img084 2

7. BADANIE WŁAŚCIWOŚCI CIEPLNYCH I PALNOŚCI TWORZYW SZTUCZNYCH

Janina Thomalla, Jerzy Kapko, Wiesław Kłaczek

7.1. Pojęcia podstawowe

W rozdziale 1 podkreślono wpływ temperatury na użytkowe właściwości tworzyw sztucznych. W ocenie wielu cech ważną rolę odgrywają temperatury umowne: ugięcia wg Martensa lub odporność cieplna wg Vieata, zapalność, temperatura zapalenia, odporność na żarzenie. Oznaczanie tych właściwości jest niezmiernie ważne jako parametru bezpieczeństwa przy wielu zastosowaniach, szczególnie w wyrobach używanych jako elementy wyposażenia budownictwa, części konstrukcyjne maszyn, a nawet materiały do wyrobu zabawek itp. Ważna jest wytrzymałość na długotrwałe ogrzewanie lub, inaczej mówiąc, dopuszczalna temperatura długotrwałego ogrzewania i eksploatacji. Jednakże do tej pory nie ma dogodnej przyspieszonej metody oznaczania dopuszczalnej temperatury długotrwałego eksploatowania wyrobów z tworzyw sztucznych, co byłoby określeniem granicy stosowalności danego tworzywa.

Ze względów praktycznych znaczenie mają takie metody badawcze, których wyniki dają istotną charakterystykę konkretnych wskaźników w zależności od temperatury i umożliwiają określenie granicy stosowalności badanego tworzywa. Duże znaczenie ma starzenie cieplne, które może wywołać nieodwracalne zmiany strukturalne w tworzywie i spowodować trwałe zmiany jego właściwości mechanicznych.

Potocznie przez pojęcie właściwości cieplnych tworzywa rozumie się zmianę cech użytkowych pod wpływem podwyższonej temperatury. Właściwości te noszą też. nazwę odporności cieplnej lub dla bardzo wysokich temperatur -odporności na żar.

Miarą ogólnych właściwości użytkowych tworzywa jest jego wytrzymałość, dlatego też często odporność cieplną określa się na podstawie właściwości mechanicznych. Większość badań tego rodzaju polega ogólnie na tym, że oznacza się temperaturę, w której pod wpływem standardowego obciążenia występują założone z góry odkształcenia. Na tej zasadzie oznacza się odporność cieplna tworzyw sztywnych (najczęściej termoutwardzalnych) metodą Martensu oraz tworzyw termoplastycznych metodą Vicata.

Miarą palności lub odporności na żar tworzywa jest pomiar upalonej (zwęglonej) części próbki w standardowych warunkach przyłożenia ognia lub żaru.

7.2. Temperatura zeszklenia 7«

Temperatura zeszklenia 7',. jest temperaturą przejścia ze stanu wysokoelastycz-nego w stan szklisty; jest określana także jako temperatura przemiany drugiego rzędu. Stanowi ona kryterium stosowania zarówno polimerów, jak i tworzyw sztucznych w warunkach normalnych (dla wartości T,. większych od 20^<>C polimer jest twardy, a dla T.. mniejszych od 20°C miękki i elastyczny).

Nic ma polskiej normy, która umożliwiałaby bezpośrednie oznaczanie temperatury zeszklenia T_y. Można ją oznaczyć za pomocą kalorymetrii skaningowej DSC i termicznej analizy różnicowej DTA (p. 7.8) [ 13j. W przypadkach braku derywatografów różnicowych T.. oznacza się pośrednio z zależności modułu sprężystości poprzecznej G i logarytmicznego dekrementu tłumienia A od temperatury 11 ]—[3J lub badań dylatometrycznych.

Proponowane metody są nieniszczącymi metodami określania właściwości tworzyw sztucznych podczas działania drgań. W dalszych rozważaniach operowano dla uproszczenia pojęciem modułu dynamicznego sprężystości poprzecznej G, ale należy pamiętać, że w zasadzie jest to moduł zespolony G* składający się z sumy modułu rzeczywistego i urojonego.

Norma |1) ogranicza wynik oznaczenia tylko do przedstawienia graficznego zależności modułu ścinania przy skręcaniu w funkcji temperatury, ale praktycznie z jej przebiegu można wartości 7j. odczytać.

Dla przykładu na rys. 7.1 przedstawiono moduł ścinania przy skręcaniu G (moduł sprężystości poprzecznej) i logarytmicznego dekrementu tłumienia mechanicznego A w zależności od temperatury tworzywa termoutwardzalnego. Moduł ścinania ma dużą wartość i małe tłumienie w obszarze stanu szklistego (obszar A-B), a przy podwyższaniu temperatury maleje (obszar B-D to obszar mięknie-nia tworzywa). Poza punktem C zmiana modułu jest ponownie nieznaczna, a tłumienie spada prawie do zera. Punkt D określa więc średnią temperaturę zmiany stanu tworzywa. Jego położenie wyznacza się, różniczkując krzywą modułu ścinania przy skręcaniu G względem temperatury.