image117

116 4. Badanie podstawowych właściwości mechanicznych

Rys. 4.50. Schemat działania maszyny zmęczeniowej podczas wielokrotnego zginania próbek płaskich 1 - uchwyt, 2 - łącznik, 3 - dynamometr, 4 - mimo-śród, 5 - próbka

Rys. 4.51. Schemat działania maszyny zmęczeniowej podczas wielokrotnego zginania i równoczesnego skręcania M - rozkład naprężeń w próbce, 1 - uchwyty próbki

Ocena badań zmęczeniowych. Znaczenie badań zmęczeniowych najlepiej ilustruje tabela porównująca przykłady wytrzymałości doraźnej a₇ i zmęczeniowej Zq po 10⁷ cyklach zginania kilku tworzyw sztucznych w MPa. W czwartej kolumnie podano współczynniki odporności zmęczeniowej obrazujące jak zaskakująco mała jest wytrzymałość zmęczeniowa w stosunku do doraźnej Zc/cr_z [37 ] u niektórych tworzyw

Tworzywo	Oz	Ze	Zcte
Polimetakrylan metylu)	74,8	10,1	0,136
Polichlorek winylu) twardy	56,2	5,7	0,101
Polistyren wysokoudarowy	47,5	0,2	0,215
Poliamid T 27	52,6	17,6	0,335
Polipropylen izotaktyczny	36,5	11,1	0,320

Powyższe zestawienie wyraźnie ilustruje przewagę pod względem wytrzymałości zmęczeniowej poliamidu i polipropylenu nad np. twardym poli(chlorkiem winylu).

Wyniki na pewno są niezastąpione przy porównywaniu poszczególnych tworzyw, niemniej jednak dopiero badania gotowych wyrobów mogą być pomocne przy ocenie tych tworzyw w warunkach eksploatacji. Obecnie stosuje się więc maszyny zmęczeniowe do badania całych gotowych wyrobów (rys. 4. 52).

W normie [5] opisano dwa aparaty do badania wytrzymałości zmęczeniowej tkanin powlekanych polichlorkiem winylu), np. aparat de Mattia. Jest tam również opis praktycznego postępowania przy ocenie współczynnika tarcia (lub śliskości). Pomiar polega na mierzeniu kąta, przy którym zsuwa się z powierzchni tworzywa znormalizowany element próbny.

Rys. 4.52. Urządzenie do badań zmęczeniowych całkowitych butów

4.10. Badanie właściwości dynamicznych tworzyw

4.10.1. Pojęcia podstawowe

Na początku rozdz. 4 podano, że tworzywa sztuczne badane nawet przy małych naprężeniach wykazują odkształcenia nie tylko sprężyste, ale i lepkosprężyste (rys. 4.1, obszar A umożliwiający przesuwanie się łańcuchów względem siebie). Odkształcenia lepkosprężyste powodują, że zachowują się one inaczej przy obciążeniach okresowo zmiennych niż materiały wyłącznie sprężyste, jak np. metale przy naprężeniach poniżej granicy plastyczności.

Przy cyklicznym obciążaniu materiałów sprężystych naprężenia pozostają w fazie z odkształceniami, a rozpraszanie energii mechanicznej jest pomijalnie małe. Przy takim samym obciążaniu tworzyw sztucznych ujawniają się dwa efekty

1)    naprężenia są przesunięte o pewien kąt fazowy wobec odkształceń,

2)    w każdym cyklu obciążenia i odciążenia jest rozpraszana część energii dostarczonej przy obciążaniu próbki.

Rys. 4.53. Efekt przesunięcia fazowego między odkształceniem cyklicznym

e(t)----i naprężeniem a(t)-w materiale lepkosprężystym

t - czas, (O - częstość cyklu , 8- kąt fazowy