Politechnika Lubelska Katedra Procesów Polimerowych Laboratorium: Tworzywa sztuczne
Temat ćwiczenia: Twardość. Metoda wciskania kulki
Nazwisko i imię:

1. Cel ćwiczenia:

Celem ćwiczenia jest pomiar twardości próbki, za pomocą wgłębnika w kształcie kulki.

1. Charakterystyka badanych tworzyw:

Polichlorek winylu (-[CH₂CHCl]-)- polimer syntetyczny z grupy polimerów winylowych, otrzymywany w wyniku polimeryzacjimonomeru – chlorku winylu. Stosowany do wytwarzania tworzyw sztucznych (PCW, PVC, winidur). Polimer ten jest stosowany w różnych gałęziach gospodarki np. do produkcji wykładzin podłogowych, do wyrobu opakowań, elementów urządzeń, płyt gramofonowych, do pokrywania powierzchni sportowych oraz innych, zakrytych i otwartych, a w w elektrotechnice polwinit stosowany jest jako izolacja w przewodach i kablach.

1. Sposób przygotowania i wymiary próbek:

Grubość próbki stosowanej w doświadczeniu wynosiła 8,28mm, była ona również gładka z obu stron, także powierzchnia dolna jak i górna próbki były wzajemnie równoległe oraz prostopadłe do kierunku działania siły. Przed przystąpieniem do pomiaru twardości, próbki poddaje się klimatyzacji w temperaturze 20±2^oC przez 24±1 godzin.

1. Warunki pomiarów oraz przebieg ćwiczenia:

Pomiar został przeprowadzony przy pomocy twardościomierza Charpy 8 z obciążeniem podstawowym 358N i wstępnym 9,81N , oraz zastosowanej kulki jako wgłębnika o średnicy D=5mm. Całkowity czas pomiaru twardości wynosi 30 sekund. Do odczytu wartości zagłębienia kulki służy czujnik mikrometryczny znajdujący się w górnej części urządzenia.

Wszelkie obliczenia zostały zrobione przy pomocy odpowiednich wzorów:

1. Wzór na twardość badanego tworzywa:

$$H = \frac{P}{\pi \bullet D \bullet h}$$

Gdzie: P – obciążenie podstawowe, D - średnica kulki, h - głębokość odcisku,

1. Współczynnik sprężystości wzdłużnej:

$$E = 13,65\frac{P - P^{'}}{\left( h - h_{0} \right) \bullet \sqrt{\left( h - h_{0} \right)}}$$

Gdzie: : P – obciążenie podstawowe, P’ – obciążenie wstępne, h – odkształcenie pod obciążeniem, h₉ – odkształcenie po zdjęciu obciążenia.

1. Odchylenie standardowe:

$$S = \sqrt{\frac{\sum_{}^{}{(x - \overset{\overline{}}{x})}^{2}}{n - 1}}$$

Gdzie: x – wynik poszczególnego pomiaru, $\overset{\overline{}}{x}$ – średnia arytmetyczna poszczególnych pomiarów, n – liczba wykonanych pomiarów.

1. Wyniki pomiarów:

L.p.	Tworzywo	P [N]	h [mm]	h0 [mm]	H [N/mm^2]	Hśr [MPa]	E	Eśr Pa
1	PVC, Polichlorek winylu	358	0,21	0,06	112,6	110,62	81811,07	78036,73
2		358	0,20	0,04	119,6		74262,40
3		358	0,22	0,06	106,3		74262,40
4		358	0,22	0,07	106,3		81811,07
5		358	0,22	0,06	106,3		74262,40
6		358	0,21	0,06	112,6		81811,07

$$S = \sqrt{\frac{{(112,6 - 110,62)}^{2} + {(119,6 - 110,62)}^{2} + {(106,3 - 110,62)}^{2} + {(106,3 - 110,62)}^{2} + {(106,3 - 110,62)}^{2} + {(112,6 - 110,62)}^{2}}{6 - 1}} = 5,375\ MPa$$

1. Wnioski:

Dzięki wykonanemu doświadczeniu dowiedzieliśmy się w jaki sposób za pomocą metody wciskania kulki zmierzyć twardość materiału oraz doszliśmy do następujących wniosków:

podczas doboru próbki do badań twardości, powinniśmy zwrócić szczególną uwagę na powierzchnię próbki, gdyż każde wgłębienie w miejscu pomiaru może wpłynąć na jego wynik, który może okazać się błędny. Musimy także pamiętać, aby wgłębnik użyty do pomiaru miał większą twardość od badanego materiału, gdyż może on ulec uszkodzeniu.