Własności

polimerów i ich

badanie

Anna Bełczowska

Plan prezentacji:



Postacie fizyczne polimerów



Naprężenie



Udarność



Odkształcenie



Moduł Younga



Wytrzymałość

Postacie fizyczne
polimerów:

Większość polimerów o znaczeniu
handlowym lub technicznym ma
charakter tworzyw organicznych.
Występują w różnych postaciach
fizycznych takich jak:



ciecze



kauczuki



kruche szkła



dość miękkie i sprężyste ciała stałe

Postacie fizyczne
polimerów:
-ciecz

Postacie fizyczne
polimerów:
-kauczuk

Postacie fizyczne
polimerów:
-ciało stałe

Własności mechaniczne

Naprężenie jest to siła działająca na

jednostkę powierzchni przekroju.

Podstawowym wymiarem naprężenia

jest N*m

-2

Badanie sprężystości
metodą Schoba:

Oznaczenie elastyczności

przy odbiciu polega na
uderzeniu próbki obciążnikiem,
przymocowanym do wahadła,
opuszczonym

z określonej wysokości
i odczytaniu na skali

przyrządu stosunku wysokości
odchylenia wahadła do
wysokości jego spadku.
Stosunek ten jest wyrażony w
procentach.

Badanie sprężystości
metodą Schoba:

1 - korpus, 2 - wahadło, 3 - obciążnik, 4 - półkulista końcówka

wahadła, 5 - zaczep wahadła, 6 - kowadełko, 7 - zaczepy do
mocowania próbki próbki, 8 - sprężynowy zaczep wskazówki, 9 -
wskazówka, 10 - mechanizm umożliwiający powrót wskazówki do
położenia wyjściowego, 11 - ogranicznik, 12 - skala, 13 - próbka

Własności mechaniczne:
udarność

Udarność – odporność materiału na

pękanie przy obciążeniu dynamicznym.

Najbardziej popularną metodą

oznaczania udarności polimerów jest
metoda Charpy'ego, która przypomina
oznaczenie wytrzymałości na zginanie
prowadzone przy bardzo dużej
szybkości zginania .

Udarność

W metodzie Charpy’ego próbka jest uderzana

przez młot wahadłowy o określonej energii
dokładnie w środku pomiędzy punktami
podparcia. Miarą udarności U jest łatwo
mierzalna energia (praca) potrzebna do

zniszczenia próbki o jednostkowym przekroju.

Własności mechaniczne



Odkształcenie – wielkość
bezwymiarowa, definiowana jako
wydłużenie próbki w stosunku do
długości początkowej. Jest to miara
reakcji tworzywa na działające
naprężenia.

Własności mechaniczne:
odkształcenie

Pod wpływem naprężeń normalnych
i stycznych elementarny sześcian

może zmienić swe wymiary i kształty

Odkształcenie rozciągająco
- ściskające



Wielkość odkształceń zależy od przyjętej miary
odkształcenia. Jest to najczęściej funkcja względnego
wydłużenia λ

λ=l/l

0

gdzie:

l – długość danej krawędzi po odkształceniu
l

0

– pierwotna długość danej krawędzi

Odkształcenie rozciągająco
- ściskające:

Do najpopularniejszych miar tego typu

odkształceń, zwłaszcza przy ocenie
wielkości odkształceń przy rozciąganiu i
ściskaniu polimerów, należą:



MIARA CAUCHY’EGO:

ε

c

= λ -1



MIARA HENCKY’EGO:

ε

H

= ln λ

Własności mechaniczne

Moduł Younga – stosunek naprężenia do

odkształcenia. Wymiarem modułu Younga
jest siła na jednostkę powierzchni.
Moduł Younga najlepiej odnosi się do
tworzyw o właściwościach zbliżonych do
właściwości idealnie sprężystego ciała.
Takie tworzywa stosuje się do prawa
Hooke’a i w ich przypadku słuszne jest
założenie, że odkształcenie występuje
natychmiast po przyłożeniu naprężenia.

E = σ/ε

Własności mechaniczne:

Wytrzymałość – siła działająca na tworzywo

w chwili jego zniszczenia.

Jest to zagadnienie skomplikowane pod

względem teoretycznym z tego powodu, że
zniszczenie jest miejscem nieciągliwośći .
Jego interpretacja na podstawie zdarzeń
poprzedzających jest niełatwa

Wytrzymałość:

Rodzaje zniszczeń:



Zniszczenie kruche – tworzywo ulega
rozerwaniu z bardzo małym
odkształceniem;



Zniszczenie ciągliwe – przed
zniszczeniem następuje znaczne
odkształcenie próbki w postaci
przewężenia.

Własności mechaniczne -
lepkosprężystość



Żadne tworzywo nie jest doskonale
sprężyste w sensie stosowanie się do prawa
Hooke’a. Polimery zwłaszcza w temperaturze
wyższej niż temperatura zeszklenia, z
pewnością nie stosują się do tego prawa. W
tworzywach wielkocząsteczkowych jako
reakcja na przyłożone naprężenie występuje
składnik płynięcia , którego wielkość zmienia
się w czasie. Zjawisko to nazywamy
lepkospręzystością

Własności mechaniczne:
rozciąganie na zimno



Polimery termoplastyczne
pod wpływem
długotrwałego naprężenia
o wartości powyżej granicy
plastyczności podlegają
rozciąganiu na zimno. Na
granicy plastyczności
polimer wytwarza szyjkę

w pewnej strefie badanej

próbki. Przy dalszym
rozciąganiu strefa ta
wydłuża się

Wytrzymałość na
rozciąganie



W badaniach cech wytrzymałościowych
przy rozciąganiu próbki mocuje się w
zaciskach maszyny wytrzymałościowej
i poddaję rozciąganiu z określoną
szybkością mierząc wielkość
odkształcenia oraz odpowiadające
naprężenie aż do chwili zerwania

Wytrzymałość na
rozciąganie

(I) W stanie szklistym-

kruchym dzięki bardzo
dużej sztywności
naprężenie rozciągające
wzrasta bardzo szybko ze
wzrostem odkształcenia,
przy czym zależność ta
ma charakter liniowy
prawie do momentu
zniszczenia próbki.

Wytrzymałość na
rozciąganie

II Stan wymuszonej sprężystości

W zakresie małych odkształceń
naprężenie narasta liniowo ze
wzrostem odkształcenia,
nachylnie prostej s=f(e) w tym
zakresie jest mniejsze niż dla
stanu szklisto-kruchego, co
wskazuje na spadek sztywności
(modułu Younga) polimeru na
skutek wzrostu ogólnej
ruchliwości cząsteczek polimeru.
Punkt A — granica plastyczności
lub wymuszonej sprężystości.

Wytrzymałość na
rozciąganie

III Zakres wysokoelastyczny.
Naprężenie wzrasta

monotonicznie lecz nieliniowo
z odkształcaniem, aż do
zerwania.

Dominującą rolę odgrywają tu

efekty sprężyste związane ze
sprężystością entropową oraz

efekty lepkosprężyste.

Krzywe (IV) i (V) odnoszą się

do stanu ciekłego.

Bibliografia:



John W. Nicholson; Chemia polimerów,
Wydawnictwo Naukowo – Techniczne
Warszawa 1991



Jan Pielichowski, Andrzej Puszyński;
Chemia polimerów; TEZA Wydawnictwo
Naukowo – Techniczne Kraków 2004