MATERIAŁY POMOCNICZE DO LABORATORIUM

TWORZYWA SZTUCZNE II

Ć

WICZENIE: OCENA WŁASNO

Ś

CI MECHANICZNYCH TWORZYW

TERMOPLASTYCZNYCH – PRÓBY ROZCI

Ą

GANIA, ZGINANIA, UDARNO

Ś

CI

Opracował: dr inż. Andrzej Bełzowski

Wydział Mechaniczny Politechniki Wrocławskiej,

Wydziałowy Zakład Wytrzymałości Materiałów

Wrocław, wrzesień 2010

Na prawach rękopisu

1.

Wprowadzenie

Własności mechaniczne tworzyw termoplastycznych zależą od wielu czynników: struktury

molekularnej, temperatury, zawartości wody, prędkości obciążania, czasu działanie
obciążenia. Wiele z wymienionych zależności w materiałach metalicznych nie występuje lub
jest znacznie słabsza. Przykładem tego może być absorpcja wody (wchłanianie do wnętrza
elementu): w metalach praktycznie nieobecna, w tworzywach niekiedy osiągająca w stanie
nasycenia nawet kilka procent (np. w poliamidach jest to 2,5-7,5 %, dla PET około 0,8%).
Zaabsorbowana woda uszkadza wiązania chemiczne cząstek polimeru, co powoduje
degradację materiału przejawiającą się w pogarszaniu własności mechanicznych i fizycznych.
W stalach i innych stopach metali kontakt z wodą może wywołać korozję na powierzchni, ale
trudno byłoby mówić o nasiąkliwości tych materiałów.

Cechą specyficzną polimerów jest silna zależność ich właściwości mechanicznych od

czasu działania obciążenia i temperatury. Zagadnienie to jest omówione w dalszej części
opracowania.

Podczas prób wytrzymałości tworzywa termoplastyczne mogą wykazać zachowanie

kruche lub ciągliwe. Te właściwości można wstępnie ocenić na podstawie zarejestrowanych
wykresów prób rozciągania (rys. 1.1). Krzywa typu 1 na rys. 1.1 przedstawia zachowanie
materiału kruchego. W praktyce w temperaturach otoczenia takie zachowanie mogą
wykazywać:

•

niektóre termoplasty - PS (polistyren), poli (sulfid fenylenu) (PPS),

•

liczne

duroplasty

używane

jako

osnowy

polimerowych

kompozytów

konstrukcyjnych – żywice poliestrowe nienasycone (UP), żywice epoksydowe (EP) i
ż

ywice vinyloestrowe (VE).

Charakterystyczną cechą tworzyw kruchych zauważalną na wykresach obciążania jest
niewielka wartość odkształcenia w momencie zerwania ε

B

, na ogół ε

B

≤

5%.

Krzywe 2 i 3 przedstawione na rys. 1.1 reprezentują materiały ciągliwe. Przy wydłużeniach
rzędu kilkunastu procent jest to ciągliwość raczej umiarkowana. Wiele tworzyw
termoplastycznych wykazuje wartość ε

B

rzędu 50-1000%, co kwalifikuje je do materiałów

ciągliwych lub bardzo ciągliwych. Do takich materiałów zaliczają się między innymi takie
popularne tworzywa jak polietylen, polipropylen, poliamid. Ciągliwość jest ważną cechą
materiałów używanych do produkcji opakowań, ponieważ jest ona miarą odporności na
uderzenia.

2

Rys. 1.1. Typowe wykresy rozciągania tworzyw sztucznych.

Mechanizmy odkształcania polimerów termoplastycznych pod wpływem przyłożonego

obciążenia polegają na rozluźnieniu wiązań między łańcuchami cząstek i względnym ruchu
łańcuchów. Obecność w materiale fazy krystalicznej wpływa na jego właściwości. Wzrost
stopnia krystaliczności zwiększa wytrzymałość, sztywność, twardość, odporność chemiczną.
Krystaliczność może sprzyjać kruchemu pękaniu i obniża odporność na obciążenia udarowe.

W polietylenie o niskiej gęstości (jest to tzw. polietylen wysokociśnieniowy) stopień

krystaliczności wynosi 40-50%. W polietylenie o wysokiej gęstości PE-HD (tzw. polietylen
niskociśnieniowy) stopień krystaliczności osiąga 60-80%. Mechanizmy zniszczenia struktury
polimerów zawierających fazę krystaliczną i amorficzną są omówione w podręczniku
Dobrzańskiego

1

.

Celem badań własności mechanicznych tworzyw sztucznych może być:

••••

kontrola jakości produkcji,

••••

kontrola jakości dostarczonej partii produktu,

••••

uzyskanie danych potrzebnych do projektowania wytrzymałościowego,

••••

sprawdzenie własności materiału nowego lub powstałego w wyniku badań nad
ulepszeniem istniejących tworzyw.

Ze względu na stosunkowo dużą zależność własności polimerów od temperatury,

zawartości wody, szybkości obciążania itd., badania własności mechanicznych tworzyw
sztucznych są z reguły trudniejsze technicznie w porównaniu do analogicznych prób
materiałów metalicznych. Tworzywa sztuczne wymagają stosowania znormalizowanych
sposobów pobierania materiału na próbki, ich wykonywania, klimatyzacji próbek. Badania
wymagają ścisłego respektowania wymagań odnośnie warunków przeprowadzania prób,
w szczególności wilgotności i temperatury badania.

1

L.A. Dobrzański, Niemetalowe materiały konstrukcyjne, Wyd. P. Śląskiej, Gliwice, 2008.

ε

B

ε

B

ε

B

σ

M

σ

y

σ

M

3

1

2

C

D

3

Na ogół trudniejszy technicznie (w porównaniu do metali) jest pomiar odkształceń. W

tworzywach kruchych montowanie na próbkach ekstensometrów mechaniczno-elektrycznych
do określania wydłużeń i przemieszczeń wymaga szczególnej ostrożności w celu uniknięcia
uszkodzeń powierzchni próbki w miejscu styku z czujnikiem. Ryzyko uszkodzeń próbki przez
zamontowanie układu do pomiaru odkształceń może być zminimalizowane dzięki użyciu
nowoczesnych czujników optycznych (kamery wideo, czujniki laserowe), ale są to urządzenia
bardzo kosztowne i z tego powodu mało popularne. W marcu 2009 jeden z najtańszych
oferowanych układów optycznych z jedną kamerą do bezstykowego pomiaru odkształceń
kosztował około 80.000 zł. Taki sposób pomiaru odkształceń, od lat stosowany za granicą
(np. w USA) przypuszczalnie rozpowszechni się ze względu na znakomite dostosowanie do
specyfiki tworzyw sztucznych.

2. Próba rozciągania tworzyw sztucznych

Warunki i sposób przeprowadzania próby rozciągania tworzyw sztucznych są opisane w

normie PN-EN ISO 527 Tworzywa sztuczne. Oznaczanie właściwości mechanicznych
przy statycznym rozciąganiu.

Typowa próbka (nazywana w normie kształtką) jest płaska i ma kształt „wiosełkowy”

(rys. 2.1). Przy grubości 4,0

±

0,2 mm, szerokość części pomiarowej wynosi 10

±

0,2 mm a

długość 80 lub 60 mm.

Rys. 2.1. Dwie próbki wiosełkowe wykonane metodą wtrysku: u dołu – z poliamidu 6 i u góry – z

poliamidu 6 wzmocnionego włóknem szklanym. Rozstaw widocznych u góry końcówek suwmiarki

wynosi 60.0 mm i odpowiada typowej długości bazy pomiarowej takich próbek.

Niektóre charakterystyki materiałowe wyznaczane w próbie rozciągania tworzyw

sztucznych zostały zdefiniowane nieco inaczej w porównaniu do standardów przyjętych w
badaniach metali. Wielkość oznaczona na rys. 1.1 jako σ

M

została określona w normie jako

wytrzymałość na rozciąganie. Odpowiada ona (σ

M

) wytrzymałości na rozciąganie metali R

m

.

Wielkość σ

y

określono w normie jako granicę plastyczności tworzywa, chociaż jest ona

bliższa pojęciu wytrzymałości na rozciąganie w rozumieniu normy do badania metali.
Tworzywa sztuczne wykazujące w próbie rozciągania zachowanie opisane krzywą typu 2
cechuje utworzenie się widocznego stosunkowo dużego przewężenia, które w zakresie
odkształceń odpowiadających odciętym punktów C i D (rys. 1.1) obejmuje stopniowo całą
długość części pomiarowej. W zakresie C-D uszkodzenie próbki widoczne gołym okiem

4

przeważnie jest na tyle poważne, że materiał można uznać za w zasadzie zniszczony. Gdyby
w takim przypadku wartość naprężenia w punkcie D była wyższa od granicy plastyczności σ

y

,

to niedoświadczony inżynier mógłby przyjąć wartość wytrzymałości σ

M

=σ(D) i

zaprojektować element na podstawie tak określonej wytrzymałości. Stanowiłoby to
pominięcie faktu, że uszkodzenie dyskwalifikujące materiał elementu do dalszego
bezpiecznego użytkowania pojawiło się wcześniej, przy wartości naprężenia σ

y

<σ

M

.

Należy

mieć świadomość, że wielkości określane podobnymi terminami w badaniach metali i
tworzyw sztucznych mogą mieć nieco inny sens fizyczny.

Wydłużenie względne przy zerwaniu ε

B

tworzywa jest określane jako wydłużenie

całkowite tuż przed wystąpieniem zniszczenia próbki. W badaniach stali i innych ciągliwych
stopów metali przeważnie określa się wydłużenie względne próbki po jej zerwaniu (w
przeszłości oznaczane symbolem A

5

, obecnie A

C

). W metalach jest to odkształceni materiału

trwałe a nie całkowite (odkształcenie całkowite jest sumą składowej sprężystej tj. zanikającej
po odciążeniu i składowej trwałej, pozostającej w materiale nie obciążonym.

Moduł sprężystości wzdłużnej (Younga) podczas rozciągania tworzyw E

t

wyznacza się z

zależności

1

2

1

2

ε

ε

σ

σ

ε

σ

−

−

=

∆

∆

=

t

E

(1)

Przeprowadzając próbę rozciągania należy zarejestrować krzywą obciążenie – wydłużenie

lub tylko wartości siły i wydłużenia odpowiadające odkształceniom ε

1

=0,0005 i ε

2

=0,0025.

Naprężenia σ

1

i σ

2

odpowiadające odkształceniom ε

1

i ε

2

należy określić korzystając z

zarejestrowanego wykresu obciążania. Ponieważ odkształcenie zerwania tworzyw sztucznych
stosowanych w technice z reguły przekracza wartość 1% jest oczywiste, że zakres wartości
odkształceń 0,0005

≤

ε

≤

0,0025 wykorzystany do wyznaczenia modułu należy do zakresu

liniowo sprężystego.

Prędkości obciążania podane w PN-EN ISO 527 w mm/min wynoszą: 1, 2, 5, 10, 20, 50,

100, 200, 500. W praktyce najczęściej stosuje się prędkości nie przewyższające 10 mm/min.

3.

Określanie własności tworzyw sztucznych przy statycznym zginaniu

3.1. Informacje ogólne o próbie zginania

Próby zginania są stosowane przede wszystkim w celu określenia własności tworzyw

sztywnych, które charakteryzują się stosunkowo dużym modułem sprężystości wzdłużnej E.
Stosowanie obciążeń zginających jest szczególnie przydatne w przypadku badania materiałów
kruchych. Jest to ważna grupa tworzyw sztucznych szeroko stosowanych w technice, których
charakterystyczną cechą są niewielkie wartości wydłużenia względnego przy zerwaniu,
wynoszące najczęściej

ε

r

=1–5 %. Określenie odkształceń o takich wartościach z wymaganą

dokładnością względną rzędu 1%, jest w próbie rozciągania dość trudne w przeciętnie
wyposażonym laboratorium wytrzymałościowym. Wynika to między innymi z następujących
okoliczności:

•

przy najczęściej spotykanych długościach baz pomiarowych, wynoszących kilkadziesiąt
milimetrów, dokładność bezwzględna pomiaru wydłużeń powinna wynosić około 1–5

µ

m,

5

•

stosowany system mocowania czujnika do pomiaru wydłużeń powinien wykluczać
możliwość powstania uszkodzeń powierzchni próbki w miejscu mocowania, co mogłoby
mieć istotny wpływ na wynik próby.

Wymienione trudności można w dużej mierze ominąć, określając własności tworzywa na

podstawie przeprowadzonej próby zginania. Jedną z zalet prób zginania jest łatwość pomiaru
wielkości charakteryzującej odkształcenie próbki, którą jest jej największe ugięcie zwane
strzałką ugięcia.

Próby zginania są szeroko stosowane w laboratoriach zajmujących się udoskonalaniem

istniejących oraz opracowywaniem nowych tworzyw. Decyduje o tym względna łatwość oraz
szybkość ich przeprowadzania. W tym przypadku celem badań jest często dokonanie oceny
porównawczej różnych materiałów.

W praktyce najczęściej stosuje się schemat zginania trójpunktowego (rys. 3.1). W

przypadku tworzyw nie wzmocnionych włóknami próbę prowadzi się aż do zniszczenia
próbki, które powinno być spowodowane przez naprężenia normalne związane z działaniem
momentu zginającego.

Badanie podczas zginania polega na tym, że próbkę pomiarową z tworzywa w postaci

beleczki prostopadłościennej, podpartą w określony sposób, obciąża się prostopadle do jej osi
wzdłużnej. Na rys. 3.1-2 pokazano niektóre stosowane sposoby obciążania.

Próba zginania tworzyw sztucznych nie wzmocnionych jest opisana w normie PN-

EN ISO 178 Tworzywa sztuczne. Oznaczanie właściwości podczas zginania.
Oprzyrządowanie

do

prób

zginania

stanowi

standardowe

wyposażenie

maszyn

wytrzymałościowych. Wzajemne usytuowanie punktów podparcia i przyłożenia obciążenia
jest zwykle ściśle określone w obowiązujących normach. Obciążenie zwiększa się powoli,
jednostajnie, aż do zniszczenia próbki lub do osiągnięcia określonej umownej strzałki ugięcia.
Prędkości obciążania podane w PN-EN ISO 178 w mm/min wynoszą: 1, 2, 5, 10, 20, 50, 100,
200, 500. W praktyce najczęściej stosuje się prędkości nie przewyższające 10 mm/min.

W obowiązującej w Polsce normie PN

−

EN

ISO

178 przewiduje się stosowanie zginania

trzypunktowego (rys. 3.1) próbek prostopadłościennych o stosunku wysokości do odległości
podpór wynoszącym l

r

/h=16. Zalecanym kształtem próbki jest prostopadłościan o wymiarach

przekroju poprzecznego b×h=10×4 mm i długości całkowitej l=80 mm. W uzasadnionych
przypadkach dopuszcza się odstępstwa wymiarowe w granicach określonych w normie.
Rozstaw podpór spełniający warunek l

r

=16h zapewnia w materiałach kruchych zniszczenie

wskutek osiągnięcia naprężeń normalnych σ związanych z momentem zginającym.

h

F

l

r

/2

l

r

/2

Rys. 3.1. Schemat sposobu obciążania próbki w próbie zginania tzw. „trzypunktowego”.

6

h

F

F

l

r

/3

l

r

/3 l

r

/3

.

Rys. 3.2. Schemat próby zginania czteropunktowego opisanej w niektórych normach

zagranicznych (np. amerykańskich).

Wartości naprężenia normalnego (zginającego) obliczamy wg znanej zależności

W

M

g

=

σ

(2)

gdzie M

g

oznacza największą wartość momentu zginającego przenoszonego przez próbkę w

analizowanej chwili a

W jest wskaźnikiem przekroju poprzecznego próbki obliczonym wg

zależności

6

2

bh

W

=

(3)

b i h są wymiarami przekroju poprzecznego próbki (rys. 3.1 i 3.2).

3.2. Wyznaczanie modułu sprężystości wzdłużnej

Strzałkę ugięcia f pręta prostopadłościennego o szerokości b i wysokości przekroju h,

zginanego trzypunktowo siłą o wartości F możemy obliczyć z zależności

3

3

4

bh

E

Fl

f

f

=

(4)

Wzór ten jest używany do obliczenia modułu Sprężystości Younga E

f

wg procedury

opisanej w PN-EN ISO 178. Kolejność postępowania jest następująca:

1.

Przeprowadzając próbę zginania (niszczącą lub do osiągnięcia tylko pewnej
wymaganej strzałki ugięcia zarejestrować krzywą obciążenie – ugięcie lub tylko
wartości siły i ugięcia odpowiadające odkształceniom ε

f1

=0,0005 i ε

f2

=0,0025.

Wartości ugięć f

1

i f

2

należy obliczyć ze wzoru

)

2

;

1

(

6

2

=

=

i

h

l

f

fi

i

ε

(5)

podstawiając kolejno ε

f1

=0,0005 i ε

f2

=0,0025.

2.

Określić wartości siły F obciążającej próbkę w chwilach osiągnięcia wartości
odkształceń ε

f1

i ε

f2

oraz odpowiadające wartości największego naprężenia

normalnego σ

f1

i σ

f2

.

7

3.

Obliczyć moduł Younga materiału

1

2

1

2

f

f

f

f

f

E

ε

ε

σ

σ

−

−

=

(6)

3.3. Wyznaczanie wytrzymałości na zginanie

Według cytowanej normy PN-EN ISO 178, właściwości wytrzymałościowe tworzyw

wyznacza się stosując schemat obciążania trzypunktowego (rys. 3.1.), identyczny z
używanym w próbie wyznaczania modułu sprężystości E

f

(l

r

/ h=

16). Próbę przeprowadza się

do osiągnięcia określonej umownej strzałki ugięcia, wynoszącej s

c

=

1,5

⋅

h

. Jeżeli próbka

ulegnie złamaniu przed osiągnięciem tej strzałki, to wielkością charakteryzującą materiał jest
wytrzymałość na zginanie

σ

fM

, określona jako największe naprężenie zginające przeniesione

przez próbkę, obliczone wg wzoru (7)

2

2

2

3

6

4

bh

Fl

bh

l

F

W

M g

r

r

fM

=

⋅

=

=

σ

(7)

gdzie F oznacza największą wartość siły zarejestrowaną podczas obciążania próbki.

Wartości wytrzymałości na zginanie tworzyw sztucznych różnią się istotnie od

wytrzymałości na rozciąganie: prawie zawsze wytrzymałość na zginanie tworzyw

σ

fM

jest

większa od wytrzymałości na rozciąganie

σ

M

. Różnice są niemałe, często rzędu 50% (

σ

fM

≈

1,50×

σ

M

) Moduły sprężystości nie podlegają tej prawidłowości, z reguły ich wartości są zbliżone

(E≈E

f

). Wytłumaczenie przyczyny różnic wartości

σ

fM

i

σ

M

wymaga analizy rozkładów naprężeń

w kształtkach przy założeniu, że wytrzymałość materiału jest opisana statystycznym
rozkładem Weibulla, co przekracza zakres tego ćwiczenia.

Jeżeli próbka nie ulegnie złamaniu przed osiągnięciem wartości umownej strzałki ugięcia

s

c

=1,5×h, to wielkością charakteryzującą materiał pod względem zdolności do przenoszenia

obciążeń zginających jest tzw. naprężenie przy określonej strzałce ugięcia

σσσσ

fC

. Jest to

największe naprężenie normalne (zginające), występujące w próbce w chwili osiągnięcia
ugięcia s

c

, określone wg wzoru (7). Wartość F oznacza tym razem siłę zarejestrowaną w

momencie osiągnięcia ugięcia s

c

.

Wielkość

σ

fC

jest pojęciem umownym, ponieważ wiele tworzyw w chwili osiągnięcia

strzałki ugięcia s

c

znajduje się już poza granicą stosowalności prawa Hooke’a. Jak wiadomo,

wzory używane do przeliczania wartości pomiarowych zostały wyprowadzone przy założeniu
jego ważności. Sposób określenia naprężenia

σ

fC

powoduje, że wykorzystanie tej wielkości w

obliczeniach jest równoznaczne z wprowadzeniem warunku sztywności, często bardziej
ostrego, niż warunek wytrzymałości.

W celu określenia wytrzymałości na zginanie

σ

fM

lub naprężenia zginającego przy

umownej strzałce ugięcia

σ

fC

należy poddać próbie co najmniej 5 próbek. Jako wynik badania

przyjmuje się średnią arytmetyczną wykonanych oznaczeń. W normie określa się dokładnie
sposób pobrania próbek oraz tolerancje wymiarów. Przed badaniem próbki poddaje się tzw.
klimatyzacji, trwającej co najmniej 16 godzin w temperaturze wynoszącej 23

±

2

0

C przy

8

wilgotności względnej 50

±

5%. Prędkość posuwu trzpienia obciążającego przy zastosowaniu

zalecanej kształtki o wymiarach 10×4×80 mm powinna wynosić 2 mm/min .

Profesjonalne laboratoria przedstawiają wyniki przeprowadzonych prób w postaci

protokołu, który powinien zawierać informacje o badaniach każdej próbki, włączając w to
dane o typie zniszczenia, jak i określoną wartość średnią naprężeń wraz z odchyleniem
standartowym.

Jak wspomniano wcześniej, próby zginania tworzyw sztucznych wzmocnionych włóknami

przeprowadza się wg normy PN-EN ISO 14125: 2001, która dopuszcza stosowanie dwóch
schematów obciążania kształtek: zgnania trzypunktowego (rys. 4.1) i czteropunktowego
(rys. 3.2). Wyznacza się moduł sprężystości E

f

i wytrzymałość na zginanie

σ

fM

. Norma

PN-

EN ISO 14125: 2001 nie przewiduje wyznaczania naprężenie przy określonej strzałce ugięcia

σ

fC

. Można to tłumaczyć relatywną kruchością tworzyw sztucznych wzmocnionych

włóknami, które powinny ulegać zniszczeniu przed osiągnięciem ugięcia s

c

=

1,5h.

4. Udarność tworzyw sztucznych

Udarność jest to odporność tworzywa na złamanie spowodowane siłą przyłożoną udarowo
(dynamicznie). Jako miarę udarności przyjmuje się zazwyczaj iloraz pracy potrzebnej do
dynamicznego złamania próbki przez jej przekrój poprzeczny w miejscu złamania.
Obciążenie powinno być przyłożone z odpowiednią prędkością. Badania prowadzi się
najczęściej podczas udarowego zginania lub rozciągania próbek z karbem lub bez karbu.
Do badania udarności stosuje się zwykle młoty wahadłowe, które w zależności od potrzeb
mogą być wyposażone w dodatkowe urządzenia elektroniczne do pomiaru siły i
odkształcenia. Najczęściej są stosowane dwie metody różniące się przede wszystkim
sposobem mocowania próbki:

•

Metoda Charpy’ego, w której próbka w postaci beleczki prostopadłościennej (z
karbem lub bez karbu) podpierana jest swobodnie na obu końcach i uderzana w środku
pomiędzy podporami. Metoda oznaczania polega na złamaniu próbki, które powinno
się osiągnąć jednym uderzeniem wahadłowego młota w jej środek pomiędzy
podporami, dla próbek z karbem - po stronie przeciwległej do nacięcia. Prędkość
uderzenia w tej metodzie jest ściśle określona i wynosi 2,9 lub 3,8m/s. Metoda ta
obowiązuje w kraju i jest szczegółowo opisana w normie PN-81/C-89029 Tworzywa
sztuczne. Oznaczanie udarnoœci metod¹ Charpy’ego.

•

Metoda Izoda, w której stosuje się również próbki prostopadłościenne, jednakże
wyłącznie z karbem. Są one utwierdzone jednym końcem w uchwycie. Młot uderza w
swobodny koniec próbki z prędkością 3,35m/s. Metoda ta, chociaż nie jest zalecana w
kraju, obowiązuje w wielu państwach, m.in. w USA. Wyniki oznaczania udarności
metodą Izoda nie mogą być porównywane z wynikami pomiarów uzyskanymi metodą
Charpy’ego.

Młot do próby udarności Charpy’ego jest pokazany na rys. 4.1. Bijak widoczny na rys. 4.1 w
górnym położeniu po zwolnieniu blokady opada w dół wykonując ruch po łuku okręgu. W
dolnym położeniu napotyka na swej drodze próbkę ułożoną na podporach. Wskutek uderzenia
próbka ulega złamaniu i bujak wychyla się na stronę przeciwną. Wysokość osiągnięta przez
bijak po uderzeniu jest mniejsza od wysokości wyjściowej wskutek zużycia części jego
energii na złamanie próbki. Pomiar różnicy wysokości bijaka przed i po próbie jest podstawą
do określenia wartości pracy zużytej do złamania próbki.

Wskaźniki udarności, którymi są udarność próbki z karbem i bez karbu, nie mają
bezpośredniego zastosowania do obliczeń wytrzymałościowych. Stanowią one orientacyjne

9

wskaźniki pomocnicze o charakterze porównawczym a niekiedy mogą nawet decydować o
wyborze materiału. Można je np. wykorzystywać do oceny wpływu koncentracji naprężeń
przez porównanie udarności próbek z karbem i bez karbu lub do oceny stopnia kruchości
tworzyw w niskiej temperaturze.

bijak

próbka
a

Rys. 4.1. Młot Charpy’ego firmy Zwick o zakresie 0-50 J.

Udarność polimerów konstrukcyjnych zależy silnie od temperatury. Udarność różnych
polimerów badanych w temperaturze pokojowej znacznie różni się od siebie. Najmniejszą
udarność wykazują polimery o temperaturze kruchości wyższej od temperatury pokojowej
(np. polistyren, polimetakrylan metylu), a więc tworzywa, w których w temperaturach
badania istnieją duże siły międzycząsteczkowe. Udarność maleje także wraz ze wzrostem
stopnia krystaliczności i wielkości krystalitów oraz ze spadkiem masy cząsteczkowej. W
porównywalnych temperaturach polimery usieciowane wykazują większą udarność od
polimerów nieusieciowanych.
Zwiększenie udarności uzyskujemy przez wprowadzenie do niektórych polimerów
odpowiednich napełniaczy lub zmiękczaczy. Te ostatnie zmniejszają oddziaływania
międzycząsteczkowe.

10

5. Cel i zakres ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest zaznajomienie się z wybranymi krótkotrwałymi metodami badań
własności mechanicznych tworzyw sztucznych na przykładzie prób statycznego rozciągania,
zginania oraz udarności jako próby dynamicznej.
W zakres ćwiczenia wchodzi:
a/ uczestniczenie w wykonaniu znormalizowanych prób rozciągania, zginania i udarności
kilku wybranych tworzyw sztucznych,
b/ określenie własności wytrzymałościowych badanych próbek przez wyznaczenie
zdefiniowanych w normach wskaźników wytrzymałościowych,
c/ przeprowadzenie krótkiej zbiorczej analizy otrzymanych wyników, mającej na celu
porównanie mechanicznego zachowania się różnych tworzyw sztucznych przy danym
sposobie obciążania oraz danego tworzywa sztucznego przy różnych sposobach
obciążania.

Literatura obowiązkowa

1.

Niniejsza instrukcja

2.

Skrypt „Laboratorium wytrzymałości materiałów” Oficyna PWr, 2001, rozdział 2,

s.47-72.