Wyznaczanie dopuszczalnej

Wyznaczanie dopuszczalnej

temperatury wytwarzania.

temperatury wytwarzania.

Temperatura ugięcia według

Temperatura ugięcia według

Martensa oraz mięknienia

Martensa oraz mięknienia

według Vicata.

według Vicata.

Arkadiusz Dębicki

Marek Dyczko

Paweł Gałka

Grupa 103.1B

Wstęp teoretyczny

Wstęp teoretyczny

W przypadku projektowania tworzyw a szczególnie podczas ich

eksploatowania należy dobrze zaznajomić się z wpływem temperatury na ich
właściwości.

Ponieważ często miara ogólnych własności użytkowych tworzywa jest

jego wytrzymałość, dlatego i w tym przypadku odporność cieplną określa się
na podstawie własności mechanicznej. Większość badań tego rodzaju polega
ogólnie na tym, że oznacza się temperaturę, w której pod wpływem
standartowego obciążenia występują założone z góry odkształcenia. Na tej
zasadzie oznacza się odporność cieplną tworzyw sztywnych metodą Martensa
oraz tworzyw termoplastycznych metodą Vicata.

Ponadto

temperatura nie mająca na ogół wpływu na takie materiały,

jak metale, szkło, materiały ceramiczne, a nawet drewno może wywoływać w
przypadku polimerów zmiany, które uwzględniać należy przy badaniu ich
własności.

Zależność odkształcenia od

Zależność odkształcenia od

temperatury

temperatury

W celu uzyskania wiadomości na temat właściwości tworzyw pod

działaniem temperatury wyznacza się tzw. „krzywe termomechaniczne” opisujące
zmiany właściwości mechanicznych w zależności od temperatury.

Metody wyznaczania

Metody wyznaczania

dopuszczalnej temperatury

dopuszczalnej temperatury

użytkowania tworzyw

użytkowania tworzyw

•

Metoda Martensa

•

Metoda Vicata

Oznaczenie temperatury

Oznaczenie temperatury

ugięcia metodą Martensa

ugięcia metodą Martensa

Metoda Martensa (wg PN-90/C-89025) stosowana jest w odniesieniu do

tworzyw występujących w temperaturze otoczenia w stanie szklistym. Według tej
metody próbkę o wymiarach 120 x 15 x 10 mm, zginamy wywołując w niej
naprężenie 50 x 10

5

N/m

2

(5 MPa) (rys. 4). Podczas badania próbka jest nagrzewana

ze stałą szybkością 1,4 x 10

-2

°C/s (50 °C/godz.) Temperaturę, przy której

zakończenie pręta ugnie się o 6 mm (co odpowiada wartości modułu Younga E =
1000 MPa), przyjmujemy jako temperaturę mięknienia – będącą miarą odporności
cieplnej.

Oznaczenie temperatury

Oznaczenie temperatury

ugięcia metodą Martensa

ugięcia metodą Martensa

cd.

cd.

Metoda oznaczania temperatury ugięcia według Martensa polega na

umieszczeniu próbki w dwóch uchwytach aparatu Martensa i poddawaniu ją stałemu
naprężeniu zginającemu i podnoszeniu temperatury próbki z określoną szybkością
przyrostu temperatury od temperatury pokojowej do temperatury, w której koniec
dźwigni zamontowanej do górnego uchwytu aparatu wskaże umowne wychylenie 6mm.
Wskaźnik W wytrzymałości przekroju na zginanie oblicza się z równania:

Gdzie:
W – wskaźnik wytrzymałości przekroju na zginanie
b – szerokość próbki [mm]
h - wysokość próbki [mm]

Przyrząd do zamocowania

Przyrząd do zamocowania

próbek przy badaniu

próbek przy badaniu

temperatury ugięcia wg

temperatury ugięcia wg

Martensa

Martensa

Termostat komorowy

Termostat komorowy

aparatu Martensa

aparatu Martensa

Oznaczenie temperatury

Oznaczenie temperatury

ugięcia metodą Vicata.

ugięcia metodą Vicata.

Badanie polega na wciskaniu w próbkę badanego tworzywa tępo

zakończonego penetratora o przekroju 1 mm

2

, pod obciążeniem 10, 25 lub 50 N, przy

stałym wzroście temperatury wynoszącym 1,4 x 10

-2

°C/s (50 °C/godz.). Temperaturę,

przy której penetrator zagłębi się w próbkę na głębokość 1 mm, przyjmuje się jako
temperaturę mięknienia. Badanie przeprowadza się zgodnie z normą PN-EN ISO
306:2002 (U).

Oznaczenie temperatury

Oznaczenie temperatury

ugięcia metodą Vicata cd.

ugięcia metodą Vicata cd.

Metoda

ta

polega

na

określeniu

temperatury,

przy

której

znormalizowana igła przyrządu pomiarowego aparatu Vicata zagłębi się w
powierzchnię próbki pomiarowej badanego tworzywa na głębokość 1 mm pod
działaniem określonego obciążenia przy równomiernej szybkości przyrostu
temperatury .

W zależności od zastosowanego obciążenia wyróżnia się dwie odmiany

temperatury mięknienia wg Vicata:



A – pomiar temperatury mięknienia przy obciążeniu 10 ± 0,2 N



B - pomiar temperatury mięknienia przy obciążeniu 50 ± 1 N

Przyrząd do obciążania

Przyrząd do obciążania

próbek metodą Vicata

próbek metodą Vicata

Termostat komorowy

Termostat komorowy

aparatu Vicata

aparatu Vicata

Oznaczanie temperatury

Oznaczanie temperatury

ugięcia przyrządem Martensa

ugięcia przyrządem Martensa

Wewnątrz aparatu znajduje się demontowalne urządzenie obciążające próbki.

Jego konstrukcja umożliwia ustalenie momentu zginającego, który wywołuje w próbce

naprężenie zginające wynoszące 50 ±0,5 kG/cm². Uzyskuje się go poprzez ustawienie

ruchomego obciążnika o masie 650 g znajdującego się na ramieniu, do którego

przymocowany jest górny koniec próbki. Dolna część próbki tworzywa przymocowana

jest do uchwytu w podstawie, który umożliwia regulację przerwy pomiędzy stykami

zwieracza. Ramię z obciążnikiem wyskalowane jest w jednostkach wskaźnika

wytrzymałości, który oblicza się z następującej zależności:

b- szerokość próbki, mm
h - grubość próbki, mm

Obciążnik należy ustawić na ramieniu w pozycji określonej przez wyliczony

wskaźnik wytrzymałości. Styki zwieracza przed wykonaniem pomiaru powinny być

oddalone od siebie o 6 ± 0,1 mm.

Po zamontowaniu próbek i ustawieniu obciążników całość wstawia się do

komory przyrządu i podłącza w obwód elektrycznego systemu sygnalizacji.

W badaniu oznacza się z dokładnością do ±1 K temperaturę, w której

urządzenie sygnalizacyjne wskazuje zwarcie się styków zwieracza.

Za wynik przyjmuje się średnią arytmetyczną temperatury ugięcia trzech

równocześnie badanych próbek zaokrągloną do pełnych K.

Oznaczanie temperatury

Oznaczanie temperatury

ugięcia przyrządem Vicata

ugięcia przyrządem Vicata

Badanie to nazywa się również oznaczeniem temperatury mięknienia.

Zasada metody polega na określeniu temperatury, w której stalowa igła o
określonej powierzchni przekroju pod stałym obciążeniem zagłębi się
na głębokość 1 mm, przy stałym wzroście temperatury.

Pomiar jest zbliżony do metody Martensa, różny jest tylko rodzaj

nadanych odkształceń i sposób ich wywołania.

Przyrząd pomiarowy stanowi termostat szafkowy zaopatrzony w zespół

prętów pionowych obciążonych u góry ponad szafką obciążnikami o ciężarze 1 lub
5 kG. U dołu pręt posiada stalową igłę o przekroju poprzecznym 1 mm².

Aparat Vicata zaopatrzony jest w termostat sprzężony z zegarem i

termoregulatorem tak, aby temperatura wewnątrz szafki podnosiła się w trakcie
badania z szybkością 50°C/h.

Pręty przenoszące nacisk obciążników na próbkę sprzężone są ze

wskaźnikami, które przy pomocy dźwigni, przenoszą ruch pręta na skalę o
poszerzonej podziałce. Umożliwia to łatwe odczytywanie zagłębienia igły
wynoszące 1 mm, co również sygnalizują wskaźniki połączone z systemem
dzwonkowym.