Politechnika Lubelska Katedra Procesów Polimerowych Laboratorium: Tworzywa sztuczne
Temat ćwiczenia: Twardość. Metoda Shore’a oraz IRH
Nazwisko i imię:

1. Cel ćwiczenia:

Pomiar twardości tworzyw wysokoelastycznych metodą Shore’a oraz IRH.

1. Charakterystyka tworzywa:

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.

Guma – rozciągliwy materiał, elastomer chemicznie zbudowany z alifatycznychłańcuchów polimerowych (np. poliolefin), które są w stosunkowo niewielkim stopniu usieciowane w procesiewulkanizacji.

1. Sposób przygotowania próbek:

Próbki do pomiaru twardości metodą Shore’a mają kształt krążków lub prostokątnych płytek o grubości nie mniejszej niż 5mm. Próbka w naszym doświadczeniu była grubości 8,22mm oraz była wykonana z PVC – polichlorku winylu.

Próbki do pomiaru twardości metodą IRH mają kształt płytki lub krążka o grubości nie mniejszej niż 4mm, natomiast zalecana grubość to 8÷10mm. Nasza próbka była wykonana z gumy o grubości 7,08mm.

1. Warunki pomiarów oraz przebieg ćwiczenia:

Metoda Shore’a polega na wyznaczeniu oporu, jaki jest stawiany przez tworzywo badane w czasie zagłębiania w nim iglicy o znormalizowanym kształcie i wymiarach. Opór jest mierzony po upływie 5 sekund od chwili rozpoczęcia zagłębiania przy pomocy sprężyny o znanej charakterystyce mechanicznej. Twardościomierz, który był użyty do pomiarów jest typu ZornStendel, natomiast wgłębnik jest w kształcie iglicy z zakończeniem stożkowym z zaokrągleniem.

Metoda IRH polega na określeniu różnicy pomiędzy wgłębieniem kulki pod obciążeniem wstępnym a obciążeniem pomiarowym . Czas pomiaru trwa 15 sekund, a kulka zastosowana w doświadczeniu ma średnicę 2,5mm. Urządzeniem służącym do pomiaru twardości gumy jest twardościomierz IRHD typ KP 15012. Przyrząd składa się z dwóch części, zespołu pomiarowego i panelu elektronicznego. Zakres pomiarowy pozwala na określanie twardości tworzyw w zakresie od 10 do 100 jednostek IRHD.

Wzór na 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.	Materiał próbki	Twardość IRHD	IRHDśr	Materiał próbki	Twardość ^oSh	^oShśr
1	Guma o gr. 7,08mm	71,2	73,02	Polichlorek winylu o gr. 8.22mm	90,0	88,85
2		72,4			89,1
3		74,7			88,6
4		70,7			87,7
5		77,1			87,7
6		72,0			88,7

$$S_{\text{IRHD}} = \sqrt{\frac{{(71,2 - 73,02)}^{2} + {(72,4 - 73,02)}^{2} + {(74,7 - 73,02)}^{2} + {(70,7 - 73,02)}^{2} + \left( 77,1 - 73,02 \right)^{2} + {(72 - 73,02)}^{2}}{6 - 1}} = 2,43\ IRHD$$

$$S_{\text{Sh}} = \sqrt{\frac{{(90 - 88,85)}^{2} + {(89,1 - 88,85)}^{2} + {(88,6 - 88,85)}^{2} + {(87,7 - 88,85)}^{2} + {(87,7 - 88,85)}^{2} + {(88,7 - 88,85)}^{2}}{6 - 1}} = 0,907\ Sh$$

1. Wnioski:

Dzięki wykonanemu doświadczeniu dowiedzieliśmy się w jaki sposób za pomocą metody Shore’aoraz IRH zmierzyć twardość materiału oraz doszliśmy do następujących wniosków:

przystosowaniu tych metod możemy analizować twardość gumy orazpochodnych jej materiałów. Metody te cechuje szybkość wykonania oraz nie uszkodzenie próbek. Nadto metodę Shore’a cechujemożliwość wykonywania jej w wysokich temperaturach oraz jest to metoda najczęściej stosowana w wyznaczaniu twardości materiałów.