Uniwersytet Technologiczno-Przyrodniczy im. J. i J. Śniadeckich w Bydgoszczy

SPRAWOZDANIE nr3

Badanie wytrzymałości na zginanie oraz udarności

...

gr.A

Data oddania sprawozdania: Ocena za sprawozdanie:

1. Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z praktycznym sposobem wykonania próby udarności oraz próby na zginanie zgodnie z obowiązującymi normami, użytymi do tego celu próbkami i urządzeniami oraz interpretacją wyników próby.

2. Wstęp teoretyczny

1) Pomiar wytrzymałości na zginanie aparatem Dynstat polega na pomiarze kąta ugięcia i momentu zginającego w chwili zniszczenia badanego materiału, przy zastosowaniu bardzo małych próbek pomiarowych.

Metoda badania cech wytrzymałościowych podczas zginania polega na tym, że podpartą na końcach próbkę pomiarową obciąża się punktowo, prostopadle do jej osi przedłużanej. Specyfika tego badania powoduje, że generalnie jest stosowana do tworzyw kruchych, które pękają w czasie badania, a zakres ograniczony w zasadzie do tego badania półproduktów.

Pomiar wytrzymałości na zginanie aparatem Dynstat jest badaniem za pomocą którego można uzyskać dodatkowe informacje, szczególnie w przypadku tworzyw termoplastycznych na temat cech wytrzymałościowych badanego materiału.

2) Udarność – odporność materiału na pękanie przy obciążeniu dynamicznym. Udarność określa się jako stosunek pracy potrzebnej do złamania znormalizowanej próbki z karbem do pola powierzchni przekroju poprzecznego tej próbki w miejscu karbu:

U – udarność,

L – praca potrzebna do złamania znormalizowanej próbki z karbem,

A – pole powierzchni przekroju poprzecznego próbki w miejscu karbu.

Udarność materiałów kruchych jest mała, a ciągliwych duża.

Miarą udarności zgodnie z PN jest stosunek energii zużytej na złamanie próbki za pomocą jednorazowego uderzenia do pola przekroju poprzecznego próbki w miejscu karbu:

KC – udarność [J/cm²],

K – praca uderzenia [J],

S – pole powierzchni początkowej przekroju poprzecznego próbki w miejscu karbu [cm²].

Próby udarowe wykonuje się w celu określenia wpływu prędkości obciążenia i odkształcenia na własności mechaniczne materiałów przy obciążeniach dynamicznych. Wzrost prędkości obciążenia powoduje podwyższenie granicy plastyczności i wytrzymałości materiału oraz zmniejszenie odkształceń plastycznych. Materiał staje się bardziej kruchy.

3. Opis stanowiska

Aparat Dynstat składa się z masywnej podstawy (statywu) i stojaka. W górnej części stojaka ułożyskowane jest wahadło z ostrzem (nośnikiem), które można uruchomić na położeniu pionowym za pomocą zapadki. Część pomiarowa składa się z dwóch tarcz współśrodkowych, z których tarcza zewnętrzna jest unieruchomiona, a wewnętrzna obraca sie na poziomej osi za pomocą mechanizmu ślimakowego, połączonego z korbą. W celu rozszerzenia zakresu pomiarowego aparatu w dolnej części wahadła zamocowuje się dodatkowe obciążniki, które zwiększają moment gnący. Na tarczy uruchomionej jest naniesiona podziałka kąta ugięcia, a na tarczy nieruchomej znajduje się podziałka momentu gnącego. Tarcza ruchoma ma podziałkę o zakresie od 0^o do 90^o. Wskazówka połączona jest z osią wahadła w ten sam sposób, że jest nieco przesunięta w stosunku do samego wahadła. Dlatego też w czasie pomiarów wskazówka wskazuje na podziałce moment gnący w sposób ciągły jego wartość. W chwili pęknięcia próbki, gdy opada zawieszone na próbce wahadło, wskazówka, tarcza ruchoma i nieruchoma z podziałkami nie zmieniają swojego położenia, co umożliwia odczytanie wartości zarówno momentu gnącego jak też kąta ugięcia. Do badań również otrzymaliśmy próbki z polimetakrylanu metylu.

4. Opis materiału

Szkło akrylowe – przezroczyste tworzywo sztuczne, którego głównym składnikiem jest polimer –poli(metakrylan metylu). Niektóre rodzaje pleksiglasu zawierają też pewne ilości innych polimerów i kopolimerów poliakrylowych.

Właściwości

• duża przezroczystość w zakresie światła widzialnego (transmitancja ok. 92% dla płyty o grubości 3mm)

• odporność na działanie ultrafioletu, dzięki czemu nie występuje proces żółknięcia materiału (płyty UV)

• łatwość obróbki, tworzywo ma właściwości termoplastyczne

• maksymalna temperatura użytkowania: 80 °C

• temperatura mięknienia: 115 °C

• wyżarzania materiału – odpuszczania wewnętrznych naprężeń po procesie obróbki odbywa się w temperaturze stałej 80 °C – 1 h na 2 mm grubości materiału

• stosunkowo niska temperatura depolimeryzacji, co wiąże się z łatwym recyklingiem

• gęstość: 1,19 g/cm³

• wytrzymałość na rozciąganie: 75 Mpa

• wytrzymałość na ściskanie: 100 Mpa

• udarność z karbem według Charpy'ego: 1,5 kJ/m²

• twardość w skali Shore'a D: 75

Wada:

• niewielka twardość - powierzchnia płyt łatwo ulega zarysowaniu, co jest szczególnie widoczne w przypadku wykończenia "na połysk"

Zastosowanie:

• architektura: zadaszenia, świetliki, elewacje

• okna samolotów, pojazdów, łodzi podwodnych, statków

• drobne przedmioty użytkowe, elementy maszyn, urządzeń

• w stomatologii stanowi główny składnik wypełnień; mogą one być dostosowane do koloru uzębienia pacjenta

• światłowody

• płyty o specjalnym przeznaczeniu

  • ekrany akustyczne (autostrady)

  • ekrany dla rzutników cyfrowych

  • ekrany termiczne

  • płyty UVD do łóżek solaryjnych

  • płyty o podwyższonej udarności

  • płyty fluorescencyjne

  • płyty do podświetleń krawędziowych

Otrzymywanie:

Polimetakrylan metylu otrzymuje się w wyniku polimeryzacji rodnikowej 

-produktem jest polimer ataktyczny, bezpostaciowy

-anionowej- polimery krystaliczne:

• izotaktyczne

• syndiotaktyczne

Kształtki i płyty ze szkła akrylowego można otrzymywać na dwa sposoby:

• z gotowego granulatu polimerowego w wyniku obróbki termoplastycznej (np.: wtrysku)

• ekstruzji – wytłaczania przez ustnik (profile)

• bezpośrednio z monomeru – metakrylanu metylu, który jest poddawany rodnikowej polimeryzacji w bloku, w dobrze chłodzonych formach; ze względu na silnie egzotermiczny przebieg tej polimeryzacji można tą metodą otrzymywać bloki, pręty i płyty materiału o grubości do 300 mm.

6. Wnioski

Na zginanie próbki uległy złamaniu przy średniej sile 0,0923 MPa. Próbki, które użyliśmy to polimetakrylan metylu, która miała kształt prostokąta. Każda z próbek uległa złamaniu, próbka R₁ przy sile 0,0939 MPa i kącie ugięcia równym 23^o, R₂ przy sile 0,1053 MPa i kącie ugięcia 27^o oraz ostatnia próbka R₃ przy sile 0,0791 MPa oraz kącie ugięcia 23^o.

Żadna z próbek nie wytrzymała siły oddziaływanej na nią.

Na udarność ma wpływ temperatura oraz kształt i typ próbek, jak również moc zużyta na złamanie próbki. Zatem przy naszej próbie duży wpływ na udarność mogła mieć temperatura i wartość pracy zużytej na złamanie próbki. Wartość średnia udarności naszych próbek wyniosła 5,426 kJ/m². Udarność mogła również wynikać z właściwości naszych próbek. Polimetakrylan metylu posiada różne składniki polimerów, jego wytrzymałość na rozciąganie wynosi 75MPa, a temperatura mięknienia następuje w 115^oC.