LABORATORIUM Z ZASTOSOWANIA MATERIAŁÓW KONSTRUKCYJNYCH
Podgrupa II: Cegielski Jakub Gładoch Joanna Kowalski Łukasz	Nather Joanna Piechowiak Jolanta Szwierz Joanna Walczak Agnieszka	Wydział: BMiZ Kierunek: ZiIP Grupa: ZP2	Prowadzący: mgr inż. Jacek Andrzejewski
						Ocena:
SPRAWOZDANIE

1. PRZEDMIOT BADAŃ - POLIPROPYLEN:

• Wzór chemiczny: -[CH₂CH(CH₃)]-

• Niewielki ciężar właściwy 0,91 g/cm³

• Wysoka odporność na pełzanie.

• Wysoka odporność na starzenie dzięki stabilizacji termicznej.

• Dobra zgrzewalność, odporność na ścieranie i elastyczność.

• Łatwość obróbki termoplastycznej.

• PP jest złym przewodnikiem ciepła co w większości przypadków pozwala na uniknięcie stosowania dodatkowej izolacji termicznej.

• Otrzymuje się go w wyniku niskociśnieniowej polimeryzacji propylenu.

• Na przedmiotach produkowanych z tego tworzywa umieszcza się zwykle symbol PP.

• Polipropylen jest węglowodorowym polimerem termoplastycznym, tzn. daje się wprowadzić w stan ciekły pod wpływem zwiększenia temperatury oraz z powrotem zestalić po jej obniżeniu, bez zmian własności chemicznych. Jest wykorzystywany do badań i w życiu codziennym ponieważ ma niski wskaźnik chłonności wody.

• Temperatura mięknięcia: ok. 165 ^oC

• Podczas zajęć wykorzystywane były próbki o różnej zawartości węgla w kompozycie:

• WPC 0% czysty polipropylen

• WPC 2%

• WPC 5%

• WPC 10%

• WPC 15%

• WPC 20%

• WPC 70% roztwór węgla w kompozycie (drewno sosnowe, 70% mączki drzewnej)

2. BADANIE CECH WYTRZYMAŁOŚCIOWYCH W PRÓBIE ROZCIĄGANIA:

• Cel: Celem ćwiczenia było oznaczenie podstawowych cech wytrzymałościowych polimerów w próbie rozciągania przeprowadzonej na maszynie wytrzymałościowej. Próbie poddane zostały próbki o różnej zawartości węgla w kompozycie.

• Wyposażenie: Do przeprowadzenia doświadczenia wykorzystana została maszyna wytrzymałościowa INSTRON 4481 z szczękami samozaciskowymi oraz program Bluehill.

• Parametry:

• Proces rozciągania przeprowadzany był z prędkością 50mm/min.

• Odcinek pomiarowy: 50mm

• Grubość próbek: 4mm

• Szerokość: 10mm

• Wyniki:

Nr próbki	WPC	F	σ=F/A0 [MPa]	F - siła odkształcająca A0 - początkowa powierzchnia przekroju poprzecznego rozciąganej próbki (40mm^2)
1	0%	1386,068	34,652
2	2%	1270,233	31,756
3	5%	1246,540	31,164
4	10%	1199,153	29,980
5	15%	1071,471	26,787
6	20%	1557,188	38,930

• Krzywe naprężenie odkształcenie:

WPC 0%




WPC 2%




WPC 5%




WPC 10%




WPC 15%




WPC 20%




• Wnioski:

• Czysty polipropylen 0% w porównaniu z pozostałymi próbkami ulega większemu skurczowi, ponieważ zawarty w nich napełniacz nie ulega skurczowi.

• Wytrzymałość na rozciąganie wynosi ok. 20 do 38 MPa.

• Polipropylen modyfikowany jest odporny na rozciąganie i ściskanie w szerokim zakresie temperatur, cechuje go wysoki moduł sprężystości.

• Ma on gładką w dotyku powierzchnię, zwiększoną odporność powierzchni na uszkodzenia i zarysowania, nie ulega naprężeniowej korozji, ma niższą gęstość, większą odporność na rozciąganie oraz większą wytrzymałość termiczną.

• Próbki przed rozciąganiem:




- Próbki po rozciąganiu:




3. BADANIE UDARNOŚCI TWORZYW SZTUCZNYCH:

• Cel: Celem ćwiczenia było poznanie metod oznaczania udarności tworzyw sztucznych, a także wpływu charakteru obciążenia, obecności karbu oraz struktury polimeru na badaną cechę. Cel ćwiczenia realizowany był poprzez pomiary udarności próbek bez wykonanych karbów z tworzyw o odmiennej strukturze.

• Wyposażenie: Do przeprowadzenia doświadczenia wykorzystany został udarowy młot Charpy'ego ISTRON WOLPERT PW5.

• Parametry:

• Proces rozciągania przeprowadzany był przy obciążeniu 25J.

• Grubość próbek: 4mm

• Szerokość: 10mm

• Próbka bez karbu.

• Dodatkowo przeprowadziliśmy badanie na próbce o WPC 0% schłodzonej do temperatury -17^oC.

• Wyniki:

Nr próbki	WPC	L	U = L/(b*h) [kJ/m^2]
1	0%	4,28	107
2	2%	3,92	98
3	5%	4,01	100,25
4	10%	2,41	60,25
5	15%	1,93	48,25
6	20%	2,87	71,75

L - praca zużyta na dynamiczne zniszczenie próbki

b - szerokość próbki

h - wysokość próbki

• Wnioski:

• Próbka 0% i 2% nie złamały się, próbka 5% lekko się wygięła ale także nie uległa złamaniu.

• Próba schłodzona miała charakter pęknięcia kruchego.

• Polipropylen jest najbardziej kruchy w temperaturze poniżej 0 ^oC, jest to związane z przejściem w zakres ciała szklistego poniżej jego temperatury zeszklenia.

• Napełniacze sztuczne w przeciwieństwie do naturalnych (np. włókna celulozowe) przeważnie zmniejszenie umocnienia a co za tym idzie wytrzymałości.

• Wytwory z kompozytów napełnionych mączką drzewną wykazują korzystne właściwości mechaniczne, wyższą sztywność, a w porównaniu z drewnem i tworzywami drzewnymi wykazują znacznie niższą nasiąkliwość i spęcznienie oraz niższy skurcz liniowy.

• Kompozyt zawierający tworzywo termoplastyczne i napełniacz w postaci maczki drzewnej mogą należeć do grupy materiałów polimerowych w których napełniacz wykazuje cechy zbrojenia.

• Z przeprowadzonego cieczenia wynika , ze im mniejsza zawartość mąki drzewnej w kompozycie , tym większa praca konieczna do dynamicznego zniszczenia próbki

4. BADANIE TWARDOŚCI PLASTOMERÓW I ELASTOMERÓW:

• Cel: Celem ćwiczenia było poznanie metod określania twardości tworzyw sztucznych, które użytkowane są w różnych stanach fizycznych (poniżej lub powyżej temperatury zeszklenia T_g), a także wpływu struktury polimeru na badaną cechę. Cel ćwiczenia realizowany był poprzez pomiary twardości próbek z elastomerów i plastomerów o odmiennej budowie strukturalnej.

• Wyposażenie: Do przeprowadzenia doświadczenia wykorzystany został aparat Brinella (twardość plastomerów) i Shore'a (twardość elastomerów). Do odczytu wyniku pomiaru twardości plastomerów HK zostały użyte tablice PN/C-89030/01.

• Parametry:

• Próbka w postaci krążka.

• Obciążenie wstępne F₀ = 9,81 N.

• Wyniki:

Nr próbki	WPC	PLASTOMERY			ELASTOMERY
				Odważniki	Wielkość zagłębienia [cm]	Twardość HB [MPa]	Twardość na awersie próbki [^oSh]	Twardość na rewersie próbki [^oSh]	Twardość średnia [^oSh]
1	0%	trzy 358 N	0,175	141,81	64,5	64,0	64,25
2	2%				65,6	61,7	63,65
3	5%	trzy 358 N	0,200	119,65	60,6	65,5	63,05
4	10%	trzy 358 N	0,335	64,80	63,0	65,5	64,25
5	15%	trzy 358 N	0,180	136,75	59,8	66	62,9
6	20%	trzy 358 N	0,215	109,40	65,9	63,5	64,7
Wartość średnia				114,48	Wartość średnia		63,8

• Wnioski:

• W celu weryfikacji wyników, porównaliśmy je z grupą I. Zaistniałe różnice wynikają najprawdopodobniej z tego, że napełniacz naturalny aglomeruje i podczas badań mogliśmy na niego natrafić.

• Polipropylen cechuje wysoka wytrzymałość i twardość, dobrze zachowuje swój kształt, co związane jest z wysokim stopniem skrystalizowania (ok. 60%).

• Twardość termoplastów maleje ze wzrostem temperatury, ale rośnie ze wzrostem stopnia krystaliczności. Zależy także od stopnia wilgotności.

• Wypełniacze powodują wzrost twardości, a plastyfikatory i środowiska takie jak np. rozpuszczalniki spadek.

5. BADANIE GĘSTOŚCI TWORZYW SZTUCZNYCH:

• Cel: Celem ćwiczenia było zapoznanie się z metodami pomiaru gęstości ciał stałych i cieczy oraz gęstości pozornej materiałów porowatych.

• Wyposażenie: Do przeprowadzenia doświadczenia wykorzystana została waga hydrostatyczna AD200, waga Westphala - Mohra, piknometry i cylindry.

• Parametry:

• Próbki w postaci drobnego granulatu.

• Wyniki:

Nr próbki	WPC	P1	P2	P3	P4	γ
1	0%	25,94	26,44	31,69	81,65	0,926
2	5%	29,21	81,64	29,75	80,99	0,915
3	20%	27,38	27,77	79,81	79,76	0,886

• Wnioski:

• Gęstość próbek o kształtach całkowicie regularnych, a więc próbek prostopadłościennych lub odcinków rur i prętów okrągłych o równomiernym przekroju na całej długości, można określić na podstawie masy próbki i jej objętości obliczo­nej z wymiarów liniowych;

• W przypadku bardzo niewielkiej ilości badanego materiału lub materiału rozdrobnionego stosuje się metodę piknometryczną. Jest to metoda dość szybka, dokładna nie potrzebująca dużej ilości tworzywa badanego;

• Oznaczanie gęstości ciał o nieregularnych kształtach dokonuje się za pomocą wagi hydrostatycznej.;

• Największą gęstość ma próbka 1 bez domieszek, czysty polipropylen. Wraz ze wzrostem zawartość węgla w tworzywie gęstość maleje.

6. BADANIE ŚCIERALNOŚCI TWORZYW SZTUCZNYCH:

• Cel: Celem ćwiczenia było zapoznanie się z zużyciem ściernym, które polega na odrywaniu tworzywa z dwu stykających i przesuwających się względem siebie powierzchni, spowodowane występującymi nierównościami lub obecnością twardych cząsteczek obcego materiału metodą Schopper'a.

• Wyposażenie: Do przeprowadzenia doświadczenia wykorzystana została maszyna do badania ścieralności na papierze ściernym (typu APGi).

• Parametry:

• Długość drogi ścierania L = 394mm=0,394m

• Próbka biała: grubość 0,66cm, średnica 1,2cm

• Próbka czarna: grubość 0,39cm, średnica 1,22cm

• Wyniki:

Nr próbki	Próbka biała		Próbka czarna
		Waga przed ścieraniem [g]	Waga po ścieraniu [g]	Waga przed ścieraniem [g]	Waga po ścieraniu [g]
1	0,67	0,63	1,35	1,16
2	0,57	0,54	1,39	1,24
3	0,60	0,56	1,42	1,26
Wartość średnia	0,61	0,58	1,39	1,22

V_x=[(m₁-m₂)/ρL]*1000 [mm³/m]

ρ= m/V [g/cm³]

Próbka biała:	Próbka czarna:
V=πr^2h r=0,6cm h=0,66cm	V=πr^2h r=0,61cm h=0,39cm
V=3,14*0,36*0,66=0,75[cm^3] ρ=0,81 [g/cm^3]	V=3,14*0,37*0,39=0,45[cm^3] ρ=3,09 [g/cm^3]
1. 0,04/(0,81*0,394)*1000=125,34 [mm^3/m] 2. 0,03/(0,81*0,394)*1000=94,00 [mm^3/m] 3. 0,04/(0,81*0,394)*1000=125,34 [mm^3/m]	1. 0,19/(3,09*0,394)*1000=156,06 [mm^3/m] 2. 0,15/(3,09*0,394)*1000=123,21 [mm^3/m] 3. 0,16/(3,09*0,394)*1000=131,42 [mm^3/m]

• Wnioski:

• Próbka czarna charakteryzuje się większą ścieralnością w porównaniu z próbka białą.

• Metody pomiaru ścieralności są wzajemnie nieporównywalne. Niezbędne jest zarówno podawanie typu aparatu jak i wszystkich warunków: prędkość przesuwu powierzchni trących, temperatura, sposób usuwania tworzywa ścieranego, występujące drgania, ponieważ tylko wtedy pomiary ścieralności opisują wyczerpująco właściwości tworzyw sztucznych.

• Najskuteczniejsze jest powtarzanie pomiarów na dwóch różnych aparatach lub różnych powierzchniach trących.

---