Sprawozdanie z badania właściwości lepkosprężystych polimerów

Grupa 21-2 Zajęcia: Środa 10:30

1. Teoria:

Odkształcenia lepkosprężyste, których to badaniem zajmowaliśmy się podczas tych zajęć mają charakter odkształceń sprężystych, jednak odkształcenie pierwotne zachodzi tutaj w pewnym nieco dłuższym okresie czasu, zwanym czasem relaksacji. Głównym składnikiem badanych próbek był politetrafluoroetylen (w skrócie PTFE). Potocznie polimer ten znany jest pod nazwą teflon, lecz ta nazwa została zarezerwowana przez amerykańską firmę DuPont, która opatentowała jego syntezę. W Polsce znany jako tarflen i jest produkowany w Zakładach Azotowych w Tarnowie. Inną nazwą handlową jest fluon. Jeśli chodzi o produkcję powłoki teflonowej to firma DuPont rygorystycznie nadzoruje firmy, którym udzieliła koncesji. Ponadto wymaga udzielenia swojego znaku firmowego na produkcie. Znak DuPont można znaleźć m.in. na produktach firmy Ballarini (wytwarza garnki z wszystkimi rodzajami powłok) oraz na naczyniach Fabryki Naczyń Emaliowanych w Olkuszu (jedyny zakład polski na licencji DuPont; produkuje dwuwarstwowe: Teflon i jego lepszą wersję New Teflon). Dobre powłoki produkuje też europejski Tefal.

Należy unikać natomiast garnków ze Wschodu, np. tajlandzkich (cienka blacha pokryta jedną warstwą powłoki).

Należy także dodać, że do uzyskania teflonu stosuje się kwas perfluorooktanowy - PFOA Substancja ta przez naukowców została uznana za toksyczną, powodującą wady wrodzone, zaburzenia rozwojowe i hormonalne oraz podwyższony poziom cholesterolu. A także jest uznana za potencjalny czynnik rakotwórczy.

Rodzaje odkształceń:

Odkształcenie sprężyste –ciała odkształcają się pod wpływem działającej siły ale po usunięciu jej ciało wraca do pierwotnego kształtu. Odkształcenie jest proporcjonalne do działającej siły i współczynnik proporcjonalności nazywany jest stała Younga.

Odkształcenie plastyczne w tym przypadku ciało trwale zmienia swój kształt i nawet po usunięciu siły nie powraca do pierwotnego kształtu.

Odkształcenia lepkosprężyste mają charakter odkształceń sprężystych, jednak odkształcenie powrotne zachodzi tutaj w pewnym nieco dłuższym okresie czasu, zwanym czasem relaksacji. Czas relaksacji danego materiału zależy od temperatury w jakiej przebiegało jego odkształcenie.

1. Sumaryczne odkształcenie zachodzące w tworzywie sztucznym jest sumą odkształceń: sprężystego, lepkosprężystego i plastycznego.

2. Interpretacja odkształcenia w funkcji czasu obrazuje, iż w miarę postępującego odkształcenia sprężystego, przeradza się ono w odkształcenie elastyczne (sprężyste opóźnione), aby przekształcić się w odkształcenie plastyczne trwałe. Po zdjęciu obciążenia, nanostruktura materiału zdąża do odtworzenia się. Następuje zanik odkształcenia sprężystego natychmiastowego i elastosprężystego, w określonym czasie reakcji. Próbka nie odtwarza swej pierwotnej długości, z powodu odkształcenia plastycznego trwałego.

1. Badanie:

Tematem sprawozdania jest weryfikacja w jaki sposób niektóre polimery odkształcają się w wyniku działającej na nie siły. Badaliśmy cztery próbki :

• 100% PTFE(czysty tarflen)

• PTFE + 15%grafitu

• PTFE + 40% brązu

• 100% PTFE podgrzane do 100⁰C

Badanie wykonane było za pomocą stanowiska Micro-Combi-Tester (MCT), składającego się z wgłębnika(materiał wciskany w próbkę)-stalowej kulki oraz z czujników mierzących siłę z jaką wgłębnik był wciskany do próbki i czujnika głębokości otworu powstałego w wyniku tej siły. Praca MCT polegała na uzyskaniu siły 1N w czasie 10 sekund, a następnie utrzymaniu tej siły przez czas 1 minuty. Po upływie 1 minuty, znów w czasie 10 sekund siły była obniżana do wartości 10mN. Ponownie następowało 1 minutowy utrzymanie działającej siły i cykl był 2-krotnie ponawiany.

Posiadaliśmy po jednej próbce z badanych materiałów, które kolejno umieszczaliśmy w MCT. Dla próbki PTFE o temp. 100⁰C musieliśmy zastosować grzałkę oporową, która rozgrzała próbkę do temp. 100⁰C i ją utrzymywała.

1. Wyniki: Wszystkie wyniki zostały przedstawione w postaci wykresów

2. Wnioski

Analizując wykresy, możemy zauważyć, że największe odkształcenie spośród badanych próbek PTFE otrzymaliśmy dla czystego tarflenu podgrzanego do temperatury 100^oC (wszystkie próbki były obciążane taką samą siłą). Najmniejsze odkształcenie zachodzi dla kompozytu PTFE z zawartością 15% grafitu. Wszystkie próbki odkształcały się w podobny sposób: po bardzo szybkim odkształceniu sprężystym, nastąpiło z biegiem czasu, przy stałym naprężeniu, dalsze odkształcenie, będące sumą odkształceń lepkosprężystych i plastycznych. Po osiągnięciu maksymalnego nacisku, obserwowaliśmy, mimo iż siła pozostawała taka sama, dalsze odkształcenie próbek. Po zmniejszeniu siły obciążającej do 10mN nastąpił szybki zanik odkształcenia sprężystego, a potem po pewnym czasie również lepkosprężystego. Żadna z próbek nie wróciła do pierwotnych rozmiarów ze względu na płynięcie próbek w czasie obciążania kulką stalową.

Każda z próbek również różniła się wartością maksymalnego wgłębienia. Kolejno największe wgłębiania były dla:

1. PTFE 100⁰C

2. PTFE 20⁰C

3. PTFE + brąz

4. PTFE + grafit

Oznacza to, że najbardziej odpornym materiałem na wciskanie jest tarflen z dodatkiem grafitu.