Nr zespołu: 2	Temat: Pomiar właściwości Lepkosprężystych Polimerów	Data: 31.05.2010
Grupa: 1	Imiona i nazwiska: Bartłomiej Bielecki, Paulina Jasnosz, Bartosz Bauer, Robert Barcik, Karol Bator	Ocena:

Sprawozdanie

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.

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

4. 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.

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

Część Doświadczalna:

Doświadczenie polegało na zilustrowaniu zależności głębokości penetracji od siły, działającej w określonym czasie . Siła początkowo rosła jednostajnie następnie osiągała swoje maksimum, w tym stanie siła była utrzymywana przez ściśle określony czas, a następnie siła malała z tym samym tempie co wcześniej rosła.

Cz. 1

Wykres nr.1 przedstawia zachowanie się czterech materiałów polimerowych: PTFE w 20^oC,PTFE z dodatkiem grafitu,PTFE w 100^oC,PTFE z dodatkiem brązu w zależności od siły wciskającej stalową kulkę w powierzchnię polimerów od głębokości penetracji kulki.

I ETAP:

W pierwszym etapie następuje wciskanie stalowej kulki przes okres 30 sekund w powierzchnię czterech materiałów polimerowych zwiększając równomiernie siłę aż do osiągnięcia 2[N].Z wykresu można zaobserwować że w czasie I etapu kulka zagłębiła się na najmniejszą głębokość w polimerze PTFE z dodatkiem grafitu, natomiast najgłębiej w PTFE o podwyższonej temperaturze procesu do 100^oC.

II ETAP:

Drugim etapem badania jest przetrzymanie wciśniętej stalowej kulki w materiale utrzymując siłę 2[N] przez okres 120[s]. Zauważyć można, że mimo iż nie zwiększana jest siła nacisku, stalowa kulka stale się zagłębia, co jest związane z budową polimerów.

III ETAP:

Ostatnim etapem badania jest powolne zmniejszanie siły wciskającej stalową kulkę w powierzchnię materiału, przez okres 30[s]. Z wykresu widać wyraźnie że nasz polimer odkształcił się, został naniesiony odcisk stalowej kulki na powierzchni materiału. Związane jest to z tym że materiał odkształcił się plastycznie w sposób trwały-nastąpiło jego płynięcie. Najgłębszy ślad pozostawiła kulka w materiale PTFE w temperaturze 100^oC, a najmniejszy w PTFE z dodatkiem grafitu.

Cz. 2

Moduł Younga tego samego polimeru w różnych temp. Badamy ten sam polimer czyste PTFE w temp 20°C i 100°C.

Wartość modułu Younga E1 badanego polimeru wyznacza sie z zależności:

gdzie: r = 0,5 [mm], E2 =210 [GPa] .

Mając w sposób ciągły mierzone głębokość penetracji oraz siłę możemy przekształcając powyższą zależność obliczyć w każdej chwili moduł Younga danego materiału, korzystając ze wzoru:

W ten sposób otrzymaliśmy wykres dla polimeru PTFE w temperaturze 20°C i 100°C.

Na wykresie nr 2 można zauważyć, że moduł Younga dla PTFE w temperaturze 20⁰C jest większy niż dla tego samego materiału w temperaturze pięć razy większej. Dzieje

się tak, ponieważ ten polimer w niższej temperaturze stawia większy opór na odkształcenie wywołane przez wgłębnik przy zadanej stałej sile. Dla dużych odkształceń mianownik, wyprowadzonej zależności, przyjmuje większe wartości w rezultacie dając mniejszy moduł E₁.Również można odczytać, gwałtowniejszy spadek modułu Younga dla 20⁰C, ponieważ w czasie 120s doszło do o wiele większej zmiany głębokości penetracji.

Cz. 3

Wykres zmian unormowanego modułu relaksacyjnego przedstawia krzywe modułu mające początek dla wspólnej wartości równej 1. Aby otrzymać taką postać należy kolejne wartości modułu w danym punkcie dzielić przez wartość modułu wyliczoną dla czasu t₀=0. Ma to pomóc w jednoznacznej interpretacji uzyskanych wyników, które na zwykłym wykresie modułu relaksacyjnego mogą być niezauważalne lub też trudno dostrzegalne, co znacznie utrudnić może ich jednoznaczną ocenę.

Wzór:

E_xn=E₁(t)/E₁(t₀), t=n, t₀=0

Gdzie: n- sekunda pomiaru

E₁ - moduł Younga

E_xn - unormowana wartość modułu

W przypadku wykresu sporządzonego dla naszych próbek PTFE w temperaturze 20°C i 100°C widać, że w czasie 120 sekund moduł relaksacyjny próbki poddanej badaniu w mniejszej temperaturze uległ zmianie większej o ponad 20% w stosunku do drugiej próbki. Więc próbka nr 1 startując z wartości 1 osiągnęła próg 0.8, natomiast druga z próbek zatrzymała się w punkcie około 0.85. Dzieje się tak, gdyż materiał poddany obciążeniu wgłębnika w chłodniejszych warunkach szybciej powraca do pierwotnego kształtu po odjęciu zadanej siły co wynika z jego większej twardości.

---