Испытание полимерных материалов.

1. Цель работы:. Студенты знакомятся с различными образцами полимерных материалов, предлагаемые преподавателем, исследуют такие основные свойства пластмасс, как теплостойкость, твердость, растяжение и др.

2.Теоретическое обоснование: Пластическими массами называют материалы, получаемые из синтетических или природных высокомолекулярных соединений (смол). Из них изготавливают разнообразные строительные материалы и изделия: для покрытия полов; облицовки стен и потолков, поганажные изделия, санитарно-техническое оборудование и др. Применение пластмасс позволяет повысить индустриальность строительных работ, сократить трудовые затраты, снизить стоимость строительства, а так же добиться значительной экономии цветных и черных металлов, древесины и др. Эффективность применения в строительстве материалов и изделий из пластмасс можно объяснить рядом их положительных физико-механических свойств - малой плотностью, высокой стойкостью к агрессивным средам, малой теплопроводностью, возможностью получения красиво окрашенных изделий. Недостатком их является низкая теплостойкость, сравнительно небольшая твердость и, кроме того, склонность к «старению» под воздействием солнечного света, воздуха и др. Следовательно, основными их физико-механическими свойствами следует считать твердость и теплостойкость. Для отдельных пластмасс и изделий из них важными свойствами являются истираемость (материал для полов), средняя плотность и теплопроводность (теплоизоляционные материалы), прочность (конструкционные материалы) и др.

3. Приборы и материалы.

3.1 Образцы полимерных материалов. 3.2 Прибор Мартенса для определения теплостойкости.

3.3 Прибор для определения твердости пластмасс. 3.4 Разрывная машина.

3.5 Штангенциркуль.

4. Программа работы.

4.1 Определение теплостойкости пластмасс на приборе Мартенса.

4.2 Определение твердости пластмассовых изделий по методу Бринелля.

4.3 Испытание пластмассовых изделий на разрыв.

5.Методика проведения работы.

5.1 Метод определения теплостойкости пластмасс по Мартенсу основан на установлении температуры, при котором образец под действием изгибающей нагрузки 5МПа прогибается. Прибор состоит из металлической плиты 14, на которой смонтировано зажимное устройство 13. В зажиме закрепляют образец 12 путем передвижения планок 10 винтом 11. Образец должен иметь форму бруска прямоугольного сечения размером 120*15*10мм. Способ и режим изготовления образцов предусмотрены в стандартах. Они должны быть ровными, гладкими, без вздутий, раковин, пор, заусенцев и трещин. Число образцов - не менее трех.

Испытываемый образец закрепляют в зажимах 10, верхний из которых имеет стержень 8 и груз 7. При этом следят за тем, чтобы образец был установлен строго вертикально, а стержни - горизонтально. Размещают груз на расстоянии l₁ от оси образца так, чтобы изгибающий момент М вызвал в образце напряжение 5МПа. Изгибающий момент определяют по формуле: M = [6* (p*l + p₁*l₁+p₂*l₂) ]/(b*h²), где p, p₁ и p₂ -вес стержня без груза, груза с винтом и указателя деформации, Н; l, l₁ и l₂ - расстояние от оси образца до центра тяжести стержня (без верхнего зажима), от оси образца до центра тяжести груза и от оси до точки опоры указателя, мм; b и h - ширина и толщина образца, мм.

Прибор устанавливают в термостат и выдерживают в нем 5 мин при температуре 25°С. Стрелку указателя прогиба устанавливают на нуль. Затем включают ток, температура при этом должна повышаться равномерно со скоростью 50°С/ч. Шарик термометра, которым измеряют температуру в термостате, должен находиться на уровне центра образца на расстоянии не более 25мм от него.

 

 

При соответствующей температуре пластмассовый образец деформируется под нагрузкой, вызывая опускание стержня 8 с указателем деформации. Как только указатель опустится по шкале на 6мм, отмечают температуру, которая определяет теплостойкость материала по Мартенсу. За окончательный результат принимают среднее арифметическое значение теплостойкости трех образцов. Результаты испытаний заносят в журнал для лабораторных работ, там же делают запись о внешнем виде образцов после испытания (сломался, расслоился, вспучился и тп.).

5.2Метод определения твердости по пластических масс по Бринеллю основан на вдавливании с определенной силой стального шарика в испытываемый материал и вычислении числа твердости по замеру глубины вдавливания. Нагрузка должна возрастать плавно до 2.5 кН.

Из подлежащего испытанию материала изготавливают образцы в форме пластин или брусков толщиной не менее 5 и шириной 15мм. Испытания проводят в лаборатории при температуре 20 ± 2°С.

Перед испытанием образцы следует выдержать не менее 16 часов. Образец помещают на опору 1 таким образом, чтобы шарик находился в центре ширины бруска. Затем шарик прижимают пружиной к испытываемому материалу и на рычаг помещают груз, сообщающий усилие 500Н. Стрелку на циферблате индикаторной головки устанавливают на нулевое деление. Нагрузку следует прикладывать плавно, без толчков, увеличивая ее от нуля до выбранного значения в течении 30 с. Максимальную нагрузку выдерживают 1 мин, после чего плавно снимают. Глубину отпечатка фиксируют с точностью до 0.01мм через 1 мин после начала приложения нагрузки и через 1 мин после снятия нагрузки. После проведения испытания повторно определяют твердость, переставляя образец на опоре так, чтобы центр второго отпечатка находился на расстоянии не менее 7.5 мм от центра первого. Испытанию подвергают 5 образцов, и на каждом образце проводят по два определения. Число твердости по Бринеллю НВ, МПа, определяют по формуле:

НВ = p / (p * d * h),

где p - нагрузка, прилагаемая к шарику, Н; d - диаметр шарика, мм; h - глубина отпечатка шарика, мм.

Окончательным результатом является среднее арифметическое определение твердости 5 образцов. Отношение упругой деформации к остаточной, Н, вычисляется по формуле, %:

Н = [(h - h₀) / h₀] * 100,

где h - глубина отпечатка шарика при нагрузке, мм;

h₀ - глубина отпечатка шарика при снятии нагрузки, мм.

Результаты испытаний заносят в журнал для лабораторных работ.

5.3 Испытание пластических масс на растяжение базируется на определении значения разрушающей силы.

Закрепив образец зажимами разрывной машины, включают электродвигатель и постепенно увеличивают нагрузку. Скорость движения зажимов при холостом ходе 10¸15 мм/мин для твердых пластмасс и 100¸500 мм/мин для эластичных. Испытания проводят до полного разрушения образца и отмечают разрушающую нагрузку. Предел прочности при растяжении, МПа:

Rp = p / (b * h),

где p - разрушающая нагрузка, Н;

b и h - ширина и толщина образца, мм.

При испытании пластических масс, растяжение которых сопровождается пластической деформацией (образование шейки), за величину для расчета предела прочности при растяжении принимают максимальную нагрузку. Результатом испытаний считают среднее арифметическое трех определений.

 

 

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №21

Испытание линолеума.

1. Цель работы:. Студенты знакомятся с исследованиями связанными с линолеумом. Линолеум достаточно широко используется в качестве покрытия полов в строительном производстве, при возведении жилых и общественных зданий, замене старых покрытий. При этом не все линолеумы могут быть использованы для покрытия полов.

2.Теоретическое обоснование: Линолеум изготовляют в виде полотнищ, ковров и дорожек и применяют для покрытия полов в жилых, общественных и промышленных зданиях. Линолеумы подразделяются: по виду исходного сырья - на алкидные, поливинилхлоридные, коллоксилиновые, резиновые (релин) и др.; по внешнему виду - на одно- и многоцветные, гладкие, рифленые, тисненые и ворсовые; по структуре - без подосновные и с подосновой - тканевой, картонной и теплозвукоизолирующей (волокнистой и пористой). Линолеум отгружается заводом-изготовителем потребителю партиями. Размер партии линолеума одного цвета, узора и толщины устанавливается в количестве 3000м².При поступлении линолеума в количестве менее 3000м² партия его принимается за целую. При оценке качества линолеума от поступившей партии отбирают 5% рулонов (но не менее двух рулонов) для внешнего осмотра и определения размеров. От одного из этих рулонов отрезают в любом месте (но не ближе 3 м от конца) полосу шириной 10 см по всей ширине рулона, из которой изготавливают образцы для испытаний на истираемость, твердость, упругость, водопоглощение.

3. Приборы и материалы.

3.1 Образцы линолеума.

3.2 Металлическая линейка.

3.3 Микрометр МК-25.

3.4 Металлический угольник.

3.5 Машина для истирания.

3.6 Шлифовальная мелкая шкурка на кожаной подкладке.

3.7 Индикаторная подставка.

3.8 Шариковый твердомер ТШМ-2.

4. Программа работы.

4.1 Проверка внешнего вида и размеров.

4.2 Определение истираемости.

4.3 Определение твердости.

5.Методика проведения работы.

5.1 Проверку внешнего вида и размеров начинают с осмотра отобранных рулонов. Длину и ширину линолеума с точностью до 1 мм измеряют металлической рулеткой. Толщину измеряют микрометром типа МК-25 в десяти точках, равномерно расположенных по ширине рулона, отступая от края кромки по 20 мм. Толщину вычисляют как среднее арифметическое 10 измерений, при этом разность между наибольшим измерением не должна превышать 0.4 мм. Размеры линолеума должны соответствовать требованиям стандарта на испытываемый материал.

Параллельность кромок проверяют прямоугольным металлическим шаблоном, измеряя ширину через каждый 1 м на длине участка равного 4м. По разности между предыдущими и последующими измерениями определяют параллельность кромок на 1м. Допускаемое отклонение параллельности кромок не должно превышать ±4 мм на 1 м. Кроме того, на кромках на должно быть заусенец. Лицевая поверхность должна быть гладкой, глянцевой или полуматовой без пятен, царапин, вмятин, раковин и бугров. Одноцветный линолеум должен иметь ровный, одинаковый тон окраски по всей поверхности. В многоцветном - рисунок должен иметь глубокую окраску в массе и быть четким, неискаженным.

Однородность строения цвета линолеума устанавливают следующим образом. В образце линолеума под углом 45° к его поверхности острым ножом делают в 5 местах разрезы. Поверхность свежих разрезов должна быть однородной по цвету и строению. Цвет линолеума не должен изменяться под воздействием воздуха, света и воды.

5.2 Испытание линолеума на истирание производится на испытательной машине (см. рис.1), которая состоит из площадки 1, совершающей 40 возвратно-поступательных движений в 1 мин с амплитудой хода 106мм; диска 2, вращающегося со скоростью 4 об/мин на котором укрепляется образец 8 испытываемого материала. Деталями машины являются также секторообразный груз 4, массой 17 кг, с шириной в основании 140 мм с шлифовальной шкуркой 3. Груз свободно вращается на оси 5, проходящей через щелевые отверстия в грузе. Шлифовальную шкурку шириной 106 мм крепят на кожаной подкладке под основание груза. За время, когда образец вместе с площадкой пройдет расстояние 106 мм, он проскользнет на 36 мм. За счет этого проскальзывания и поворота образца он истирается на площади в виде круга диаметром 130 мм. Для замера изменения толщины образца применяют индикаторную подставку с индикатором, имеющим цену деления 0.01 мм. Индикатор закреплен на металлической стойке так, чтобы он мог перемещаться при изменении толщины

образца. Образцы размером 200*200 мм должны иметь толщину не более 20 мм. При определении истираемости более толстых материалов их разрезают так, чтобы толщина испытываемой части не превышала 20 мм. От одной партии линолеума берут не менее 3 образцов. Они должны иметь равную по всей площади толщину и поверхность.

 

 

5.3 Твердость является тем основным свойством, которое определяет эксплуатационные качества и долговечность линолеума. Для определения твердости используют шариковый твердомер ТШМ-2. На нем измеряют глубину погружения стального шарика диаметром 3 мм под нагрузкой 10 Н в течении 60 сек. Из испытываемого материала вырезают образец размером 50*50 мм, поверхность которого должна быть ровной и гладкой. Прибор устанавливают строго вертикально по уровню, и образец помещают под стальной шарик прибора. Вращая верхние звездочки 2 прибора, приводят шарик, запрессованный в наконечник, в соприкосновение с поверхностью образца и устанавливают стрелку индикатора на нуль. Вращением нижних звездочек 3 отпускают груз. Глубину погружения шарика по индикатору фиксируют с точностью 0.01 мм спустя 60 сек после начала движения стрелки. Вращением звездочек в обратную сторону приводят прибор в исходное положение. Испытание образца производят в 3 точках, расположенных на расстоянии 10мм друг от друга и от края образца. Показателями твердости служит глубина погружения шарика или число твердости. Глубину погружения (мм) определяют непосредственно на приборе, а число твердости (МПа) по формуле:

Н = Р / (p*d*h), где

Р - вес груза, равный 1 Н; d -диаметр шарика, равный 0.3 см; h -глубина погружения шарика, см.

Показатель твердости линолеума вычисляют как среднее арифметическое значение трех испытаний.

Содержание отчета.

6.1 Наименование работы.

6.2 Цель работы.

6.3 Приборы и материалы.

6.4 Ход работы.

6.5 Вывод.

 

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №22