Механические испытания пластмасс С. Тернер

У нас вы можете скачать книгу Механические испытания пластмасс С. Тернер в fb2, txt, PDF, EPUB, doc, rtf, jar, djvu, lrf!

Результаты этих испытаний широко используются как справочные для сравнения ударных вязкостей материалов. Испытания образцов с надрезом на ударную прочность по Изоду лучше всего применимы для определения ударной прочности изделий, имеющих много острых углов, например ребер, пересекающихся стенок и других мест концентрации напряжений.

При испытаниях на ударную прочность по Изоду образцов без надреза, применяется та же геометрия нагружения, за исключением того, что образец не имеет надреза или зажат в тисках в перевернутом положении.

Испытания этого типа всегда дают более высокие результаты по сравнению с испытаниями образцов с надрезом по Изоду из-за отсутствия места концентрации напряжений. Ударной прочностью образцов с надрезом по методу Изода является энергия удара, затраченная на разрушение надрезанного образца, деленная на исходную площадь поперечного сечения образца в месте надреза. Эту прочность выражают в килоджоулях на квадратный метр: Образец вертикально зажимают в тисках ударного копра.

Обозначения ISO отражают тип образца и тип надреза: Как можно увидеть на рисунке ниже, образец типа 1 имеет длину 80 мм, высоту 10 мм и толщину 4 мм.

Образцы, используемые по методу ASTM, имеют подобные размеры: Результаты испытаний по ISO определяют как энергию удара в джоулях, затраченную на разрушение испытуемого образца, деленную на площадь поперечного сечения образца в месте надреза. Результат выражают в колоджоулях на квадратный метр: Результаты испытаний по методу ASTM определяют как энергию удара в джоулях, деленную на длину надреза то есть толщину образца. Их выражают в джоулях на метр: Практический коэффициент пересчета равен Разная толщина образцов может отразиться на различных интерпретациях "ударной прочности", как показано отдельно.

Образцы для измерения ударной прочности. При испытании по методу Шарпи образец не зажимают, а свободно устанавливают на опору в горизонтальном положении. Результаты по обоим методам ISO и DIN определяются как энергия удара в джоулях, поглощенная испытуемым образцом, деленная на площадь поперечного сечения образца в месте надреза. Эти результаты выражаются в килоджоулях на квадратный метр: Теплостойкость по Вика VST - температура размягчения по Вика является температурой, при которой проникновение достигает 1 мм.

Можно обнаружить некоторые различия в публикуемых результатах по методу ISO по сравнению со стандартами ASTM из-за разных размеров испытуемых образцов: При этих испытаниях измеряют влияние температуры на жесткость: Образцы, используемые в испытаниях бывают отпущенные annealed и неотпущенные unannealed. Отпуск представляет собой процесс, при котором образец нагревают до определенной температуры, некоторое время выдерживают при ней, а затем постепенно понижают температуру до уровня окружающей среды.

Такие действия позволяют снизить или полностью удалить внутренние напряжения в теле образца, возникшие, например, в момент ускоренной полимеризации в термопластавтомате.

Действие силы допускается в течение 5 мин, но этот период выдержки может быть пропущен, если испытуемые материалы не проявляют заметной ползучести в течение первых 5 минут.

За деформацией испытуемого образца ведется непрерывное наблюдение:. Несмотря на отсутствие упоминаний в обоих стандартах по испытаниям, обычно используют два сокращения:.

Деформационная теплостойкость HDT и аморфные и полукристаллические пластики. Для аморфных полимеров значения HDT примерно совпадают со значениями температуры стеклования Tg материала.

Поскольку аморфные полимеры не имеют определенной температуры плавления, они обрабатываются в своем, высокоэластическом состоянии при температуре выше Tg. Кристаллические полимеры могут иметь низкие значения HDT и еще обладать конструктивной полезностью при более высоких температурах: Для некоторых полимеров может потребоваться отпуск отжиг испытуемых образцов для получения достоверных результатов.

При добавлении стекловолокон в полимер, повышается его модуль. Поскольку HDT представляет собой температуру, при которой материал имеет определенный модуль, увеличение модуля также повышает значение HDT. Стекловолокно оказывает большее влияние на HDT кристаллических полимеров по сравнению с аморфными полимерами.

Несмотря на широкое использование для указания рабочей характеристики при высокой температуре, испытания по определению HDT имитируют только узкий диапазон условий. Во многих высокотемпературных вариантах применения изделия работают при более высоких температурах, большей нагрузке и без опор. Поэтому результаты, полученные при этом методе испытаний , не представляют максимальную температуру применения, поскольку в реальной действительности такие существенные факторы, как время, нагрузка и номинальные поверхностные напряжения могут отличаться от условий испытаний.

Образец горизонтально устанавливают на опору в нагревательной камере и вдавливают в него шарик диаметром 5 мм с усилием 20 Н. По истечении одного часа шарик удаляют, образец охлаждают в воде в течении 10 сек и измеряют отпечаток, оставленный шариком. Если диаметр отпечатка менее 2 мм, то считают, что материал прошел испытания на вдавливание шарика при данной температуре.

Термоизолирующие свойства пластиков определяются посредством измерения теплопроводности. Широкие пластины пластика устанавливают по обе стороны небольшой нагреваемой плиты, а к свободным поверхностям пластин прикрепляют теплоотводы. Термоизоляторы, расположенные вокруг испытательной камеры, предотвращают радиальные потери тепла.

После этого можно измерить аксиальный поток тепла через пластиковые пластины. Электрический - посредством измерения электрической прочности диэлектрика. Ударный механический - посредством измерения ударной прочности при растяжении.

Безударный механический - посредством измерения прочности на растяжение. Эти три свойства были выбраны как критические показатели в испытаниях из-за их чувствительности к высоким температурам при использовании. Тепловые характеристики материала в течение длительного времени испытывают в сравнении со вторым контрольным материалом, для которого уже определен индекс RTI и который показал хорошие характеристики. Исходя из термина "относительный температурный индекс", контрольный материал применяется потому, что характеристикам, ухудшающимся при повышении температуры, присуща изначальная чувствительность к переменным факторам самой программы испытаний.

На контрольный материал оказывают влияние те же специфические сочетания этих факторов в процессе испытания, что обеспечивает достоверную базу для сравнения с испытуемым материалом. В идеальном случае измеряемые в течение длительного времени тепловые характеристики можно было бы оценивать посредством старения испытуемого материала при нормальной температуре в течение длительного периода времени.

Однако это непрактично для большинства вариантов применения. Поэтому осуществляется ускоренное старение при значительно более высоких температурах. В процессе старения образцы испытуемого и контрольного материалов помещают в печи, в которых поддерживается заданная постоянная температура.

Образцы испытуемого и контрольного материалов извлекают в заданные моменты времени, а затем испытывают на сохранение основных свойств. Посредством измерения трех упомянутых свойств в зависимости от времени и температуры можно математически вычислить "конец срока эксплуатации" для каждой температуры. Подстановкой данных испытаний в уравнение Аррениуса можно определить максимальную температуру, при которой испытуемый материал будет иметь удовлетворительный срок эксплуатации.

Эта расчетная температура является индексом RTI для каждого свойства материала. Понимание методики определения индекса RTI позволяет конструктору использовать этот индекс для прогнозирования того, как детали, формируемые из данного материала, будут работать при реальной эксплуатации под действием повышенных температур.

Каждый материал при нагревании расширяется. Полимерные детали, изготовленные методом литья под давлением, расширяются и изменяют размеры пропорционально повышению температуры. Для оценки этого расширения конструкторы используют коэффициент линейного теплового расширения CLTE , определяющий изменения длины, ширины и толщины формованной детали. Аморфные полимеры в основном отличаются согласующимися скоростями расширения по всему своему практически используемому диапазону температур.

Кристаллические полимеры в основном проявляют повышенные скорости расширения при температурах выше их температуры стеклования. Дополнение наполнителей, создающих анизотропию, значительно влияет на коэффициент CLTE полимера. Стекловолокно обычно ориентированно в направлении фронта течения: В направлениях, перпендикулярных направлению течения и толщине, коэффициент CLTE будет выше.

Полимеры могут быть составлены по рецептуре с коэффициентом CLTE, соответствующим коэффициентам теплового расширения металлов или других материалов, используемых в комбинированных конструкциях, например в автомобильных деталях.

Электрическая прочность диэлектрика IEC Окружающей средой могут быть воздух или масло. Зависимость от толщины может быть существенной, и поэтому все результаты регистрируются при данной толщине образца. Толщина, однородность и содержание влаги в испытуемом образце; Размеры и теплопроводность испытательных электродов; Частота и форма кривой прикладываемого напряжения; Температура, давление и влажность окружающей среды; Электрические и тепловые характеристики окружающей среды.

Когда изоляционный пластик находится под воздействием напряжения, часть общего тока протекает вдоль поверхности пластика, если имеется другой проводник или провод заземления, подсоединенные к этому изделию.

Удельное поверхностное сопротивление является мерой способности сопротивления этому поверхностному току. Оно измеряется как сопротивление, когда между смонтированными на поверхности единичной ширины электродами с единичным расстоянием между ними протекает постоянный ток. Это сопротивление измеряется в Омах, иногда называемых "Омах на квадрат". При приложении электрического потенциала поперек изолятора, протекание тока будет ограничено свойствами сопротивления материала.

Объемное удельное сопротивление представляет собой электрическое сопротивление при приложении электрического напряжения к противоположным граням единичного куба. На объемное удельное сопротивление оказывают влияние окружающие условия, действующие на материал. Оно изменяется обратно изменению температуры и немного уменьшается во влажной окружающей среде. Как указано в стандарте IEC , "относительная диэлектрическая постоянная изоляционного материала представляет собой отношение емкости конденсатора, в котором пространство между и вокруг электродов заполнено изоляционным материалом, к емкости конденсатора с той же конфигурацией электродов в вакууме".

В вариантах применения диэлектриков с переменным током требуемыми характеристиками являются хорошее удельное сопротивление и низкое рассеяние энергии. Рассеяние электроэнергии приводит к неэффективности функционирования электронных компонентов и вызывает повышение температуры пластиковой детали, которая служит диэлектриком.

В идеальном диэлектрике, например в вакууме, отсутствуют потери энергии на дипольное перемещение молекул. В сплошных материалах, например в пластиках, дипольное перемещение становится одним из влияющих факторов. Мерой такой неэффективности является относительная диэлектрическая постоянная ранее называвшаяся диэлектрической константой. Это безразмерный коэффициент, получаемый делением параллельной емкости системы с пластиковым диэлектрическим элементом на емкость системы с вакуумом в качестве диэлектрика.

Чем меньше это число, тем лучше характеристики материала в качестве изолятора. Коэффициент рассеивания tg d диэлектрического изоляционного материала является тангенсом угла потерь d". Тангенс этого угла называют "тангенсом потерь" или "коэффициентом рассеяния". Низкий коэффициент рассеяния является весьма важным для пластиковых изоляторов в высокочастотных вариантах применения, например, в радиолокационном оборудовании и деталях, работающих в условиях воздействия СВЧ: Высокий коэффициент рассеивания имеет важное значение для производительности сварки.

Относительную диэлектрическую постоянную и коэффициент рассеивания измеряют на одном и том же испытательном оборудовании. Полученные результаты испытаний в большой степени зависят от температуры, содержания влаги, частоты и напряжения.

Запись результатов испытаний должна обеспечивать полноту описания образца, условий измерения, метода измерения, метода подсчета результата и полученной погрешности. Полнота описания обеспечивается указанием в протоколе следующих сведений: Механические свойства - свойства, характеризующие при заданных внешних условиях температура, давление и т. Механические испытания - испытания для определения механических свойств.

Напряжение - условное напряжение, определяемое по отношению действующей силы к исходной площади поперечного сечения образца. Истинное напряжение - среднее напряжение, определяемое по отношению действующей силы к изменяющейся во времени испытания площади поперечного сечения образца.

Предел текучести - напряжение, при котором образец деформируется, без существенного увеличения нагрузки. Разрушающее напряжение - напряжение, соответствующее моменту разрушения образца. Релаксация напряжения - последствие, выражающееся в изменении во времени напряжений деформированного материала, общая деформация которого зафиксирована. Деформация - изменение формы или размеров тела или какой-либо его части без изменения массы. База измерения деформации - длина отрезка прямой между двумя точками метками , нанесенными на образец или выделенными базой тензометра, измеренная до приложения силы.

Точки, как правило, наносятся на образец так, чтобы направление соединяющей их прямой совпадало с направлением действия внешней силы или было перпендикулярно к нему. Остаточная деформация образца - деформация, остающаяся после прекращения действия на материал силовых факторов, ее вызвавших, и деформация, накопившаяся за данный отрезок времени в результате изменения состояния материала.

Обратимая деформация - деформация, исчезающая при прекращении действия на материал силовых факторов, ее вызвавших. Относительное удлинение - отношение абсолютного удлинения линейного элемента к первоначальной его длине. Ползучесть - увеличение деформаций в образце во времени при постоянном напряжении.

Время нагружения - время от начала приложения нагрузки к образцу до момента отсчета определяемого показателя. Скорость нагружения - изменение во времени силы, усилия, нагрузки, приложенной к испытываемому образцу. Определяется как отношение приращения силы, усиления, нагрузки к отрезку времени, за которое это приращение достигнуто. Сопоставление режимов испытания по скорости нагружения допускается только для образцов одинаковых размеров.

Скорость деформации - отношение деформации ко времени, за которое она образовалась. Скорость деформации выражается в с. Среднее значение искомого показателя - характеристика наиболее вероятного значения показателя, определенного по результатам выполненных испытаний.

Доверительный интервал - характеристика пределов, в которых при заданной вероятности заключено искомое значение определяемого показателя. Коэффициент вариации - характеристика разброса результатов относительно среднего значения, определенного по данным выполненных испытаний. Относительная ошибка - характеристика степени отклонения среднего значения от искомого значения. Количество образцов , обеспечивающее определение средней величины показателя с заданной относительной ошибкой и попадание ее в доверительный интервал с заданной вероятностью, вычисляют по формуле.

Измененная редакция - "Информ. Для определения среднего значения коэффициента вариации характеризуемой марки пластмассы должно быть испытано не менее 10 партий этой марки, в каждой из которых не менее 25 образцов. Для каждой партии вычисляют коэффициент вариации по формуле 6. По формуле 1 вычисляют среднее значение коэффициента вариации - из значений для всех партий. Критерий точности находят из приложения 2 при 0,95 для количества испытанных партий по п.

Количество образцов можно определить также графическим способом. Данные по 0,95 и 0,05 приведены для справки. Количество образцов округляют до ближайшего большего целого числа. При обработке результатов проводят определение достоверности полученных отдельных значений определяемых показателей. Для этого намечают сомнительные отдельные значения определяемых показателей в количестве и для выяснения, являются ли они надежными, сомнительные значения отбрасывают.

Например, если 2, то отбросить минимальный и максимальный, если 1, то отбросить крайний, который более значительно отличается от ближайшего к нему по величине. В качестве сомнительных значений определяемых показателей допускается брать показатели, отличающиеся от среднего более чем на заданную величину, если эта величина установлена из многочисленных испытаний данного материала на искомый показатель.

Исключив эти сомнительные значения определяемых показателей, проводят расчет предварительного среднего определяемого показателя по формуле 1 и предварительной величины стандартного отклонения по формуле 2 , беря в обоих случаях вместо число отдельных значений определяемого показател. Проверяют, охватываются ли сомнительные значения определяемых показателей допустимыми толерантными пределами, рассчитанными без них, по п.

Для определения допустимых пределов вычисляют величину отклонения по формуле. Отброшенные отдельные значения определяемого показателя должны быть заключены в пределах. Если сомнительные показатели не укладываются в допустимые пределы, то их отбрасывают. В этом случае окончательное значение равно величине и окончательное.

Если одно или несколько сомнительных значений определяемых показателей укладываются в допустимые пределы, то эти значения определяемых показателей считаются надежными и их включают в расчет окончательных значений и по формулам 1 и 2. Окончательное число значений , принимаемых в расчет среднего, не должно быть меньше, чем число образцов, предусмотренных в стандарте на данный метод испытаний по п. Если сомнительные значения определяемых показателей не укладываются в допустимые пределы и в результате их отбрасывания число значений, принимаемых в расчет, окажется меньше, чем требуется, то дополнительно испытывают необходимое количество образцов и полученные значения определяемых показателей добавляют к имеющимся с последующим пересчетом всех результатов.

В результате испытания получены индивидуальные величины прочности , приведенные в табл. Будем считать сомнительными крайние показатели и Из оставшихся показателей 8 определяем по формуле 1 ориентировочные величины среднего арифметического.

Округляем до того количества значащих цифр, которое было принято при определении индивидуальных величин. Исходя из полученного значения 98 , определяют по формуле 2 величину ориентировочного стандартного отклонения отдельных значений 5,5.

Отклонение определяют по формуле 9. Из приложения 2 для 0,95 и 8 находим 2, Округляют до того же десятичного знака, что и для величины. Допустимые пределы определяют по п. Для испытаний используют индентер в форме шарика при испытании твердости по Бринелю , пирамидки при испытании твердости по Виккерсу или по Кнуппу или конуса при испытании твердости по Роквеллу. Разумеется, твердость самого индентера должна быть выше твердости испытываемого материала.

Образец вдавливают в поверхность материала в течение определенного периода времени, и на поверхности материала остается отпечаток шарика, пирамидки или конуса Рис. Размер полученного отпечатка будет зависеть от твердости испытуемого материала. Размеры отпечатка можно измерить и подсчитать из них эмпирическое значение числа твердости.

Выбор метода испытания твердости до некоторой степени зависит от природы материала, который будет подвергнут испытанию. Испытание на ударную прочность — это оценка сопротивления материала мгновенному приложению нагрузки. Стандартный образец в виде балки с насечками подвергают воздействию импульсной нагрузки, создаваемой маятниковым копром. Схематическое изображение испытания на ударную прочность представлено на Рис. Расположение образца при определении прочности на удар по Шарли.

Маятник с ударником, который падает с определенной высоты. Маятниковый копер отпускают с определенной высоты, он ударяет и разрушает образец, который установлен на параллельных опорах. Часть энергии маятника используется для разбивания образца. Если будут известны начальная высота, на которой находился маятник, и высота, на которую он поднялся после разрушения образца, то нетрудно будет рассчитать разницу энергий. Эта разница является мерой количества энергии, которая была поглощена образцом, что и вызвало его разрушение.

Несмотря на то, что результаты этого испытания являются эмпирическими, его можно применять для оценки ударной прочности ряда материалов. Присутствие насечек на образце делает условия проведения испытания очень жесткими, а также является показателем чувствительности материала к присутствию надрезов на его поверхности.

Во многих практических ситуациях материалы подвергаются воздействию переменных нагрузок чаще, чем статических, о которых говорилось выше. Постепенное накопление незначительных количеств пластической деформации, возникающих в результате воздействия цикла переменных напряжений, известно под названием усталости материала. Усталость может стать причиной разрушения материала при напряжениях, величина которых значительно ниже предела текучести.

Для проведения испытания на усталостную прочность образцы материала подвергают воздействию циклических нагрузок в некотором их диапазоне. В каждом случае подсчитывают число циклов, требуемых для разрушения образцов. Величину напряжения выражают графически в виде логарифмической зависимости от соответствующего числа циклов напряжений, которое требуется для разрушения образца.

Кривая зависимости напряжения от числа циклов кривая Н — Ч представлена на Рис. Существуют две формы поведения материалов. Для некоторых материалов по мере увеличения числа циклов нагрузки происходит снижение напряжений, которые способен выдержать материал.

Однако для других материалов существует уровень напряжений, называемый пределом выносливости, ниже которого материал можно подвергать неопределенному числу циклов нагрузки, не вызывая его разрушения.

Усталостная прочность в значительной степени определяется характеристиками поверхности материала. Улучшение качества обработки поверхности или создание на поверхности напряжений сжатия механическими, термическими или химическими методами, приводит к повышению усталостной кривой Н - Ч.

© Крушина - дерево хрупкое Валентин Сафонов 2018. Powered by WordPress