Определение показателя текучести

Расплава полимеров и полимерных композиций.

 

Цель работы:

Определить показатель текучести расплава полимера и влияние наполнителя на текучесть полимерных композиций.

 

Приборы и оборудование:

ИИРТ со штоком, набором грузов и стандартным капилляром диаметром 2,095 мм, секундомер, аналитические весы.

 

Образцы для испытаний.

Полимеры и полимерные композиционные материалы, полученные в работе 1.

 

Описание оборудования:

Прибор ИИРТ (рис. 6), конструктивно выполненный в виде грузового капиллярного вискозиметра состоит из измерительной головки 1, внутрь которой запрессован цилиндр, в который вставляется стандартный капилляр и загружается исследуемый полимер. Капилляр закрепляется снизу затвором с помощью рукоятки 2. Температура прибора регулируется задатчиком 3, а контролируется ртутным термометром 4. Выдавливание полимера производится с помощью штока 5 и набора грузов 6. В исходном положении шток фиксируется в зажимной втулке 7. Подъем и опускание штока производится винтом 8, вращая штурвал 9, закрепленный в кронштейне 10. Все узлы прибора смонтированы на стойке 11 и плите 12. Наблюдение за вытекающим расплавом полимера производится с помощью зеркала 13.

 

 

Рис. 6. Прибор ИИРТ

 

Технические данные прибора ИИРТ:

Рабочая температура	- 100 – 300 °С
Диаметр испытательного цилиндра	- 9,54 мм
Диаметр штока (поршня)	- 9,48 мм
Диаметр сопла (капилляра)	- 2,095 мм
Длина сопла	- 8 мм
Вес поршня с держателем	- 735 г
Вес грузов	- 450, 960, 1200, 1640, 9100 и 11750 г

 

Методика работы:

Включают прибор в электрическую сеть, установив на задатчике температуры 3 необходимое значение. После прогрева прибора производят корректировку температуры измерительной камеры до заданной величины с точностью до ± 0,5 °С. Полимер или полимерную композицию загружают в измерительную камеру 1 на 3/4 ее глубины небольшими порциями, уплотняя их специальным штоком. С помощью штурвала 9 опускают шток 5 без груза в камеру и выдерживают в течение 5 минут для прогрева композиции. Затем на шток помещают необходимый груз. После выдавливания полимера в течение 1 – 3 минут срезают выдавленный жгутик полимера, включают секундомер 14 и через определеные промежутки времени острым ножом производят периодическое последовательное срезание жгутиков длиной 40 – 60 мм. При испытании выдавливается не менее 5-и образцов, которые затем взвешивают на аналитических весах с точностью до 0,1 мг.

При окончании испытаний сопло вынимают из цилиндра, прочищают и вытирают тканью. Рабочий цилиндр и шток специальными стержнями протираются до блеска. После очистки прибор отключают от электросети. Результаты измерения заносят в таблицу 4.

 

Обработка результатов.

Показатель текучести расплава (ПТР) рассчитывается как среднее арифметическое результатов взвешивания всех жгутиков по формуле:

,

где g – вес выдавленного жгутика полимера, г; t – промежуток времени вытекания одного образца, сек.

 

Задания.

1. Построить зависимость ПТР от содержания наполнителя в полимерном композиционном материале.

2. Сделать вывод о влиянии наполнителя на ПТР расплава ПКМ.

Таблица 4.

Реологические свойства полимеров и полимерных композиций

№	Полимер или композиция	Температура измерения, °С	Вес груза, г	Вес жгутика, г	Время выдавливания, с	ПТР, г/10 мин

 

Лабораторная работа № 4

 

Получение пенополиэтилена.

 

Цель работы:

Получить пенополиэтилен и определить его степень вспенивания.

 

Приборы и оборудование:

Форма для получения пенопласта, термошкаф, термометр, линейка.

 

Материалы, используемые в работе:

представляют собой композиции ПЭВД с различными содержаниями твердого газообразователя ЧХЗ-21.

 

Методика работы:

Навеску полимера, наполненного газообразователем, помещают в формующую емкость, предварительно смазанную антиадгезивом. Форму ставят в термошкаф, нагретый до температуры 200 °С и держат в нем в течение 60 мин. Затем форму извлекают из термошкафа, охлаждают, разбирают и вынимают полученный пенополиэтилен. Затем производят замер объема полученного материала и данные заносят в таблицу 5.

 

Обработка результатов.

Кажущаяся плотность r_к определяется как отношение массы пенопласта m к его объему V:

.

Степень вспенивания К определяется как отношение объема пенополиэтилена V к объему полимера, пошедшего на получение пенопласта V₁:

.

Таблица 5

Условия получения и параметры пенополиэтилена

Компо-зиция	Т, °С	Время нагрева, мин	Масса навески, г	V1, г/см^3	m, г	V, г/см^3	rк, г/см^3	К

 

Задания.

1. Получить вспененные ПКМ, определить их плотность и степень вспенивания.

2. Построить зависимость степени вспенивания от содержания газообразователя в пенополиэтилене.

 

Лабораторная работа № 5

 

Получение текстолита.

 

Цель работы:

Получить текстолит и определить его механические свойства.

 

Приборы и оборудование:

Форма открытого типа, кисть, валик

 

Материалы, используемые в работе:

Эпоксидная смола ЭД-20, отвердитель ПЭПА, ткань (стекло- или хлопчатобумажная), ножовка, толщиномер, линейка.

 

Методика работы:

Навеску термореактивной смолы 30 – 50 г (по заданию преподавателя) тщательно смешивают с отвердителем в соотношении 10: 1. Полученную смолу валиком или кистью помещают на лист лавсана. Нарезанные куски ткани (квадраты со стороной 8 – 12 см) укладывают на лавсановую пленку послойно. В процессе выкладки каждый слой ткани пропитывают связующим, следя за тем, чтобы оно равномерно смочило наполнитель. Каждый последующий слой прикатывают к предыдущему во избежание образования пузырьков воздуха и пор, набирая, таким образом, пакет заданной толщины. Содержание волокнистого наполнителя связующего должно составлять около 75 % и 25 % соответственно. Затем пакет накрывают сверху еще одним листом лавсана и оставляют отверждать на некоторое время (не менее 24 часов).

После этого, форму разбирают, разрезают полученный композиционный материал на полоски шириной 10 – 15 мм и подвергают испытаниям на разрывной машине. Данные испытаний заносят в таблицу 6.

Таблица 6.

Деформационно-прочностные свойства волокнита

Материал образца	№ обр.	h, см	d, см	S0, см^2	Fр, кгс	sр, кгс/см^2	e, %

Обработка результатов.

Сначала рассчитывают поперечное сечение рабочей части полоски волокнита S₀, затем вычисляют значения относительного удлинения при разрыве e и разрушающее напряжение при растяжении s_р.

S₀ = h × d, см²,

e = (Dl / l₀) × 100, %

s_р = F_р / S₀, кгс/см²

где l₀ – начальная длина рабочей части образца, см; Dl – прирост длины рабочей части образца, см.

Значения e и s_р вычисляют как среднее арифметическое по 5 параллельным опытам.

 

Задания.

1. Получить композицию на основе термореактивной смолы и слоистого наполнителя.

2. Определить механические свойства полученного композита.

 

Лабораторная работа № 6

 

Определение горючести ПКМ.

 

Цель работы:

Оценить влияние антипирена на горючесть ПКМ (ГОСТ 17088-71)

 

Приборы и оборудование:

Форма для изготовления брусков, штатив, секундомер, металлическая линейка.

 

Образцы для испытаний

готовятся следующим способом: в полиэтиленовом стакане 20 г эпоксидной смолы смешивают с 1 г антипирена (трихлорэтилфосфат), а затем добавляют 2 г отвердителя. Композицию тщательно перемешивают и выливают в специальную форму для получения бруска. Аналогично готовят композицию с 4 г антипирена и без антипирена. Композиции оставляют для отверждения не менее чем на 24 часа. После отверждения бруски вынимаются для проведения испытаний.

Методика работы:

Рис. 7. Установка для определения горючести материалов

Брусок ПКМ закрепляется в лапку штатива в горизонтальном положении (рисунок 7). Под один конец бруска подводят горелку и подвергают его действию пламени в течение 2 минут, причем расстояние от верхней кромки горелки до образца должно быть 10 мм. С момента действия пламени горелки фиксируют время горения до самозатухания и распространение пламени по образцу с помощью металлической линейки. Если в течение 3 минут брусок самопроизвольно не гаснет, пламя гасят и измеряют длину сгорания бруска по длине несгоревшей части.

Результаты испытаний заносят в таблицу 7.

 

Таблица 7

Свойства композиционных материалов

№ ПКМ	Состав ПКМ	№ образца	Время горения до затухания, с	Расстояние распространения пламени, мм

 

Задания.

1. Получить негорючую композицию на основе эпоксидной смолы.

2. Определить зависимость горючести ПКМ от содержания антипирена.

 

Лабораторная работа № 7

 

Получение короноэлектрета.

 

Цель работы:

Получить короноэлектрет на основе полимеров и полимерных композиционных материалов.

 

Приборы и оборудование:

Генератор высокого напряжения, коронирующая ячейка, состоящая из держателя образца и 196 заостренных электродов, равномерно расположенных на площади 49 см² в виде квадрата (рис. 8).

 

Рис. 8. Схема коронирующей установки:

1 – генератор высокого напряжения, 2 – система коронирующих электродов, 3 – держатель образца, 4 – образец, 5 – тумблер включения - выключения генератора, 6 – регулятор подаваемого генератором напряжения

 

Материалы, используемые в работе:

Пленки полимеров и полимерных композиционных материалов, полученные в работе 1.

 

Методика работы:

Пленку полимера или композиционного материала поместить в термошкаф, нагретый до температуры предварительного нагрева t_нагр и выдержать необходимое время предварительного нагрева t_нагр (по заданию преподавателя). После этого пленку поместить в коронирующую ячейку, предварительно установив необходимое расстояние между электродами и держателем образца h. Поляризацию полимерных пленок осуществлять при определенных напряжении поляризации U_пол и времени поляризации t_пол (по заданию преподавателя) включением тумблера «вкл» на передней панели генератора высокого напряжения, подсоединенного к ячейке. После поляризации выключить генератор, извлечь образец и спустя 1 час измерить его электретные характеристики, по методике, описанной в методических указаниях [6]. Измерения электретных характеристик полученного короноэлектрета проводить регулярно по заданию преподавателя.

Категорически запрещается работать на коронирующей и измерительных установках без резинового коврика на полу и без резиновых перчаток!

 

Обработку результатов

проводить по методике, описанной в методических указаниях [6]. Полученные данные занести в таблицу 8.

Таблица 8

Параметры поляризации и свойства композиционных электретов

Материал образца	d, мм	e	Параметры поляризации	Начальные значения	Через n суток
h, мм	tнагр, °С	tнагр, с	Uпол, кВ	tпол, с	Vэ0, В	sэфф0, Кл/м^2	Vэn, В	sэффn, Кл/м^2

 

Задание.

1. Получить короноэлектреты на основе полимеров и полимерных композиционных материалов.

2. Построить зависимость электретных характеристик полученных короноэлектретов от времени хранения.

3. Построить зависимость электретных характеристик полученных короноэлектретов от содержания наполнителя в композиции.