАНИЙ:

№ п/п	l_0,мм	Размеры образцов, мм		S₀, мм²	Нагрузка, Н		Удлинение, мм		Е_р, ГПа
№ п/п	l_0,мм	h	b	S₀, мм²	F₁	F₂	l₁	l₂	Е_р, ГПа
1
…
Среднее арифметическое значение
Среднее квадратическое отклонение
Коэффициент вариации, %

Испытания провел:

Литература

1. Пластмассы. Метод определения модуля упругости при растяжении, сжатии и изгибе: ГОСТ 9550–81. – Взамен ГОСТ 9550–71; введ. 01.07.1982. – М.: ИПК Изд-во стандартов, 2004. – 8 с.

2. Пластмассы. Метод испытания на растяжение: ГОСТ 11262–80. – Взамен ГОСТ 11262–76; введ. 01.12.1980. – М.: Изд-во стандартов, 1986.– 16 с.

3. Пластмассы. Методы механических испытаний. Общие требования: ГОСТ 14359–69. – Введен 01.01.1970. – М.: Изд-во стандартов, 1979.– 21 с.

4. Расчеты и испытания на прочность. Методы механических испытаний композиционных материалов с полимерной матрицей (композитов). Метод испытания плоских образцов на растяжение при нормальной, повышенной и пониженной температурах: ГОСТ 25.601–80. – Введен 01.07.81. – М.: Изд-во стандартов, 1980.– 16 с.

Задание № 2. Определение прочности и модуля упругости при статическом изгибе полимерных материалов

I. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ЗАДАНИЯ №2

Определение прочности материала при изгибе проводится в соответствии с ГОСТ 4648–71, а модуля упругости – по ГОСТ 9550–81.

Метод определения прочности при статическом изгибе заключается в кратковременном приложении нагрузки на образец пластмассы.

Образцы для испытаний изготавливают методом литья под давлением или механической вырезкой из пластин, полученных методом пласт-формования или прямого прессования. Образцы должны иметь вид бруска с размерами, указанными на рис. 2 и в таблице 2.

Рис. 2. Вид образцов для испытаний на статический изгиб.

Таблица 2

Размеры, мм	Тип образца
Размеры, мм	1	2
Длина L	120±2	Не менее 80±2
Ширина b	15±0,5	10±0,5
Толщина h	10±0,5	4±0,2

Для нагружения по трехточечной схеме применяют реверс (рис. 3). Радиус наконечника 5±0,1 мм, радиус скругления опор 2±0,2 мм.

Нагружая образец до разрушения со скоростью передвижения наконечника 1–2 мм/мин (≈h/2) строят диаграмму деформирования, по максимальной нагрузке в момент разрушения определяют прочность при изгибе.

Модуль упругости определяют при нагружении образца в диапазоне до 0,2F_p. Прогибы измеряют с погрешностью не более 0,1 мм индикатором часового типа ИЧ-10.

Рис. 3. Схема реверса для испытаний образцов на изгиб: 1 – образец;

2 - наконечник; 3 – опоры; 4 – индикатор часового типа

В ходе эксперимента измеряют прогибы при двух значениях нагрузки усилий F₁ = (0,05–0,1)F_р и F₂ = 0,2F_р. Отсчеты при выбранных значениях сил производят до получения стабильных показаний.

Также модуль упругости определяется по диаграмме деформирования для нагрузок и прогибов, соответствующих значениям относительной деформации 0,1% и 0,3%.

II. ВЫПОЛНЕНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТА И ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ИСПЫТАНИЙ

Образец устанавливают в устройство с нагружающим наконечником и опорами, которое реализует трехточечную схему нагружения (см. рис. 3). В зависимости от толщины образца расстояние между опорами устанавливают согласно соотношению

Перед испытанием в средней трети образца замеряют его толщину и ширину с точностью до 0,01 мм. Образец устанавливают на опоры широкой стороной и производят нагружение наконечником по середине. Нагружение проводят плавно без толчков при постоянной скорости, равной 2 мм/мин. В процессе нагружения фиксируют нагрузку в момент разрушения. Образцы, разрушившиеся не в средней трети расстояния между опорами, в расчетах не используют.

Изгибающее напряжение σ_и при максимальной разрушающей нагрузке определяется так:

где F_p – разрушающая нагрузка, Н; L_v – расстояние между опорами, мм; b, h – ширина и толщина образца соответственно, мм.

Модуль упругости вычисляют по формуле

где F₁ = (0,05–0,1)F_р и F₂ = 0,2F_р – усилия при нагружении образца, Н; f₁, f₂ – прогибы, соответствующие нагрузкам F₁ и F₂, мм; L_v – расстояние между опорами, мм; b, h - ширина и толщина образца, мм.

За результат измерения прочности и модуля упругости принимают среднее арифметическое значение для всех образцов.

Форма отчета по заданию №2

Результаты испытаний заносят в протокол.

ПРОТОКОЛ № ____ от _____________

Определения модуля упругости при изгибе по ГОСТ 9550–80

1. ИСПЫТАТЕЛЬНАЯ МАШИНА (тип, номер, год выпуска, шкала)

2. АППАРАТУРА: (реверс, измеритель прогиба, тип и основные характеристики)

3. МАТЕРИАЛ: (тип, марка или состав связующего, ГОСТ, дата изготовления)

4. ОБРАЗЦЫ: (тип, размеры, база, количество, метод изготовления)

5. УСЛОВИЯ КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ: температура 20°С, относительная влажность 50% в течение 24 ч.

6. УСЛОВИЯ ПРОВЕДЕНИЯ ИСПЫТАНИЯ: (температура, влажность, скорость нагружения)

7. РЕЗУЛЬТАТЫ ИСПЫТАНИЙ:

№ п/п	L_v_,мм	Размеры образцов, мм		Нагрузка, Н		Прогиб, мм		Е_и, ГПа
№ п/п	L_v_,мм	h	b	F₁	F₂	f₁	f₂	Е_и, ГПа
1
…
Среднее арифметическое значение
Среднее квадратическое отклонение
Коэффициент вариации, %

Испытания провел:

ПРОТОКОЛ № ____ от _____________

Испытания на статический изгиб по ГОСТ 4648–71

1. ИСПЫТАТЕЛЬНАЯ МАШИНА (тип, номер, год выпуска, шкала)

2. АППАРАТУРА: (реверс, измеритель прогиба, тип и основные характеристики)

3. МАТЕРИАЛ: (тип, марка или состав связующего, ГОСТ, дата изготовления)

4. ОБРАЗЦЫ: (тип, размеры, база, количество, метод изготовления)

5. УСЛОВИЯ КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ: температура 20°С, относительная влажность 50% в течение 24 часов.

6. УСЛОВИЯ ПРОВЕДЕНИЯ ИСПЫТАНИЯ: (температура, влажность, скорость нагружения)

7. РЕЗУЛЬТАТЫ ИСПЫТАНИЙ:

№ п/п	L_v_,мм	Размеры образцов, мм		F_p, Н	f, мм	σ_и, МПа
		h	b
1
…
Среднее арифметическое значение
Среднее квадратическое отклонение
Коэффициент вариации, %

Вид разрушения (для каждого образца) –

Испытания провел:

Литература

1. Пластмассы. Метод испытания на статический изгиб: ГОСТ 4648–71. – Взамен ГОСТ 4648–63; введ. 01.01.1973. – М.: Изд-во стандартов, 1992. – 12 с.

2. Пластмассы. Метод определения модуля упругости при растяжении, сжатии и изгибе: ГОСТ 9550–81. – Взамен ГОСТ 9550–71; введ. 01.07.1982. – М.: ИПК Изд-во стандартов, 2004. – 8 с.

3. Расчеты и испытания на прочность. Методы механических испытаний композиционных материалов с полимерной матрицей (композитов). Метод испытания на изгиб при нормальной, повышенной и пониженной температурах: ГОСТ 25.604–82. – Введен 01.07.84. М.: Изд-во стандартов, 1983.– 16 с.

Задание № 3. Определение ударной вязкости полимерных материалов

I. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ЗАДАНИЯ №3

Определение ударной вязкости проводят в соответствии с ГОСТ 4647–80.

Для эксперимента применяют образцы в виде брусков прямоугольного сечения размерами 10±0,5×15±0,5×120±2 мм. При изготовлении образцов из листовых материалов, имеющих толщину менее 10 мм, толщина остается равной толщине листа. При изготовлении образцов из плит толщиной более 10 мм плита срезается с обеих сторон до толщины 10±0,5 мм. Размеры образцов и вид надреза показаны на рисунок.

Рис.4. Вид образцов для испытаний на ударную вязкость

Количество образцов для испытаний – не менее пяти. Поверхность образцов не должна иметь видимых дефектов.

Испытания проводят на маятниковом копре, в котором образец свободно лежит на двух опорах. Нагрузка осуществляется при помощи маятника, производящего удар по всей ширине образца. Необходимо, чтобы плоскость качания была перпендикулярна оси образца, уложенного на опоры, и проходила в середине пролета между ними. Центр удара должен совпадать с центром тяжести маятника и лежать на середине ширины образца.

Расстояние между опорами составляет 40±0,2 мм для образцов толщиной 4±0,2 мм и 70±0,2 мм для образцов толщиной более 4 мм.

Общие потери энергии копра определяются по стрелке указателя, установленной в начальном положении, соответствующем максимальному значению шкалы.

II. ВЫПОЛНЕНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТА И ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ИСПЫТАНИЙ

Перед началом эксперимента определяют угол взлета маятника на холостом ходу. Для этого стрелку шкалы устанавливают в начальное положение и дают маятнику свободно падать из его верхнего положения. При правильной работе копра стрелка указателя остановится напротив нулевого положения шкалы.

Образцы кондиционируют и проводят замеры толщины и ширины в средней части с точностью до 0,01мм.

Испытуемый образец укладывают на опоры так, чтобы удар пришелся по его широкой стороне. При этом образец должен полностью прилегать к стенкам опор.

Стрелку прибора опускают вниз до совпадения с максимальным значением шкалы. Поднимают маятник до верхнего исходного положения, в котором он удерживается защелкой. Затем маятник освобождают и дают ему свободно падать.

После разрушения образца маятник останавливают и по шкале производят отсчет значения работы, затраченной на разрушение образца с точностью, равной половине цены деления соответствующей шкалы копра.

Удар по образцу наносят только один раз. Если образец не разрушился, то его заменяют другим.

Ударную вязкость образца a в кДж/м² (с надрезом или без надреза) определяют из соотношения

где А – работа, затраченная на разрушение образца, Дж; S – площадь поперечного сечения образца в месте разрушения, м².

За результат испытаний принимают Среднее арифметическое значение не менее трех измерений.

Форма отчета по заданию №3

Результаты испытаний заносят в протокол.

ПРОТОКОЛ № ____ от _____________

Определения ударной вязкости по ГОСТ 4647–80

1. ИСПЫТАТЕЛЬНАЯ МАШИНА (тип, номер, год выпуска, шкала)

2. АППАРАТУРА: (тип и основные характеристики)

3. МАТЕРИАЛ: (тип, марка или состав связующего, ГОСТ, дата изготовления)

4. ОБРАЗЦЫ: (тип, размеры, база, количество, метод изготовления)

5. УСЛОВИЯ КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ: температура 20°С, относительная влажность 50% в течение 24 ч.

6. УСЛОВИЯ ПРОВЕДЕНИЯ ИСПЫТАНИЯ: (температура, влажность, скорость нагружения)

7. РЕЗУЛЬТАТЫ ИСПЫТАНИЙ:

№ п/п	Расстояние между опорами, мм	Размеры образца, мм		S, м²	А, Дж	а, кДж/м²
		h	b
1
…
Среднее арифметическое значение
Среднее квадратическое отклонение
Коэффициент вариации, %

Испытания провел:

Литература

1. Пластмассы. Метод определения ударной вязкости по Шарпи: ГОСТ 4647–80. – Взамен ГОСТ 4647–69; введ. 01.06.1981. – М.: ИПК Изд-во стандартов, 1998. – 16 с.

Задание № 4. Определение влияния температуры на механические свойства полимерных материалов

Цель работы: исследовать влияние повышенных и пониженных температур на механические свойства полимерных материалов.

I. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ЗАДАНИЯ №4

Изделия из полимерных материалов при эксплуатации подвергаются воздействию температур (повышенных или пониженных) в зависимости от условий окружающей среды. Поэтому определение влияния данного фактора на механические свойства полимерных материалов является важным процессом. Изменение свойств материала при воздействии температур в обычных условиях занимает продолжительный промежуток времени, поэтому для ускорения процесса термического старения в лабораториях создают искусственные условия воздействия температур.

Оценка степени старения проводится по коэффициенту старения, который показывает степень снижения тех или иных свойств материала.

II. ВЫПОЛНЕНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТА И ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ИСПЫТАНИЙ

1. Влияние повышенных температур

Оборудование и материалы: образцы полимерных материалов (термопластичных и термореактивных), термошкаф, эксикатор, весы, испытательная машина, тензометр механический, штангенциркуль.

Ход работы. Берут образцы материала в виде лопаток и брусков (приложение 8-10) в количестве трех для каждой температуры.

Выдерживают образцы при температурах, не превышающих температуры эксплуатации в соответствии с режимами по табл. 3.

Таблица 3

Материал	Температура, °С	Время выдержки, ч.
Полиэтилен высокого давления (ПЭВД)	30; 40; 50	0,5; 1; 2; 16; 72; 96
Полиэтилен низкого давления (ПЭНД)	30; 40; 50	0,5; 1; 2; 16; 72; 96
Полипропилен (ПП)	30; 40; 55; 70	0,5; 1; 2; 16; 72; 96
Полиамид (ПА)	30; 40; 55; 70	0,5; 1; 2; 16; 72; 96
Полиэтилентерефталат (ПЭТФ)	30; 40; 55; 70; 85	0,5; 1; 2; 16; 72; 96

Подвергшиеся температурному старению образцы материала исследуют по внешнему виду и определяют предел прочности, модуль упругости и относительное остаточное удлинение при разрыве, предел прочности при статическом изгибе, ударную вязкость по стандартным методикам для испытаний полимерных материалов (задания 1-3 данной лабораторной работы).

Сравнивают полученные результаты с соответствующими показателями необработанных образцов и определяют коэффициент старения K_τ по формуле

где A₀, A₁ – показатели, характеризующие свойство материала до старения и после него соответственно.

За результат принимают среднее арифметическое значение не менее трех параллельных измерений для показателей, отличающихся не более чем на 5%.

Делают вывод о влиянии температурных воздействий и их продолжительности на механические свойства полимерных материалов.

Экспериментальные данные по определению механических свойств оформляют в виде протоколов (задания 1-3 данной лабораторной работы).

Сравнительные результаты эксперимента представляют в виде табл. 4 и графиков зависимости свойств от температуры и времени выдержки.

Таблица 4

№ п/п

Материал

Показатель свойств

до старения А₀

Температура, °С

Время

выдержки, ч

Показатель свойств

после старения А₁

K_τ

…

2. Влияние пониженных температур

Оборудование и материалы: образцы полимерных материалов (термопластичных и термореактивных), морозильная камера, эксикатор, весы, испытательная машина, тензометр механический, штангенциркуль.

Ход работы: Берут образцы материала в виде лопаток и брусков (задания 1-3 данной лабораторной работы) в количестве трех для каждой температуры.

Выдерживают образцы при пониженных температурах в соответствии с режимами по табл. 5.

Таблица 5

Материал	Температура, °С	Время выдержки, ч
Полиэтилен высокого давления (ПЭВД)	+5; 0; –5; –10; –25	1; 2; 16; 72; 96
Полиэтилен низкого давления (ПЭНД)	+5; 0; –5; –10; –25	1; 2; 16; 72; 96
Полипропилен (ПП)	+5; 0; –5; –10; –25	1; 2; 16; 72; 96
Полиамид (ПА)	+5; 0; –5; –10; –25	1; 2; 16; 72; 96
Полиэтилентерефталат (ПЭТФ)	+5; 0; –5; –10; –25	1; 2; 16; 72; 96

Делают вывод о влиянии температурных воздействий и их продолжительности на механические свойства полимерных материалов (аналогично предыдущему пункту 1).

Сравнительные результаты эксперимента представляют в виде табл. 6 и графиков зависимости свойств от температуры и времени выдержки.

Таблица 6

№ п/п

Материал

Показатель свойств

до старения А₀

Температура,

°С

Время

выдержки, ч

Показатель свойств

после старения А₁

K_τ

…

Задание № 5. Определение влияния влаги на механические свойства полимерных материалов

Цель работы: исследовать влияние влаги на механические свойства полимерных материалов.

I. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ЗАДАНИЯ №5

Под агрессивными средами понимают жидкие или газообразные материалы, взаимодействующие с полимерами и изменяющие их рабочие свойства. Практически к агрессивным средам относят сравнительно химически инертные к полимерам материалы (вода, масла и топлива) и химически активные вещества (фтор, азотная, серная кислота и др.). К агрессивным средам также относят кислород и озон воздуха, поверхностно-активные вещества (растворы мыл, спирты и т. д.).

Жидкие агрессивные среды в общем случае могут оказывать на полимер как физическое (набухание), так и химическое воздействие, влияя на его рабочие свойства. Сравнивать устойчивость различных материалов к агрессивным средам можно по изменению прочности, относительного остаточного удлинения и твердости, по величине набухания и др.

II. ВЫПОЛНЕНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТА И ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ИСПЫТАНИЙ

Оборудование и материалы: образцы полимерных материалов (термопластичных и термореактивных), испытательная машина, реверс для проведения испытаний на статический изгиб, тензометр механический, штангенциркуль.

Ход работы: Берут образцы материала в виде лопаток и брусков (задания 1-3 данной лабораторной работы).

Выдерживают образцы в воде в течение 0,5; 1; 2, 4, 10 суток.

Делают вывод о влиянии продолжительности воздействия влаги на механические свойства полимерных материалов (аналогично п. 1 задания № 4 данной лабораторной работы).

Сравнительные результаты эксперимента представляют в виде табл. 7 и графиков зависимости свойств от времени выдержки в воде.

Таблица 7

№ п/п

Материал

Показатель свойств до старения А₀

Время

выдержки, ч

Показатель свойств после старения А₁

K_τ

…

Литература

1. Методы испытания, контроля и исследования машиностроительных материалов: справ. пособие. – М.: Машиностроение, 1993. – Т.3. Методы исследования неметаллических материалов. – 283 с.

2. Единая система защиты от коррозии и старения. Пластмассы. Методы испытаний на старение при воздействии естественных и искусственных климатических факторов: ГОСТ 9.708–83. – Взамен ГОСТ 17170–71, ГОСТ 17171–71; введ. 01.01.1985. – М.: Изд-во стандартов, 1984. – 12 с.

3. Основные методы испытаний на воздействие внешних факторов. Часть 1. Общие положения и руководство: ГОСТ 28198–89 (МЭК 68–1–88). – Введен 01.03.90; переиздан 01.06.99. – М.: Стандартинформ, 2006. – 23 с.

4. Основные методы испытаний на воздействие внешних факторов. Часть 2. Испытания. Испытание А: Холод: ГОСТ 28199–89 (МЭК 68–2–1–74). – Введен 01.03.90. – М.: Стандартинформ, 2006. – 23 с.

5. Основные методы испытаний на воздействие внешних факторов. Часть 2. Испытания. Испытание В: Сухое тепло: ГОСТ 28200–89 (МЭК 68–2–2–74). – Введен 01.03.90. – М.: Стандартинформ, 2006. – 52 с.

Вопросы для подготовки к защите работы

- Какие факторы внешней среды оказывают влияние на свойства полимерных материалов? В чем проявляется это влияние?

- Что называют старением материалов? Какое влияние на свойства материалов оказывает процесс старения?

- Какое влияние на свойства полимерных материалов оказывает выдержка при повышенных и при пониженных температурах?

- Как ведут себя полимеры при воздействии на них агрессивных жидкостей?

email: KarimovI@rambler.ru

Адрес: Россия, 450071, г.Уфа, почтовый ящик 21

Теоретическая механика Строительная механика

Прикладная механика Детали машин Теория машин и механизмов

00:00:00