1. Cel i zakres ćwiczenia:

Cel: Badanie właściwości cieplnych materiałów izolacyjnych

Zakres: wyznaczenie wytrzymałości cieplnej materiałów termoutrwaldzalnych metodą Martensa; wyznaczenie temperatury mięknięcia metodą Vicata; zmierzenie temperatury zapłonu oleju.

2. Opis sposobu wykonania ćwiczenia:

Badanie wytrzymałości cieplnej materiałów termoutrwaldzalnych dla próbek wykonanych z żywicy fenylowo-formaldehydowej z mączką drzewną oraz melaminy z celulozą wykonujemy metodą Martensa wg normy PN-90/C-89025. N początku szlifujemy obie próbki pilnikiem aby miały równe krawędzie, a następnie suwmiarką mierzymy ich wysokość i szerokość. Następnie umieszczamy je w urządzeniu które obciąża próbki tak aby wolne ramię dźwigni było uniesione na 6 mm. Wkładamy je do pieca o temperaturze ok. 23oC i mocujemy do obciążników kabelki dzięki którym po obniżeniu się ramienia dźwigni o 6 mm obwód elektryczny zostanie zamknięty i włączy się dzwonek. Włączamy stoper i w momencie gdy zadzwoni pierwszy dzwonek odczytujemy czas i temperaturę dla jednej próbki, a gdy zadzwoni dzwonek 2 to robimy to samo dla drugiej próbki. Na koniec wyłączamy piec.

Temperaturę mięknięcia metodą Vicata wyznaczamy dla próbek czystego polietylenu, PCW oraz polietylenu typu RST-50W wg normy PN-93/C-89024. Na początku mierzymy ich grubość, a jeśli próbka ma od 1,5 do 3 mm grubości to pomiar wykonujemy dla 2 próbek ułożonych jedna na drugiej. Na początku kręcąc poziomym pokrętłem urządzenia do oznaczania temp. mięknienia tworzyw termoplastycznych unosimy igłę do góry i wsuwamy pod każdą igłę próbkę. Później opuszczamy igłę aż wskazówka się wychyli, włączamy dzwonek i 2 pokrętłem na przyrządzie cofamy wskazówkę o 2 obroty. Włączamy piec i postępujemy jak w poprzednim badaniu.

Pomiar temperatury zapłonu oleju transformatorowego wykonujemy metodą Martensa-Pensky’ego wg normy PN-75/C-04009. Do czystego tygla wlewamy olej o temp. ok. 20°C do linii podtoczenia i przykrywamy go pokrywką z termometrem, mieszadłem i palnikiem gazowym. Próbę zapłonu wykonujemy przekręcając gałką na ok. 1 s. Ponieważ temperatura badanego oleju przekracza 104°C, wiec próby zapłonu wykonujemy co 3°C począwszy od temp. o 17°C niższej od przewidywalnej. Gdy nastąpi zapłon opar oleju odczytujemy temperaturę i wyłączamy aparaturę.

3. Spis przyrządów:

• piec używany do metody Martensa FWM 632.10

• piec używany do metody Vicata FWM 632.10

• suwmiarka

• aparat Martensa-Pensky’ego I-7-IVa-202

• urządzenie do oznaczania temp. mięknienia tworzyw termoplastycznych metodą Vicata

• urządzenie do zamocowania i obciążania próbki metodą Martensa

4. Warunki środowiskowe:

temperatura [C]	wilgotnosc [%]	cisnienie [hPa]
22, 5	65	999

5. Stabelaryzowane wyniki pomiarów:

Badanie wytrzymalosci cieplnej tworzyw wedlug Martensa:
materiał
żywica fenylowo-formaldehydowa z mączką drzewną
melanina z celulozą
b  =  grubosc probki;  h  =  szerokosc probki; ∖nW =  wskaznik przekroju poprzecznego probki; ∖nRg =  naprezenie zginajace;  Mg =  moment zginajacy; ∖nvT  =  szybkosc narostu temperatury;  T  =  temperatura ugiecia wg Martensa; ∖nT0  =  temperatura poczatkowa;  t  =  czas po jakim ramie obnizylo sie o 6 mm

Badanie temperatury mięknienia tworzyw termoplastycznych metodą Vicata:
materiał
polietylen czysty
PCW
Polietylen RTS-50W
d  =  srednica lub dlugosc boku probki;  h  =  grubosc probki; ∖nvT  =  szybkosc narostu temperatury;  T0  =  temperatura poczatkowa; ∖nT  =  temperatura mieknienia badanych probek; ∖nt  =  czas po jakim igla weszla w probke na glebokosc 1 mm

Badanie temperatury zapłonu oleju transformatorowego:
rodzaj próbki
olej transformatorowy
T = temperatura zapłonu oleju

6. Przykładowe obliczenia:

$$W = \frac{bh^{2}}{6} = \frac{15,00\ \left\lbrack \text{mm} \right\rbrack \bullet \left( 10,05\ \left\lbrack \text{mm} \right\rbrack \right)^{2}}{6} = 252,51\ mm^{3}\ $$

$$M_{g} = R_{g}W = 5\ \left\lbrack \text{MPa} \right\rbrack \bullet 252,51\ \left\lbrack mm^{3} \right\rbrack = 1262,55\ \left\lbrack \frac{10^{6}N}{m^{2}} \bullet 10^{- 9}\text{\ m}^{3} \right\rbrack \approx 1,26\ \lbrack\text{Nm}\rbrack\ $$

7. Wnioski:

Podczas badania wytrzymałości cieplnej metodą Martensa, zauważyliśmy iż melamina z celulozą dłużej opierała się naciskowi i wysokiej temperaturze. Zgodnie z oczekiwaniami, jest ona lepszym materiałem izolacyjnym od żywicy fenylowo-formaldehydowej z mączką drzewną (o około 30%).

Podczas badania temperatury mięknienia tworzyw termoplastycznych metodą Vicata widać wyraźne różnice pomiędzy poszczególnymi próbkami - czysty Polietylen stawiał wyraźny opór przez ponad 25 min, aż do temperatury 109°C. Gorsze okazały się 2 warstwy folii PCW, która okazała się o 25% bardziej miękka. Najgorszy okazał się Polietylen RTS-50W będący o prawie 40% gorszy od swojej czystej postaci.

Podczas badania temperatury zapłonu oleju transformatorowego stwierdzamy, iż olej nie spełnia wymogów nadanych przez normę PN-75/C-04009 ,ponieważ jego temperatura zapłonu wyniosła 132,5 °C, czyli poniżej granicy 140°C.

W trakcie przeprowadzania obliczeń zauważyliśmy że moment zaginający znacząco odbiega od przedziału zawartego w skrypcie. Jednakże nie możemy stwierdzić czy jest to błąd przeprowadzonych obliczeń lub innego czynnika (jak np. błędy w zapisie pomiaru).