6628926978

MATERIAŁY POMOCNICZE DO ĆWICZEŃ LABORATORYJNYCH

Ćwiczenie nr 1A

Badanie właściwości cieplnych tworzyw sztucznych

1.0    Cel ćwiczenia

Celem niniejszych zajęć laboratoryjnych jest:

a)    zbadanie wytrzymałości cieplnej wybranych tworzyw sztucznych metodą Martensa,

b)    zbadanie odporności cieplnej wybranych tworzyw termoplastycznych metodą Vicata,

c)    wyznaczenie odporności duroplastów na żarzenie.

Badania należy przeprowadzić ściśle według załączonych norm, a protokoły badań zamieścić w sprawozdaniu.

2.0    Wiadomości wstępne

Przez pojęcie własności cieplne należy rozumieć zmianę własności mechanicznej tworzywa zachodzącą pod wpływem podwyższonej temperatury. Własności te ogólnie noszą nazwę odporności cieplnej względnie, dla bardzo wysokich temperatur, odporności na żar.

Ponieważ często miara ogólnych własności użytkowych tworzywa jest jego wytrzymałość, dlatego i w tym przypadku odporność cieplną określa się na podstawie własności mechanicznej. Większość badań tego rodzaju polega ogólnie na tym, że oznacza się temperaturę, w której pod wpływem standartowego obciążenia występują założone z góry odkształcenia. Na tej zasadzie oznacza się odporność cieplną tworzyw sztywnych metodą Martensa oraz tworzyw termoplastycznych metodą Vicata.

Miarą odporności na żar, względnie palności tworzywa jest ubytek próbki w standartowych warunkach przyłożenia żaru.

Zasadniczy wpływ na prawie wszystkie własności polimerów ma temperatura. Wpływ ten wynika z trzech następujących przyczyn:

1.    Przemiany fazowe polimerów zachodzą w stosunkowo niskich temperaturach, bliskich temperaturom użytkowania licznych urządzeń technicznych i gospodarczych.

2.    Tworzywa sztuczne, jako związki organiczne - odznaczają się współczynnikiem liniowej rozszerzalności cieplnej w przybliżeniu 10-krotnie większym w porównaniu z wieloma materiałami tradycyjnymi. Pod wpływem temperatury zmienia się ich gęstość i inne właściwości z nią związane.

3.    Od temperatury zależy przede wszystkim wpływ środowiska, w jakim tworzywo się znajduje. Wzrost temperatury przyspiesza agresywne działanie wielu cieczy na tworzywa sztuczne (np.: utlenianie lub hydroliza).

Jak wiec wynika, temperatura nie mająca na ogół wpływu na takie materiały, jak metale, szkło, materiały ceramiczne, a nawet drewno może wywoływać w przypadku polimerów zmiany, które uwzględniać należy przy badaniu ich własności.

Trzem podstawowym stanom fizycznym, charakterystycznym dla związków małocząsteczkowych -stałemu (krystalicznemu), ciekłemu i gazowemu odpowiadają w przypadku polimerów zupełnie odrębne stany fizyczne, które uwarunkowane są inną budową związków wielkocząsteczkowych.

Tworzywa sztuczne zbudowane są z łańcuchów makrocząsteczek, składających się z połączonych ze sobą bardzo dużych ilości cząsteczek monomeru. Mogą one występować jako bezpostaciowe, gdzie poszczególne makrocząsteczki poplątane są ze sobą w sposób chaotyczny, bądź jako krystaliczne z obszarami (o długości kilkaset A) o dużej orientacji krystalograficznej.

Tworzywa o strukturze bezpostaciowej (celuloza i jej estry, poliizobutylen, niektóre rodzaje polistyrenu (PS), polimetakrylan metylu (PMMA), polichlorek winylu (PCW)) charakteryzują się dużą elastycznością, wytrzymałością zmęczeniową i przeświecalnością.

Występowanie obszarów krystalicznych w tworzywach częściowo krystalicznych i krystalicznych (polietylen (PE), poliamid (PA), policzterofluoroetylen (PTFE), polichlorek winylidenu, poliformaldehyd, izotaktyczny polistyren (PS)) powoduje wzrost ich twardości, sztywności, odporności termicznej, odporności na ścieranie oraz w widoczny sposób wpływa na wzrost temperatury mięknienia, której zakres jest mniejszy, ale posiada wyższe wartości.

Własnością charakterystyczną związków małocząsteczkowych (np. metale) jest skokowe przechodzenie z fazy do fazy - i jest to określone temperaturą ich topnienia oraz wrzenia, natomiast w przypadku polimerów wzrost temperatury powoduje stopniowy wzrost energii ruchu cieplnego makrocząsteczek. Stąd, w zależności od warunków związki wielkocząsteczkowe mogą występować w czterech stanach. Stany te, uwarunkowane są zdolnością elementów strukturalnych makrocząsteczek