właściwości plastycznych materiałów, czyli to przewężenie i wydłużenie, czy jakoś tak, i opisać. umowna granica plastyczności: zaznaczyć na wykresie, definicja, wzór i jak się je bada.
opisać A i jak sie bada doświadczalnie, opisać 3 stałe sprężystości
T: Badania własności mechanicznych metali i tworzyw sztucznych. Próba rozciągania.
GRANICA PLASTYCZNOŚCI i WYTRZYMAŁOŚĆ NA ROZCIĄGANIE – podstawa do wyznaczania tzw
naprężeń dopuszczalnych (jest we wzorach wymiarowania wytrzymałego).
Miary cech plastycznych z nie są stosowane bezpośrednio w obliczeniach projektowania (nie jest kryterium jakościowego klasyfikacji i doboru materiałów)
Dla mat w których wykresy mają wyraźne pkt przejścia w stan plastyczny wyznaczamy wyraźną granicę plastyczności Re (Re=Fe/So)
Maksimum naprężenia (ząb plastyczności (H)) to mamy:
Górną gr plast ReH – naprężenie pierwszego maksimum obciążenia, wartość zależy od warunków badań (prędkość rozciągania, sztywność zrywarki itp.), nie jest cechą materiału.
Dolna gr plast ReL – najmniejsza wart obciążenia w zakresie plast, może być cechą materiału
Gdy jest więcej niż 1 minimum – pierwszego nie bierzemy pod uwagę.
WYTRZYMAŁOŚĆ NA ROZCIĄGANIE Rm – naprężenie odpowiadające max sile Fm. Rm=Fm/So
Ważna cecha z pkt zastosowań inżynierskich.
$$Naprezenie\ rozrywajace\ (Ru) = \frac{Sila\ rozrywajaca\ (Fr)}{Pow\ przek\ poprz\ (Su)}$$
W obliczeniach pomija się przestrzenny stan naprężenia w szyjce.
GRANICA PROPORCIALNOŚCI = Fprop, największa wart naprężenia umownego. Nie można jej wyznaczyć ściśle i dokładnie określić.
UMOWNA GRANICY SPRĘŻYSTOŚCI – również nie można określić. Umowna GS – naprężenie odpowiadające działaniu siły rozciągającej Fx=Fo,o5 > wydłużenie trwałe x wynoszące 0,05% dł pomiarowej Lc (dł odc części pomiarowej odpowiadającej bazie tensometru, musi być większa od śr pomiarowej próbki. $R_{0,05} = \frac{Fo,o5}{\text{So}}$
Dla wykresów z brakiem zakresu płynięcia plast wyznacza się umowną gr plast.
UMOWNA GRANICA PLASTYCZNOŚCI Ro,2 – naprężenie odpowiadające sile rozciągania Fx=Fo,2 wywołujące stałe x = 0,2% dł pomiarowej Lc.
Właściwości plast podczas statycznej próby rozciągania:
(zależą od kształtu próbki – wł technologiczne)
WYDŁUŻENIE WZGLĘDNE A (Ap lub AL0) w % - stosunek trwałego przyrostu dł pomiarowej (wydłużenia bezwzględnego) ΔL po rozerwaniu do dł części próbki Lo przed rozerwaniem.
Ap – próbki proporcjonalnych, p- wielokrotność śr próbki.
ALo – próbki nieproporcjonalne (dł części pomiarowej nie jest w określonym związku z wymiarami poprzecznymi próbki)
$A = \ \frac{L}{\text{Lo}}100\%$ Norma przewiduje wydłużenie względne równomierne o przekroju kołowym.
Ar – względne równomierne, nie uwzględnia odkształceń w miejscu rozerwania (szykja):
$Ar = \frac{d0^{2} - dr^{2}}{dr^{2}}\ 100\%$
dr- średnica po rozerwaniu mierzona w połowie odległ między miejscem zerwania a początkiem dł pomiarowej (bazy pomiarowej)
d0 – średnica początk przed próbą.
PRZEWĘŻENIE
$$Z = \ \frac{So - Su}{\text{So}}100\%$$
O przekroju kołowym: $So = \frac{\text{πd}0^{2}}{4}$ a w prostokątnym So = a0 * b0
do – śr najmniejszego przekroju w miejscu zerwania.
STALE SPRĘŻYSTOŚCI – mają zdolność do odkształcania się pod wpływem przyłożonych obciążeń. W przypadku izotropowego ciała w zakresie prawa Hooke’a stosuje się:
Moduł sprężystości wzdłużnej E (Moduł Younga) - $E = \frac{Flo}{LSo}$ – współczynnik prostopadłości między naprężęniem a odkształceniem.
Poprzecznej G (m. Kirchoffa) $G = \ \frac{E}{2(1 + V)}$
a moduł sprężystości objętościowej (m. ściśliwości) $K = \frac{E}{3(1 - 2V)}$
Współczynnik Poissona V. – stosunek skrócenia względnego poprzecznego ε’ do podłużnego wydłużenia względnego ε. V= - ε′/ε .
Metody wyznaczania stałych sprężystości:
Styczne – rozpowszechnione, dokładność w zal od stosowanych urządzeń pomiarowych to 1-3%.
Dynamiczne – związek z rozwojem aparatury elektronicznej
Metoda ultradźwiękowa – pomiar prędkości rozchodzenia się fal ultradźwiękowych w mat, stosujemy do określenia stałych sprężystości materiału gotowych elementów konstrukcji.
M. rezonansowa – częstotliwości drgań rezonansowych odpowiednio ukształtowanych próbek, dokładniejsza, błąd ok. 0,1%.
URZĄDZENIA STOSOWANE W PRÓBIE ROZCIĄGANIA
Maszyny wytrzymałościowe(zrywarki), różnią się:
rodzaj napędu (mech, hydrauliczny)
sztywnością,
zakresami obciążeń i prędkości obciążania,
sterowaniem i rejestracją wyników,
TENSOMETRY – urządzanie pomiarowe mierzące zmiany wymiarów próbek.
Zrywarki – automatyczna rejestracja wykresu opisującego przebieg rozciągania siłą rozciągającą (wydłużenie mierzone na całej części pomiarowej – między uchwytami). Elementy wspólne zrywarek:
korpus – (rys1,8) – składa się z 2 pionowych kolumn stalowych (rana o dużej sztywności),
uchwyty do mocowania – 1 poł z górną częścią ramą, a 2 ze śrubą przenoszącą obciążenie (dół), służą do mocowania próbki, są wymieniane,
ukł obciążający – przemieszcza się w pionie
ukł do pomiaru,rejestracji siły i wydłużenia – jest to pulpit połączony ze śrubą napędową (> obciążenie), wykres rozciągania rysowany jest na papierze urządzeniem rejestrującym obciążenie.
Pomiar siły > element metalowy z naklejonymi tensometrami oporowymi > odczyt na siłomierzu,
Zmiany prędkości > zmiana w sposób ciągły potencjometrem.
Nowsze maszyny wytrzymałościowe są bardziej sztywne i dokładne, pozwalające na bardziej urozmaicone badania, sterowane komputerowo.
Nowoczesna zrywka (obciążenie osiowe), o napędzie hydraulicznym, ramę ma regulowaną w pionie razem z górnym uchwytem, dolny jest nieruchomy, przyczepiony jest do nieruchomego stołu razem z modułem sterowania uchwytami i ruchem beli poprzecznej z wyłącznikiem bezpieczeństwa. Sterowanie pracą maszyny jest w pętli zamkniętej (automatyczna optymalizacja warunków pracy).
TENSOMETRY
Służą do pomiarów zmian wymiarów części pomiarowej (roboczej). Dzielimy na pomiary:
Statyczne – pomiary powolnych zmian wymiarów (tensometry mech-dźwiękowe, optyczne, zegarowe, mech- elekt oporowe (ekstensometry))
Dynamiczne – szybkie zmiany, (przekładnie elektryczne (indukcyjne) mech- elekt oporowe)
Ze względu na rodzaj zjawisk fiz mierzonych wielkości tensometry dzielimy na:
Mechaniczne
Optyczne
Elektryczne
Inne (mech-opt, mech-elekt)
Baza tensometru- czynna dł czujnika (mierząca przemieszczenie), są duże (>50mm), średnie (10-30mm) i małe (<5mm). Używa się do specjalnego przeznaczenia: do pomiarów kąta skręcenia, ugięcia. Im mniejsza baza i im większe wymagana dokładność pomiaru, tym większe przełożenie tensometru.
Przełożenie tensometru – stosunek zmierzonego wydłużenia bazy do liczny działek wykazanych na skali pomiarowej tensometru. Duża baza: 1/50 do 1/500 Mała: 1/100.000
Tensometr Huggenbergera – prosta budowa, duża dokładność, przełożenie 1/1000, montuje się za pomocą zacisku, najczęściej montuje się 2 identyczne tensometry by wyeliminować zgniatanie półki.
Działanie: Dwa ostrza (1-ruch, 2 stała) wyznaczają bazę pomiarowa Lo = baza tensometru, Korpus łączy stałe ostrze i skalę z podziałką oraz dźwignię ze wskazówką. Ruch ostrza powoduje ruch łuku
$\frac{AA1}{h} = \frac{BB1}{a}$ h-odl pkt A do ściskanego mat, a- odl A od B
Ruch pkt B -> C, CC1=BB1 -> D o DD1 $\frac{\text{DD}1}{CC1} = \ \frac{H}{b}$ H- dł łuku, b – wychylenie łuku poza pkt B
Przemieszczenie DD1 odczytane ze skali i użyć do obliczenia wydłużenia $L = DD1\ \frac{\text{hb}}{\text{aH}} = DD1*i$
i- przełożenie tensometru. Dzieląc przez dł bazy Lo mamy: $\varepsilon = \ \ \frac{Lo}{\text{Lo}} = \frac{DD1}{\text{Lo}}*i$
Tensometr Martensa – mech-opt, duża czułość, prosta budowa > duża dokładność.
Działanie: Listewki są dociskane zaciskiem, opierają się nieruchomym ostrzem na jednym końcu, na drugim o pryzmat (rola ostrza ruchomego) i połączonego sztywno ze zwierciadłem. W odległości l od zwierciadła jest skala z podziałką i lunetą obserwacyjną (musimy widzieć na nim skalę początkową przed rozpoczęciem rozciągania). Po obciążeniu baza wydłuży się o ΔL (obrót pryzmatu i zwierciadła o kąt α), Podziałka pokaże nam jakąś wartość na skali od początkowej,
Wydłużenie L = hsinα h- obrót pryzmatu, H = ltgα można wyznaczyć
Przełożenie tensometru $i = \ \frac{L}{H} = \frac{\text{hsinα}}{ltg2\alpha}$ dla małych kątów: sinα ≈ tgα ≈ α
I=h/2l ; ΔL=Hi
Z rozpowszechnieniem się elektrycznych tensometrów oporowych do pomiarów zmian wymiarów próbek storuje się tensometry mech-elekt (ekstensometry). Bada się nimi wydłużenie i przewężenie próbki. Składają się ze sztywnej ramy (o wł sprężystych i naklejonego na ramce elektrycznego tensometru oporowego) mocowanej na próbce dzięki zaciskom, zmiany wymiarów powodują odkształcenia ramki i zmiany rezystancji czujników elektr naklejonych na ramkę > sygnały urządzenia.
PRÓBKI STOSOWANE W PRÓBIE ROZCIĄGANIA
Określa się na podstawie badań danej partii mat, próbki są znormalizowane, normy określają miejsce, kierunek, sposób pobierania i wykonywania próbek. Kształt i wymiary próbek z metali są w normie przedmiotowej.
Wyróżniamy: Próbki o przekroju kołowym (okrągłe) i Płaskim
W każdej próbce wyróżniamy: część pomiarową (roboczą), części uchwytowe (główki).
W zal od mocowania w zrywkach próbek okrągłych wyróżniamy:
Próbki z główkami do chwytania w szczeki
Główkami do uchwytów pierścieniowych
Główkami gwintowanymi
Do każdej średnicy d0 mamy: próbki 5-cio(5 śr) i 10-ciokrotne (10 śr)
Do próbek płaskich: próbki proporcjonalne z główkami, 5 i 10 krotne, nieproporcjonalne bez główek.
Wielokrotność próbek – stosunek dł pomiarowej Lo do średnicy koła o pow równej pow prostokątnego przekroju poprzecznego So=a0b0 części próbki.
Dla 5krotnych: $Lo = 5,66\sqrt{\text{So}}$ 10krotnych: $Lo = 11,3\sqrt{\text{So}}$
WYNACZANIE NAPRĘŻEŃ GRANICZNYCH PRZY UMOWNYCH WYDŁUŻENIACH TRWAŁYCH
Metoda obciążania
Obciążamy siłą F1 odpowiadającą 10% spodziewanej wart Fx
Nakładamy ekstensometr ustawiony w położeniu 0
Obciążamy dalej F2, F3.. odpowiadającymi 20,30%.. spodziewanej wart Fx, notując wydłużenia bezwzględne w działkach tensometru i odpowiadające Fi (i=1,2,3..)
Przy 70-80% dodajemy tak siły by naprężenia > 20MPa. Przerywamy przy 110%Fx.
Wykonujemy wykres, skala >5 MPa/mm, a skala wydłużeń >0,01 %/mm
Na osi x wyznaczyć OA odpowiadający xLe/100% mm lub xLe/100%C, C-stała ekstensometru, Le- dł bazy ekstensometru
Przez pkt A prowadzi się prostą || osi x do odc OC wykr rozc, do przecięcia się w B (By =Fx)
Metoda odciążania
Obciążamy F1 odp 10% spodziewanej siły Fx
Nakładany ekstensometr w ustawieniu 0 i obciążyć F2=2F1
Po 5-7sek i odczytaniu wskazań odciążamy do F1 (zeruje się)
Obciążamy F3=3F1 itd. I obniża do F1 -> zerowanie, notujemy wart F3, F4.. i siłom wydłużenia trwałych ΔLi (i=1,2,3..)
Przy 70-80% dobieramy siły tak by >20MPa
Próbka przerywa się gdy umowne bezwzględne wydłużenie trwałe ΔLx przekroczy
xLe/100% mm lub xLe/100%C w działkach (Le – dł bazy, C – stała ekstensometru mm/działka)
$Fx = \left( Fn - 1 \right) + (Fn - \left( Fn - 1 \right)*\frac{Lx - Ln - 1}{Ln - \ Ln - a}$
ΔLi – bezwzględne wydłużenie trwałe i pomiarów
Przyjmując x=0,05% można wyznaczyć umowną gr sprężystości z ↑ wzoru u na Ro,o5
a dla x=0,2% też z ↑ i R0,2
WYZNACZANIE STAŁYCH SPRĘŻYSTOŚCI
Moduł Younga wyznaczamy $E = \frac{\left( Fk - F1 \right)\text{Le}}{\text{So}\left( \alpha k - \alpha 1 \right)C}$ gdzie:
F1 i Fk – siły obciążające 10% i 90% spodziewanej gr sprężystości
α1 i αk – liczby działek ekstensometru, siły odp F1 i Fk
C i Le – tak jak wyżej
Współczynnik Poissona $V = \frac{dk - d1}{d0}*\frac{\text{Le}}{Lk - L1}$
d1, dk, L1, Lk – średnice i dł odp F1 i Fk
Le – dł bazy ekstensometru
Pomiary wydłużenia i przewężenia (zmiany średnicy) – wykonujemy na tej samej próbce. Można powtórzyć je kilkakrotnie dla dokładności, Dla dokładności wyników można zmniejszyć Fk.
Po określeniu modułu i współczynnika można dla mat izotropowych obliczyć wart modułu sprężystości G (Kirchhoffa) i moduł sprężystości objętościowej K.
WYZNACZANIE WŁAŚCIWOŚCI PLASTYCZNYCH
Wyznaczanie wydłużenia względnego
Długość próbki Lu po rozerwaniu: obie części składamy tak by tworzyły jedną oś.
Długość pomiarowa Lu- mierzymy po rozerwaniu próbki między skrajnymi ryskami, pkt naniesionymi na część pomiarowej, gdy miejsce rozerwania znajduje się w środkowej części dł pomiarowej próbki w zakresie:
Od 1/3 do 2/3Lo dla próbek o krotności <5
Od 1/4 do 3/4 Lo dla próbek o krot >5 oraz dla nieproporcjonalnych o dł Lo=50; 80mm
Jeśli obie części nie przylegają do siebie to szczelinę wliczamy do Lu.
Jeśli rozerwanie nastąpiło poza podanymi zakresami to dł pomiarową Lu mierzymy inaczej. Pęknięcia mocno niesymetrycznego odkształcenia szyjkowego jest pod działaniem usztywniającym mocowań i wydłużenie A byłoby mniejsze niż symetryczne.
Wydłużenie względne (ma być wł materiałową) nie zależy od miejsca pęknięcia > procedura korekcyjna (mierzymy dł od skrajnego znaku A na krótszym odc próbki do znaku B dłuższym. Liczba działek A od miejsca rozerwania = liczbie działek do miejsca rozerwania znaku B.
Liczba działek – N, liczba działek AB-n
(N-n) parzyste to Lu po rozerwaniu określa się przez 2*BC mający 0,5(N-n)działek od AB Lu=AB+2BC
(N-n) nieparzyste to Lu po rozerwaniu określa się przez dodanie: BC’ o liczb 0,5(N-n-1) i BC”o liczbie działek 0,5(N-n+1) do AB Lu=AB+BC’+BC”
Wydłużenie względne Ap i ALo z zal na A
Przybliżoną wart względnego wydłużenia Ar
Pomiar średnicy (d0) wykonujemy w dwóch wzajemnie prostopadłych kierunkach w połowie odl od miejsca rozerwania
Wyznaczenie przewężenia względnego Z z zal wcześniejszej,
Pomiar średnicy du o przekroju kołowym – w największym zwężeniu w szyjce w dwóch wzajemnie prostopadłych kierunkach.
Pomiar najmniejszej grubości au i najmniejszej szerokości bu o przekroju prostokątnym dokonuje się w miejscu rozerwania
PRÓBA ROZCIĄGANIA JEST NIEWAŻNA, jeśli na próbce utworzy się więcej niż jedna szyjka, próbka rozerwała się poza częścią pomiarową, próbka rozerwała się w miejscu uszkodzenia mechanicznego powstałego przed próbą (ostre rysy, nacięcia) lub w skutek miejscowej wady materiału.
BADANIA WŁAŚCIWOŚCI MECHANICZNYCH TWORZYW SZTUCZNYCH
Polegają na wyznaczaniu WIELKOŚCI (w normach- wskaźniki), wykorzystuje się je do:
- oceny jakości tworzyw
- ustalania warunków ich eksploatacji
Na tworzywa sztuczne ma ilościowy i jakościowy wpływ wiele czynników zew i wew (strukturalnych) na wart określonych wł mechanicznych. Czynniki, które bierzemy pod uwagę:
Zew: temp, wilgotność, prędkość, czas obciążenia, wielkość, kształt próbki,
Wew: wynikające między ze sposobu i technologii wykonywania próbek:
Orientacja łańcuchów, stopień krystaliczności, rozłożenie środków modyfikujących, str warstw przypowierzchniowej, stan powierzchni zew, naprężenia własne
Specyfika badań wymaga ścisłej normalizacji pobierania materiału na próbki i sposobu wykonania, odpowiednich warunków otoczenia, badania próbek, określonego sposobu i prędkości obciążania.
Szeroki zakres normalizacji badań > otrzymanie porównywalnych i powtarzalnych wyników.
Realne warunki wł mech sprawiają, że wyznaczenie wart mają charakter porównawczy. Przeniesienie wart z laboratorium na warunki eksploatacyjne jest trudne lub niemożliwe.
Konstruowanie tworzyw jest trudne, wymagające wiedzy i doświadczenia. Opieranie się wyłącznie na wart z literatury prowadzi do dużej ilości błędów i nieprawidłowości w doborze materiału i konstruowaniu, wytwarzaniu i eksploatacji wyrobów. Wyróżniamy 3 gr w zal od modułu sprężystości:
Ts miękkie – E (przy zgniataniu g i rozciąganiu r) ma >700MPa w temp pokojowej
Półsztywne- 700-7000MPa
Sztywne >7000MPa
ZACHOWANIE SIĘ TWORZYW SZTUCZNYCH POD OBCIĄŻENIEM (stany fiz polimerów)
POLIMERY – występują w
różnych stanach fiz (mech),
Ten sam polimer w zal od temp i czasu trwania pomiaru może wykazywać cechy szklistego ciała kruchego, elastycznej gumy i lepkiej cieczy.
Metale i materiały ceramiczne mają pewne zakresy różnych wł mech, mają wysokie temp topnienia- różnice w temp otoczenia są nie istotne.
W temp -20 do +200 C polimer może przejść przez wszystkie stany fizyczna, a moduł sprężystości i wytrzymałości mogą się zmienić 10^3 lub więcej.
WIELKOŚĆ ODKSZTAŁCENIA SPRĘZYSTEGO ε – np. w metalu i mat ceramicznego zależy od poziomu NAPRĘŻĘŃ σ (od obciążenia zew) oraz MODUŁU SPRĘŻ YOUNGA E. Po obciążeniu odkształcenie sprężyste zanika – powraca do poprzedniego kształtu. Im większa E tym większa sztywność mat.
Polimer odkształca się coraz bardziej wraz ze wzrostem czasu i temp. Podlega POWROTNEJ SPRĘŻYSTOŚCI OPÓŻNIONEJ (wysokoelastyczny)- wraca po początkowego kształtu po pewnym czasie.
E dla tworzyw sztucznych = naprężenie σ przez odkształcenie ε, ale zależy od czasu i temp.
E= σ/ε(t,T)
Oddzielone są temp przemian tzn:
-temp mięknienia Tm (nagrzewanie),
-temp zeszklenia Tg (chłodzenie),
-temp płynięcia Tf.
Pomiędzy Tm a Tf powstają odkształcenia zanikające
W zal od temp, polimery występują w stanach fiz:
Szklisty (sprężysty) – występują strefy (w temp kruchości Tk)
tzw przemian drugorzędowych:
Kruchy (sprężysto- kruchy) – powstaje poniżej temp Tk,
- odkształcenia powrotne sprężyste (zanikających po odciążeniu),
- Wykres jest liniowy – pęka przy małym odkształceniu
- Odkształcenie - zmiana długości i kątów wiązań kowalencyjnych w łańcuchach (sprężystość i duża wartość modułu sprężystości E)
Wymuszonej elastyczności (skóropodobny, lepkosprężysy) - jest pomiędzy Tk a Tm (mięknienia) lub Tg (zeszklenia),
- Duże odkształcenia po przekroczeniu naprężeń Re (pot gr plast– analogia do metali)
- Odkształcenie - powrotne opóźnione (wysokoelastyczne) - wracają po pewnym czasie do swojego kształtu pierwotnego
- Powyżej Tm – powrót próbki do pierwotnego kształtu
- wł porównywalne do skóropodobnych
Np.: polietylen wysokociśnieniowy (PE-HD), plastyfikowany poli (chlorek winylu) – PCV
Wysokoelastyczny (lepkosprężysty, kauczukopodobny) – powyżej Tm, gwałtowana zmiana wł,
- duże wartości (naprężenia σe nie rozrywają sił kowalencyjnych, ale lokalne zerwanie wiązań drugorzędowych między łańcuchami),
- przemieszczanie się segmentów łańcuchów względem siebie (ruch wężowy) – odwracalny (brak przemieszczania się środków ciężkości makrocząsteczek)
Jest to „poślizg” lokalnego przesuwania się segmentów łańcuchów (obok stałych – tzw obszary sprężyste)
- bardzo mała wartość E
- długie luźno splątane łańcuchy tworzą - pkt splątań > więzy (nieruchome –„pamięć kształtu”)
- stan jest wyraźniejszy pow Tm, kiedy splątania łańcuchów zastąpimy celowym sieciowaniem (wiązania kowal poprzeczne),
- niewielka gęstość sieciowania
Np.: kauczuk naturalny
Lepkopłynny (płynięcia, plastyczny) – długotrwała metoda badania (ominiemy),
- temp płynięcia Tf – odkształcenia trwałe
- podobny do cieczy o dużej lepkości
- wiązania drugorzędowe rozpadają się i przemieszczają pkt splątań (ruch makrocząsteczek)
– wyroby z termoplastów
Podgrzanie do zbyt dużej temp, dostarczona energia > energię wiązań -> depolimeryzacja (rozpad na monomery) lub degradacja termiczna obserwowana.
Wart temp zależą od prędkości odkształcania. Zmiana stanu polimeru może nastąpić podczas zmiany temp i prędkości. Zwiększenie prędkość działa tak jak obniżanie temp.
Określanie wykresów: pomiar modułu sprężystości do temp i prędkości (lub czasu) odkształcenia.
Polimery bezpostaciowe o makrocząsteczkach liniowych o rozgałęzionych występują we wcześniejszych stanach fiz. (krzywa 1),
Polimery krystaliczne tak tamo (krzywa 2)- po przekroczeniu Tm – bezpostaciowe obszary > stan wysokoelastyczny, krystality są dalej w stanie dużego modułu E.
W zal od stopnia krystaliczności polimeru- sztywne i twarde krystality przeciwdziałają zmniejszeniu E (stan twardy).
Powyżej temp topnienia krystalitów Tt – przejście w stan wysokoelastycznej polimeru krystalicznego.
Zanik fazy krystalicznej zachodzi stopniowo – temp topnienia Tt jest rozmyta.
Polimer amorficzny (bezpostaciowy) – rozsunięcie równoległych odc łańcuchów i zaniku uporządkowanego ich ułożenia, zakres wysokoelstyczny jest większy im większa masa cząsteczkowa.
Polimery nieusieciowane (bezpostaciowe i krystaliczne) można przeprowadzać ze stanu szklistego do stan płynny i odwrotnie (termoplasty).
Polimery usieciowanych nie ma stanu lepkopłynnego (temp rozkładu zostanie szybciej osiągnięta niż rozerwanie silnych łańcuchów poprzecznych)
Polimery o małym stopniu usieciowania > temp mięknienia > stan wysokoelastyczny > w wyższej temp – stan nieodwracalny (krzywa 3a).
Polimery o dużym stopniu usieciowania > brak st wysokoelastycznego > stan szklisty w całym zakresie temp (krzywa 3b)
W temp użytkowania mogą występować w różnych st fizycznych (zależącego od temp, prędkości)
BADANIA WŁ WYTRZYMAŁOŚCIOWYCH TW SZTUCZNYCH W PRÓBIE STATYCZNEGO ROZCIĄGANIA
Urządzenia:
Uchwyty – nacisk na próbkę ma wzrastać ze wzrostem obciążenia rozciągającego, nie zaleca się używać uchwytów gwintowych i pierścieniowych.
Siłomierz – dokładność wskazań >1% mierzonej wart, brak opóźnienia wskutek bezwładności ukł przy określonej prędkości posuwu (większa niż metali), automatyczna rejestracja przyrostu wydłużenia (funkcja obciążenia)
Prędkość rozciągania – 1,2,5,10,20,25,50,100,200,500 mm/min.
Tensometry – najczęściej mech-elekt (ekstensometry) – automatyczna rejestracja mierzonych wielkości (rozciąganie- procesy reologiczne (pełzanie, relaksacja naprężeń),
Nie można używać za ciężkich i czułych tensometrów. Wydłużenie z 1% dokładnością.
Zakres wydłużenia musi być dostosowany do badanego tworzywa (większy od metali)
Komory termiczne i klimatyzacyjne – badania w wybranej temp, wyposażone ostatnio w ukł pomiarowe, uchwyty, przyrządy pomocnicze.
PRÓBKI
Wyróżniamy 3 rodzaje płaskie w zal od wł mech. Warunki wykonania próbki:
Od rodzaju tworzywa i jego postaci zależy: wybór typu i grubości próbki, przygotowania i prędkość rozciągania.
Liczba próbek:
Dla tworzyw izotropowych - >5
Anizotropowych (bezpostaciowych) - >5 dla każdego kierunku, wskazane w normach
Klimatyzacja próbek i sama próbka w temp 23+-2 C przy wilgotności względnej 50%. Okres trwania klimatyzacji przed próbą >16h.
OZNACZENIE WŁ WYTRZYMAŁOŚCIOWYCH
Z krzywej rozciągania oznaczamy wymagane normy wł. Wart naprężenia przy rozciąganiu:
Max naprężenie rozciągające σz (dla metali Rm) $\sigma z = \frac{\text{Fmax}}{\text{Ao}}$ Ao- pole pow przekroju począt.
Naprężenie podczas zerwania σr (dla metali Ru)
Granica plast σs (dla metali Re)
Naprężenie przy umownej gr plas σsx (dla metali Ro,o2)
Wynik to średnia arytmetyczna poszczególnych wyników do miejsc znaczących.
Wart wydłużenia względnego przy rozciąganiu:
Wydłużenie względne przy max naprężeniu εz $\varepsilon z = \frac{lr}{\text{lo}}\ 100\%$
Wydłużenie względne przy rozerwaniu εr
Wydłużenie względne przy gr plast εs
Wynik to średnia arytmetyczna obliczona poszczególnych wyników z dokł 2 miejsc po przecinku.
Dla badanej próbki badanej jednym wariancie parametrów próby, niemożliwe jest wyznaczenie wszystkich wcześniejszych wzorów.
Dla 1 można wyznaczyć σr=σz i εr=εz.