Nr zespołu: 2	Temat: Pomiar właściwości Lepkosprężystych Polimerów	Data: 27.05.2011
Grupa: 1	Imiona i nazwiska: Blok Artur, Bigaj Piotr, Biernat Jakub, Bierca Piotr, Bielesz Piotr, Bąk Filip, Bełzowski Jarosław, Będkowski Mateusz, Baryła Łukasz	Ocena:

Cel ćwiczenia: Analiza właściwości lepkosprężystych polimeru PTFE i kompozytów na osnowie PTFE w temperaturach 20 i 100°C.

Część teoretyczna:

1. 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.

2. Ważnym czynnikiem wpływającym na strukturę polimerów jest temperatura, gdyż stałe sprężystości zmieniają się wraz z przekroczeniem jej charakterystycznych wartości. Wyróżniamy temperaturę mięknięcia i temperaturę płynięcia.

Temperatura mięknięcia oddziela od siebie stan szklisty od stanu wysokoplastycznego, natomiast temperatura płynięcia to temperatura, w której ciała amorficzne zaczynają pod wpływem przyłożonej siły trwale odkształcać się. Odnosi się ona do materiałów o strukturze bezpostaciowej lub do tworzyw o przewadze struktury krystalicznej.

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. Temperatura kruchości – oddziela w stanie szklistym podstan wymuszonej elastyczności od stanu kruchego (nieciągliwego).

Część Doświadczalna:

Pomiar przeprowadzono na stanowisku badawczym Micro-Combi-Tester szwajcarskiej firmy CSEM. Badaniu poddano cztery próbki w kształcie walca. Polegało ono na wciskaniu w próbkę wgłębnika ze stalową kulką. Siła z jaką wgłębnik był wciskany wzrastała od zera z szybkością 6N/minutę aż do osiągnięcia wartości 1N, następnie przez 1 minutę wgłębnik oddsiaływał na próbkę z taką siłą, po upływie tego czasu siłę zmniejszono do 10mN w tempie 6N/minutę. W tym czasie Micro-Combi-Tester zapisywał wyniki (czas, położenie wgłębnika, siła) do pliku.

• Przedmiotem badań były cztery próbki:

• PTFE w temperaturze 100°C

• PTFE w temperaturze 20°C

• PTFE z dodatkiem 15% grafitu (w temp. pokojowej)

• PTFE z dodatkiem 40% brązu (w temp. pokojowej)

Powyższe cztery wykresy przedstawiają zmiany obciążenia i głębokości penetracji w czasie.

Wykresy głębokości penetracji i siły zostały nałożone na siebie aby zobrazować to, że mimo iż obciążenie zostało utrzymane na poziomie 1N przez 60 s to głębokość penetracji czyli wgłębianie się kulki ciągle postępuje. Dzieje się tak ponieważ podczas stałego obciążenia próbki dominują odkształcenia lepkosprężyste.

Z pierwszego wykresu wynika że największe odkształcenie (wgłębienie penetratora) wystąpiło dla tarflenu w temp. 100⁰C i osiągnęło wartość 31665nm, następnie mniejsze odkształcenie o wartości 18146nm osiągnięto dla tarflenu w temp. pokojowej, mniejsze dla kompozytu PTFE+40% brązu około: 14299nm , a najmniejsze dla drugiego kompozytu PTFE+15% grafitu: 11726nm . Dla poszczególnych materiałów, wraz ze wzrostem stopnia odkształcenia obserwujemy coraz silniejsze odkształcenia lepkosprężyste.

Powyższe cztery wykresy przedstawiają względne zmiany głębokości penetracji w czasie.

Na powyższych czterech wykresach zaznaczono głębokości penetracji w zależności od deformacji jakie zaszły w danym czasie.

Wnioski:

Na podstawie przeprowadzonych badań można stwierdzić ,że wartość odkształcenia nie zależy od przyłożonego obciążenia, ale od temperatury materiału, jego składu chemicznego i modułu relaksacyjnego. Kompozyty tarflenowe, w których zastosowano napełniacze w postaci proszków brązu lub płatków grafitu charakteryzują się zwiększonym modułem relaksacyjnym porównaniu z czystym tarflenem i dzięki temu mają największą odporność na odkształcenia spośród badanych materiałów.

Materiał	PTFE 20C	PTFE 100C	PTFE+15G	PTFE+40B
Hv [Vickers]	2,348	1,3796	3.3095	2,7982
H [MPa]	23,034	14,32	32.466	27,45
E [GPa]	0,71485	0,42429	1.7809	1,2321