Определение механических характеристик полимерных материалов при испытании на растяжение (стр. 1 )

Министерство образования и наука Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию

Саратовского государственного технического университета

ОПРЕДЕЛЕНИЕ МЕХАНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ПОЛИМЕРНЫХ МАТРИАЛОВ

ПРИ ИСПЫТАНИИ НА РАСТЯЖЕНИЕ

Методические указания к выполнению

лабораторных работ по специальности 240502.65

Электронное издание локального ресурса

Одобрено

редакционно-издательским советом

Саратовского государственного

технического университета

Саратов 2009

Все права на размножение и распространение в любой форме остаются за разработчиком.

Нелегальное копирование и использование данного продукта запрещено.

Составители: ,

Рецензент:

г. Саратов, ул. Политехническая д.77

Научно-техническая библиотека СГТУ

Тел. ,

http://lib. *****

Регистрационный номер

Ó Саратовский государственный

технический университет, 2009
ВВЕДЕНИЕ

При проектировании и изготовлении деталей и конструкций из полимерных материалов, а также для контроля при эксплуатации необходимо знать их физико-механические характеристики полимерных материалов. Для определения этих характеристик проводятся испытания материалов в строгом соответствии с Государственными стандартами (ГОСТами). Стандарты определяют правила подготовки образцов[1-5], их форму и размеры, порядок проведения испытаний [6-10].

Для испытаний каждого материала имеются соответствующие стандарты. Например, механические испытания резины проводятся в соответствии с более чем 24 стандартами.

В данном руководстве приводятся методические указания к выполнению лабораторных работ по курсу "Механика полимеров":

1.  Испытание полимерных образцов на растяжение,

2.  Испытание на растяжение волокон,

3.  Испытание на растяжение плёночных материалов,

4.  Определение упругопрочностных свойств латексных плёнок,

5.  Определение сопротивления раздиру латексных плёнок.

Эти одно из наиболее часто применяемых механических испытаний. Величины разрушающих напряжений и деформаций легко находятся экспериментально и подсчитываются теоретически. Для испытания различных типов материалов (Пластмассы, волокна, плёнки, резины) существуют несколько разных гостов.

Обозначения используемые в методических указаниях

h	мм	Толщина испытуемого образца
b	мм	Ширина испытуемого образца
Vнагр	м/с	Скорость нагружения образца
F	Н	Сила, нагрузка
Fр	Н	Разрушающая нагрузка при растяжении
Fнс	Н/м	Несущая способность материала
Fунс	Н/м	Удельная несущая способность материала
Fу	Н	Деформирующая сила при заданном удлинении
Δl	мм	Абсолютное удлинение образца
Δlр	мм	Абсолютное разрушающее удлиннение
σ	МН/м2 (МПа)	Механическое напряжение
σр	МН/м2 (МПа)	Разрушающее напряжение
σТ	МН/м2 (МПа)	Предел текучести
σТу	МН/м2 (МПа)	Условный предел текучести
σу	МН/м2 (МПа)	Условное напряжение при заданном удлинении
ε	%	Относительной удлинение
εр	%	Относительное разрушающее удлинение
εТ	%	Относительное удлинение, соответствующее пределу текучести
l0	М	Длинна образца до испытания
S0	мм2	средняя площадь поперечного сечения образца до испытания
P	Н/см	Сопротивление раздиру

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ.

1.  Изучить описание лабораторной работы, правила техники безопасности при ее выполнении. Записать цель и название работы. Нарисовать схему приложения усилий наипытываемыобразец.

2.  Подготовить таблицу наблюдений, вид которой приведен в описании лабораторной работы.

3.  Получить допуск к лабораторной работе и задание. Допускается к работе группа студентов, выполнивших два предыдущий пункта и четко представляющих цель работы и порядок ее выполнения, режимыпытаний.

4.  Получить у преподавателя необходимые инструменты и прибора, а после окончания работы сдать их.

5.  Измерить с помощью штангенциркуля или микрометра и линейки размеры образцов с заданной точностью, выполнить лабораторную работу точно в соответствии с ее описанием.

6.  Провести статистическую обработку результатов наблюдений. Определить средние значения измеряемых параметров, доверительный интервал для заданной доверительной вероятности. Воспользоваться приложением I.

7.  Оформить лабораторную работу в тетради для лабораторных работ и отчитаться преподавателю по работе и связанной с ней теории.

Примечание: пункт 6 можно выполнять с помощью ПК.

Отчёт по работе должен содержать:

1.  Название работы,

2.  Цель работы,

3.  Краткое описание и схему приложениииуилийобразца,

4.  Таблица наблюдений и расчётных данных,

5.  Статистическая обработка результатов измерений,

6.  Вывод.

Мероприятия по технике безопасности при работе

на учебно-лабораторном оборудовании

1. Не допускать к работе на установке лиц, не знакомых с ее устройством,

2. Лабораторную работу надо выполнять в соответствии с описанием.

3. Нагружение образца проводить аккуратно, не превышать заданные режимы нагружения.

ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ

ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ.

Рис 1. Испытательная машина ИР 5046-5

Рис 1. Испытательная машина ИР 5046-5, электрощит управления.

Лабораторная работа 1.

ИСПЫТАНИЕ НА РАСТЯЖЕНИЕ ПЛАСТМЛСОВЫХ ОБРАЗЦОВ.

Цель работы: Определение механических характеристик материала: а) предела прочности б) абсолютного и относительного удлинения образца, в) предела текучести пластмасс при растяжении; построение диаграммы растяжения для исследуемого образца.

ОБРАЗЦЫ ДЛЯ ИСПЫТАНИЙ

Образцы для испытаний изготавливают формованием или механической обработкой полуфабрикатов и специальных заготовок.

Способ и режимы изготовления образцов указывают в стандартах и технических условиях на материал. Наиболее часто для испытаний на растяжение [6] применяют образцы типов 1-3, форма и размеры (в мм) которых даны на рис. 2. Образцы типа I применяют для испытания пластмасс с высоким относительным удлинением (полиэтилен, пластифицированный поливинилхлорид), образцы типа 2 - для испытания большинства материалов (термопластичные, термореактивные и слоистые пластмассы), образцы типа 3 для испытания стеклопластиков.

Механические характеристики пластмасс зависят от угла наклона растягивающей нагрузки к основному направлению в материала, предел прочности вдоль которого является максимальным (например, это направление волокон в стеклопластике, направление вытяжки в плёнках). Поэтому образцы для испытаний вырезаются под разными углами к основному направлению. На каждом образце стрелкой указывают направление, соответствующее основному.

Образцы должны иметь гладкую ровную поверхность без вздутий, сколов, трещин, раковин и других внешних дефектов, перед испытанием подвергаться кондиционированию по [14] и испытываться не менее чем через 16 часов после изготовления.

Рис. 2. Образцы для испытаний на растяжение.

ПРОВЕДЕНИЕ ИСПЫТАНИЙ

Лабораторная работа по испытанию пластмассовых образцов на растяжение проводится согласно [6].

1. Перед началом испытания записывается цена деления силоизмерительного устройства, температура и влажность воздуха в помещение, где проводятся испытания. Обычно испытания проводят при температуре воздуха 20±2ºС и относительной влажности 65±5%.

2. Измеряется толщина h и ширина b .образца в трех местах в середине и на расстоянии 5 мм от меток с точностью до. 10-5 м. В расчет принимают среднее арифметическое значение площади. Полученные результаты заносят в протокол испытаний (таблица 1).

3. Испытываемый образец устанавливается в специальные зажимы, которые крепятся к захватам испытательной, машины. Зажимы должны обеспечить надежное крепление образца и совпадение продольной оси образца, с направлением растяжения.

4. Образец нагружается, причём скорость нагружения выбирается таким образом, чтобы время от момента приложения нагрузки к образцу до его разрушения было не менее 60 с при испытании материалов, имеющих предел текучести, и не менее 30 с при испытании материалов, не имеющих предела текучести. При испытании пластмасс на растяжение предусмотрены следующие скорости нагружения:

Vнагр×105 = 1,67±0,83, 8,33±1,67, 41,67±4,17, 83,33±8,33, 166,67±16,67, 833,33±83,33 м/c. При точном выборе скорости нагружения учитывают скорость перемещения захвата, связанного с силоизмерителем [6]. При нагружении образца автоматически записывается диаграмма растяжения в координатах F – Δl и фиксируется величина максимальной нагрузки Fр. Полученное значение Δl и Fр заносятся в протокол испытаний (таблица 1).

ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ИСПЫТАНИЙ

1. Строится диаграмма растяжения в координатах σ – ε (рис. 3). Для этого величины всех абсцисс диаграммы растяжения в координатах F – Δl делятся на l0 – первоначальную длину образца, а ординаты делятся на S0 – среднюю площадь поперечного сечения образца до испытания.

2. По диаграмме σ – ε находятся предел прочности σр, предел текучести σТ или условный предел текучести σТу. Относительное удлинение при разрыве εр и относительное удлинение соответствующее пределу текучести εТ.

Таблица 1.

ПРОТОКОЛ ИСПЫТАНИЙ НА РАСТЯЖЕНИЕ.

Тип испытательной машины ____________________________ ,

Скорость нагружения ____________________________ м/c,

Температура воздуха ____________________________ ºС,

Влажность воздуха ____________________________ %.

Наименование материала	№, п/п образца	Толщина h,* мм	Ширина b,* мм	Площадь сечения S0, мм2	Абсолютное удлинение Δl, м	Разрушающее напряжение Fр, Н	Предел прочности σр МПа	Предел текучести (условный предел текучести) σТу. МПа	Относительное удлинение при разрыве, εр %	Относительное удлинение соответствующее пределу текучести, εТ%	Несущая способность материала, Fнс, Н/м	Удельная несущая способность материала, Fунс, Н/м
	1
	2
	3
	4
	5
	6
	7
	8
	9
	10
Среднее

* Записываются результаты измерений в трех местах в середине и на расстоянии 5 мм от меток,