pobieranie: 16 Oznaczanie cech wytrzymałościowych tworzyw sztucznych przy statycznym rozciąganiu
Pobierz dokument pdfPrzeglądaj wersję html pliku:
Instytut In ynierii Materiałowej – Zakład Tworzyw Polimerowych
Oznaczanie cech wytrzymało ciowych tworzyw sztucznych przy statycznym rozci ganiu
1. Cel wiczenia
Celem wiczenia jest zapoznanie si z charakterem przebiegów zale no ci napr enia od odkształcenia podczas badania jednoosiowego rozci gania ró nych typów materiałów polimerowych oraz oznaczenie ich parametrów wytrzymało ciowych.
Badanie jednoosiowego rozci gania jest najbardziej podstawow metod stosowan do oznaczania wła ciwo ci mechanicznych materiałów. W badaniach materiałowych ogólnie stosuje si ró norakie próbki maj ce posta pr tów lub beleczek o przekrojach okr głych lub prostok tnych, najcz ciej zaopatrzone na ko cach w uchwyty pozwalaj ce na dobre zamocowanie próbki w maszynie wytrzymało ciowej. W szczególnych przypadkach bada prowadzonych na gotowych wyrobach, lub próbkach uzyskanych poprzez pobranie z gotowych wyrobów, próbki mog mie inne kształty. Kształt próbki musi w ogólno ci umo liwia dokonanie pomiaru jej odkształcenia podczas badania oraz uchwycenie próbki w maszynie wytrzymało ciowej. Maszyny wytrzymało ciowe Do pomiarów wła ciwo ci mechanicznych materiałów stosuje si maszyny wytrzymało ciowe o cz sto znacznie ró ni cych si od siebie konstrukcjach, rozwi zaniach technicznych i zasadach działania układu pomiarowego, a przede wszystkim rozmiarach i zakresach pomiarowych. Ponadto na rynku istnieje wiele urz dze przeznaczonych do specyficznych zastosowa . Tym niemniej w przewa aj cej cz ci maszyny u ytkowane w laboratoriach nale do grupy uniwersalnych maszyn wytrzymało ciowych, umo liwiaj cych badania materiałów przy ró nych typach odkształce , najcz ciej jednoosiowym rozci ganiu, ciskaniu i zginaniu, czasem dodatkowo dwuosiowym rozci ganiu i skr caniu. Ilo i rodzaj typów odkształce mo liwych do badania na danej maszynie zale y najcz ciej od dost pno ci i posiadania odpowiednich uzupełniaj cych elementów monta owych, takich jak uchwyty lub urz dzenia zmiany kierunku ruchu. Mo liwo ci bramowej maszyny wytrzymało ciowej charakteryzuj przede wszystkim trzy cechy: maksymalne dopuszczalne siły jakie mo e przenie brama i trawersa, maksymalna droga jak mo e przeby trawersa oraz maksymalna pr dko poruszania si trawersy. Cechy te decyduj o przydatno ci maszyny do konkretnych celów. Niemniej istotna jest kwestia mo liwo ci programowania i sterowania maszyn i urz dzeniami dodatkowymi oraz mo liwo ci zapisu mierzonych danych. Wi kszo maszyn uniwersalnych posiada rubowy nap d trawersy. Rozwi zanie to pozwala na precyzyjne sterowanie pr dko ci , niemniej jednak powa nie ogranicza maksymalne warto ci tej pr dko ci i szybko zmiany kierunku. Maszyny o nap dzie hydraulicznym tłokowym s pozbawione tej wady i nadaj si do prowadzenia bada dynamicznych. Cz sto niezmiernie przydatnym urz dzeniem dodatkowym w maszynach wytrzymało ciowych jest komora termiczna lub klimatyczna. Pomiar siły Najcz ciej obecnie spotykan metod pomiaru siły podczas badania na maszynie wytrzymało ciow jest pomiar za pomoc głowicy tensometrycznej. Budowy tego typu głowic s skomplikowane, a w ogólno ci pomiar siły polega na mierzeniu spr ystych odkształce wewn trznych elementów głowicy za pomoc odpowiednio umieszczonych i skompensowanych tensometrów elektrycznych. Ka d głowic charakteryzuj przede wszystkim dwa parametry: maksymalna warto mierzonej siły oraz dokładno pomiaru. Zazwyczaj zwi kszenie zakresu warto ci mierzonej siły poci ga za sob zmniejszenie dokładno ci pomiaru. Głowice s osobnym podzespołem, zazwyczaj zamocowanym w maszynie w sposób umo liwiaj cy ich szybk i łatw wymian . Szybka wymiana Oznaczanie cech wytrzymało ciowych tworzyw sztucznych przy statycznym rozci ganiu
D72
1
3
8
3 9 3
2¨8 9 3 2 ¨8 B
3
2
3
8
2
3
B
3
3
2
9
3 2 9
8
B
3
7 3
3
3
3
3
8
2 9
¨8 9
C39
3
8
3
9
3
8
9
8
8
3
B
3
A
2. Okre lenie podstawowych zagadnie
¨8 9
2 9
1 !0¢'(!%&%$" !¨¦¤¢ ) ¥ © # # ¥ © §¥£ ¡ 9 5 8 3 D72 4 3 9 2 3 D72 8 9 B 2 8 3 2 3 2 2 9 B 3 3 2 8 7 7 9 3 2 8 3 8 D72 2 2 B 2 2 3 8 2 2 3 9 3 3 39 D72
2 3 3 9 9 2¨8 B 3
2 2
3 2
8 3
2 9 3 2 8
3
7
2 ¨8
D72
2
2
@
3 9
2
2 8 D72 8
6
7
2 ¨8
3
8
8
9
Instytut In ynierii Materiał owej – Zakł Tworzyw Polimerowych ad gł owic umo liwia zatem szybk zmian zakresu i dokł adno ci pomiaru. W starszych typach maszyn powszechnym rozwi zaniem ukł adu pomiaru sił był wahadł y owy mechanizm grawitacyjny. W mechanizmie tym zmian zakresu pomiarowego dokonuje si poprzez wymian lub dodawanie obci ników. Pomiar odkształ cenia Pomiar odkształ cenia próbki w uniwersalnych maszynach wytrzymał ciowych jest trudny i o cz sto dokonywany jest w sposób obarczaj cy wynik badania du ym bł dem. Najbardziej podstawow i najta sz metod nie wymagaj c posiadania kosztownego wyposa enia dodatkowego jest pomiar drogi przebytej przez trawers maszyny podczas badania. Metoda ta pozwala jednak tylko na bardzo zgrubne okre lenie odkształ cenia próbki, gdy oprócz odkształ cenia samego wł ciwego odcinka a pomiarowego sumuje tak e odkształ cenia pozostał cz ci próbki – w tym przede wszystkim ych uchwytów dla próbek znormalizowanych – oraz zmiany poł enia zwi zane z wysuwaniem si próbki z o uchwytów maszyny zakł adaj c, e skł adowe te s pomijalnie mał Tym niemniej w wi kszo ci e. przypadków zał enie takie jest bł dne. W dokł o adnych pomiarach odkształ cenia absolutnie konieczne jest stosowanie dodatkowych urz dze – ekstensometrów. Istnieje wiele typów ekstensometrów ró ni cych si przeznaczeniem i zasad dział ania. W badaniach mechanicznych tworzyw sztucznych stosuje si w zale no ci od celu eksperymentu i rodzaju badanego materiał ekstensometry mał lub u ych du ych odkształ . Ekstensometry mechaniczne zawsze posiadaj dwie szcz ki, zapewniaj ce ce minimaln powierzchni styku z próbka i sł ce do uchwycenia ko ców odcinka pomiarowego próbki. u Od tej chwili rejestrowane s zmiany dł ci odcinka próbki pomi dzy szcz kami ekstensometru i na ugo tej podstawie obliczane s odkształ cenia. Niekiedy stosuje si kilka ekstensometrów równocze nie, przy czym ka de z urz dze mierzy zmiany dł ci w innej osi. Mo na w ten sposób wyznaczy na ugo u cania. przykł współ ad czynniki Poisson’a, czy zmian obj to ci materiał podczas odkształ Ekstensometry mał odkształ to z reguł profile na których ko cu sztywno zamocowane s ych ce y ywem zmiany geometrii ukł w czasie pomiaru pojawiaj si napr enia adu szcz ki, a w których pod wpł zginaj ce. Napr enia te mierzone s b d za pomoc piezoelementu b d tensometrycznie. Dokł adno tego typu urz dze jest z reguł bardzo du a. Ekstensometry te stosuje si przy badaniach y tworzyw o mał odkształ ym ceniu przy zerwaniu lub przy pomiarze w mał zakresie odkształ , np. w ym ce celu zmierzenia moduł tworzywa. Dla elastomerów i tworzyw o du ym wydł eniu do zerwania u u konieczne jest u ywanie ekstensometrów du ych odkształ . Szcz ki ekstensometrów du ych ce odkształ mog porusza si niezale nie od siebie i prowadzone s po sztywnym i umocowanym ce sztywno w maszynie torze – najcz ciej pr cie. Linkowy mechanizm przekazuje ruch do elektromechanicznego ukł pomiarowego. Dokł adu adno ekstensometru du ych odkształ , jest z ce reguł mał – 1% lub wi cej. y a Ponadto istniej optyczne, bezkontaktowe urz dzenia ekstensometryczne Z zastosowaniem ekstensometrów wi e si szereg zagadnie technicznych, jak po lizg szcz k po powierzchni próbki, obecno dodatkowych siłdział cych na próbk , bezwł aj adno cz ci mechanicznych, wielko pola styku z próbk i powi kszanie si pierwotnej powierzchni styku podczas odkształ cania. Z drugiej jednak strony dzi ki ekstensometrom eliminowane s o wiele bardziej znacz ce zjawiska deformacji i przemieszczania uchwytów próbek podczas badania. U ycie ekstensometrów pozwala uzyska dokł adniejszy zapis przebiegu zale no ci napr e od odkształ ni zapis uzyskany ce z trawersy maszyny, a w przypadku odkształ w osiach prostopadł do osi dział ce ych ania maszyny jest jedynym technicznym rodkiem uzyskania tego zapisu. Próbki do bada Próbki u ywane do bada wł ciwo ci mechanicznych materiał przy jednoosiowym a u rozci ganiu okre lone s normami dla wi kszo ci typów materiał ów. Dla tworzyw metalicznych stosowane s próbki o przekrojach okr gł i prostok tnym, z uchwytami lub bez. Dla tworzyw ym sztucznych stosowane s o przekroju prostok tnym o geometrii uchwytów i wymiarach zale nych od tworzywa, tzn. termoplastów i tworzyw sieciuj cych o wysokim module lub elastomerów i elastomerów
Oznaczanie cech wytrzymał ciowych tworzyw sztucznych przy statycznym rozci ganiu o
2
b
b
b ¨d Dga a a
a d
b
c
g
c ¨d
f
f
c
a
d
d b
c f
d
a
d
d
c
h b
c
b
d
a
c
d
d d b a d b ` U T Y H Q P W Q W !0¢X(!%&%$V U!Q¨¦¤¢E TH S R P IHG F b f d c f b b d c b c f d f ¨d c f b c d ¨d a a d b c d b Dga f a c d d b Dga d ecb c b b d b b b a d a a f d c a c h b b bCc a b ¨d a b f b c f d bb c b d g f b d a b c b b b Dga f b d f b d a c
f a c
c ¨d
c
a
b
b
c
g
a
d
b
c
f
Dga
d
b
c
b f b
ecb b d d
c b c
d
Instytut In ynierii Materiał owej – Zakł Tworzyw Polimerowych ad
termoplastycznych wykazuj cych elastyczno kauczukow . Nale y zapozna si z geometri przeznaczeniem poszczególnych typów próbek poprzez zapoznanie si z tre ci nast puj cych norm: PN-EN ISO 527-1 PN-EN ISO 527-2 PN-EN ISO 527-3 PN-ISO 37 Zastosowanie metody jednoosiowego rozci gania Ze wzgl du na prostot przeprowadzenia eksperymentu jednoosiowego rozci gania, oraz na rachunkow ł atwo obliczania z danych eksperymentalnych wielko ci fizycznych charakteryzuj cych materiał badanie to jest najszerzej stosowane dla okre lenia w pierwszym przybli eniu cech materiał i , u dostarczenia wielko ci charakterystycznych pozwalaj cych na dokonanie porówna z innymi materiał lub sklasyfikowanie. Nale y jednak zaznaczy . e pozorna ł ami atwo uzyskania tych wielko ci wi e si z przyj ciem szeregu uproszcze i zaakceptowaniem niedokł adno ci. Tym niemniej w praktyce in ynierskiej dla najbardziej ogólnego scharakteryzowania lub dla celów doboru materiał do u zastosowa w pierwszej kolejno ci rozwa a si najcz ciej wielko ci mo liwe do uzyskania w próbie rozci gania. Obszerne zasoby tych danych w literaturze zapewniaj pewien zbiór odniesienia niezb dny dla kwalifikowania przedmiotu bada lub doboru materiał dla zastosowa . W próbie statycznego u jednoosiowego rozci gania materiał polimerowego wyznaczy mo na nast puj ce wielko ci u oznaczone na krzywych rozci gania na rysunku 1:
B B y M
M
a
b
y B
c e d
M
B x
M
M
Rys. 1. Wielko ci wyznaczane podczas próby statycznego jednoosiowego rozci gania materiał ów polimerowych. (Za PN-EN ISO 527-1:1996). Schematyczne krzywe odpowiadaj odpowiednio materiał a) tworzywa kruche, b) i c) tworzywa wykazuj ce granica plastyczno ci, c) tworzywa nie om: wykazuj ce granicy plastyczno ci, d) elastomery.
Oznaczanie cech wytrzymał ciowych tworzyw sztucznych przy statycznym rozci ganiu o
¨
¨
i.
Granica plastyczno ci y (MPa) – pierwsze napr enie, przy którym wzrost wydł enia u nie powoduje przyrostu napr enia.
M M
M
1 2
B y
y
x%
B
B
2
1
B M
3
D y x r u t u !0¢(!%&%$ y!u¨¦¤¢i xr w v t srq p D D
e
ii. iii.
Napr enie przy zerwaniu
B
(MPa).
Napr enie rozci gaj ce przy x % odkształ cenia (MPa) – w przypadku sporz dzania wykresu zale no ci napr enie-odkształ cenie jest odczytywalne z tego wykresu dla dowolnej warto ci odkształ cenia.
iv. v. vi. vii.
Wydł enie wzgl dne przy granicy plastyczno ci y. u Wydł enie wzgl dne przy zerwaniu y. u
Modułspr ysto ci przy rozci ganiu obliczany jako stosunek ró nicy napr e 2 – 1 ce 2 – 1 o umownej warto ci 1=0,0005 oraz 2=0,0025. Moduł do ró nicy odkształ posiada wymiar megapaskala.
UWAGA: Wyznaczanie moduł wykonuje si wył cznie wtedy, gdy ma on sens fizyczny u dla danego materiał Materiał musi wykazywa zachowanie przynajmniej zgrubnie u. zgodne z prawem Hooke’a. Nie ma fizycznego sensu wyznacza moduł np. dla u elastomerów. Nie ma równie sensu wyznacza moduł je eli materiał wykazuje u, wahania lub inne nieprawidł owo ci przebiegu zale no ci - w podanym wy ej zakresie odkształ . W celu zrozumienia problemu prosz zapozna si z definicj moduł ce u wedł prawa Hooke’a. ug wielko ci wydł enia u
ε=
∆l l1 − l0 m − m = , =1 l0 l0 m
λ=
l1 m , =1 . l0 m
Obie wielko ci s zatem bezwymiarowe, a wi e je zale no :
ε = λ −1.
Odkształ cenie podawane jako jest w praktyce cz ciej stosowane w obliczeniach wł ciwo ci a mechanicznych tworzyw polimerowych. Ze wzgl du na to, e warto ci liczbowe tych wielko ci ró ni si dokł adnie o 1 (wzgl dnie 100%) nale y zwraca szczególn uwag która z nich jest stosowana. Mog si one okaza szczególnie myl ce przy badaniach wł ciwo ci elastomerów, gdzie odkształ a cenia wzgl dne osi gaj 600 – 700 %. Istotny wpł na mierzone warto ci zarówno charakterystycznych odkształ jak i napr e ma yw ce pr dko odkształ cania materiał Z zalecanymi pr dko ciami badania nale y zapozna si w wy ej u. ów cytowanych normach. S one ró ne dla ró nych typów materiał polimerowych. W ogólno ci przyj mo na, e dla wysokomoduł owych tworzyw sztucznych, których odkształ cenia przy zerwaniu s mał e, e. ych zalecane pr dko ci s równie mał Dla tworzyw o wzgl dnie mał warto ciach napr e i du ych odkształ ceniach zaleca si du e pr dko ci odkształ cania. Normy podaj zalecane warto ci pr dko ci w Oznaczanie cech wytrzymał ciowych tworzyw sztucznych przy statycznym rozci ganiu o
ewt
4
t
u t v s s s
v
s u s v z ¨u v t s u w
z ¨u v
v
s
Dla wyra enia wydł enia materiał cz sto zamiennie stosuje si u u cenia . Wielko ci te definiuje si jako: wzgl dnego i odkształ
x x z ¨u v
t
v
y
y
Wydł enie wzgl dne przy maksymalnym napr eniu rozci gaj cym u
M.
t
v
s
v
w
z
Dws v evt t s ~ u s } y u u v v u w u z |{ s v s v w v w t u y s y yz v v t s ¨u v t t ¨u v u v y u v y s u v s ¨u s v v t t v ¨u x v ¨u u wv v Dws v s s t v¨u r m l q f i h o i o !0¢p(!%&%$n m!i¨¦¤¢ lf k j h gfe d t s v t s s u t s v ¨u s u s u u w v s s u v u s } v t v v t t s u u t t w
Instytut In ynierii Materiał owej – Zakł Tworzyw Polimerowych ad UWAGA: Dla wielu materiał polimerowych zjawiska odkształ ów cania plastycznego i spr ystego zachodz równocze nie w niepomijalnej skali równie poni ej granicy plastyczno ci. Zatem granica ta ma charakter bardziej umowny ni jej odpowiednik dla materiał metalicznych. Jej warto mo e istotnie zale e od pr dko ci odkształ ów cania.
v v Dws u
u u
u
Instytut In ynierii Materiał owej – Zakł Tworzyw Polimerowych ad
mm/min dla znormalizowanych próbek o okre lonej dł ci odcinka pomiarowego. Przy stosowaniu ugo próbek nieznormalizowanych, lub porównywaniu wyników uzyskanych dla próbek o ró nych wymiarach, absolutnie niezb dne jest przeliczenie pr dko ci odkształ cania w mm/min na pr dko o wymiarze 1/min któr uzyskuje si jako warto / t lub / t. Mo na oczywi cie poda j tak e w %/min.
3. Metoda wykonania badania
3.1. Rejestracja przebiegu krzywej zale no ci napr enia od odkształ cenia dla wybranych tworzyw sztucznych z rejestracj sił z gł y owicy tensometrycznej. Obliczanie warto ci charakterystycznych wielko ci.
3.1.1. Zakres stosowania metody Metoda ta stosowana jest dla tworzyw sztucznych i tworzyw sztucznych wzmocnionych. Przydatna jest przede wszystkim dla mał zakresów odkształ i tworzyw o stosunkowo wysokim ych ce module. 3.1.2. Opis metody cenia w formie Badanie polega na rejestracji przebiegu zale no ci napr enia od odkształ kolumn danych uzyskanych bezpo rednio z maszyny i ukł pomiarowego, tj. czasu, s, oraz sił N. adu y, G sto rejestrowanych danych zale na jest od zadanej cz stotliwo ci próbkowania przez urz dzenie rejestruj ce. Zebrane dane pozwalaj na obliczenie wielko ci charakterystycznych dla materiał z u, dokł adno ci zale n od dokł adno ci poszczególnych podzespoł i urz dze maszyny, bł dów ów statystycznych i odst pstwa od zał onych uproszcze oraz od g sto ci danych. o Po umieszczeniu próbki w pneumatycznych uchwytach maszyny rozpocz ta zostaje rejestracja y owice tensometryczn (faktycznie jest to pomiar oporu elektrycznego warto ci sił mierzonej przez gł zapoznaj si z zasada dział ania ukł adów tensometrycznych), a natychmiast po tym uruchomiony zostaje ruch trawersy maszyny. Pr dko odkształ cania wybiera si poprzez dobór odpowiednich kół z batych w przekł maszyny. Znaj c pr dko trawersy maszyny w vmasz mm/min i dł adni ugo odcinka cania: pomiarowego l0 , mm, mo na obliczy pr dko odkształ mm ν masz min = 1 ν odkszt . = , (3.1) l0 mm min yn Znaj c pr dko trawersy maszyny w vmasz mm/min, czas t, s, jaki upł ł od chwili uruchomienia trawersy i dł ugo odcinka pomiarowego l0 , mm, mo na obliczy drog przebyt trawers maszyny s, mm, oraz wydł enie wzgl dne b d odkształ u cenie próbki: t mm s mm s = ν masz ⋅ , ⋅ = ⋅ min = mm , (3.2) 60 min 60 min zatem: mm ⋅s l1 l0 + s ν masz ⋅ t min = mm ⋅ min = 1 , λ= = = 1+ , (3.3) l0 l0 l0 ⋅ 60 mm ⋅ 60 min ⋅ mm oraz: mm ⋅s ν masz ⋅ t ν masz ⋅ t mm ⋅ min ε = λ −1 = 1 + −1 = , min = = 1. (3.4) l0 ⋅ 60 l0 ⋅ 60 mm ⋅ 60 min ⋅ mm ych ce ów Nale y zaznaczy , e dla mał odkształ i w szczególno ci próbek z materiał o wysokim module, zakł si , e odkształ ada ceniu ulega jedynie odcinek pomiarowy próbki, jako ze jego pole przekroju jest kilkakrotnie mniejsze, ni pole przekrojów cz ci uchwytowych. Tym niemniej dla Oznaczanie cech wytrzymał ciowych tworzyw sztucznych przy statycznym rozci ganiu o 5
¨
D
( D ¡ D !0¢(!%&%$ !¨¦¤¢ § « ¨ ¥¤ ¢ § ¨ £ ª © ¦ £ ¢ § D D D § D £
D
D
wi kszo ci tworzyw sztucznych zał enie takie jest bardzo odległ od rzeczywistych zjawisk, przez co o e odkształ cenia obliczone jak wy ej traktowa mo na jedynie jako przybli enie. W szczególnym przypadku tworzyw podlegaj cych du ym odkształ ceniom, zarówno nie uchwycone jak i uchwycone cz ci uchwytów próbek podlegaj znacznym odkształ ceniom we wszystkich kierunkach, w tym w osi rozci gania, przez co ich udziałw cał kowitej drodze trawersy jest du y. Matematyczne wyeliminowanie tego typu bł dów wymaga zał e upraszczaj cych opis zjawisk i jest specyficzne dla geometrii próbki o oraz jej uchwycenia w badaniu. Ze wzgl du na skomplikowanie problem jest tu pomini ty. Znaj c warto ci siłw odpowiednich punktach, F, N, wymiary poprzeczne próbki mo na obliczy pocz tkowe pole interesuj cego przekroju d0, mm2, a nast pnie warto ci napr e nominalnych nom, MPa, w poszczególnych punktach. Przykł adowo dla próbki o przekroju prostok tnym o wymiarach a, mm i b, mm: d 0 = a ⋅ b, mm ⋅ mm = mm 2 , (3.5) napr enie nominalne wynosi zatem: F N σ nom = , = MPa . (3.6) d 0 mm 2 W celu wyznaczenia napr e rzeczywistych niezb dna jest znajomo współ czynnika Poisson’a, , dla danego tworzywa. Jego warto dla tworzyw sztucznych waha si w szerokich granicach warto ci 0,3 do 0,5. Tym niemniej nawet jego znajomo dla specyficznego badanego materiał nie gwarantuje mo liwo ci dokł u adnego wyznaczenia napr enia w danym przekroju, gdy przew enie próbek jest w praktyce ró ne w ró nych przekrojach o tej samej wielko ci pocz tkowej, zale nie od poł enia przekroju na dł ci próbki. Dodatkowa trudno ci mo e by fakt, e o ugo współ czynniki Poisson’a dla materiał polimerowych s trudnodost pne w literaturze. W praktyce tylko ów u ycie odpowiedniego zestawu ekstensometrów pracuj cych w pł aszczy nie prostopadł do osi ej wydł enia pozwala okre li faktyczne zmiany danego przekroju i w zwi zku z tym wyst puj ce w nim u napr enia. Niemniej jednak nie ma gwarancji, e wł nie w mierzonym przekroju pojawi si najwy sze a napr enie (które jest z reguł interesuj ce dla badaj cego), a zatem i e pomiar pozwoli wyznaczy y faktyczne maksymalne wł ciwo ci materiał Istnieje uproszczona metoda okre lania napr e a u. rzeczywistych podczas jednoosiowego rozci gania tworzyw sztucznych. Opiera si ona na przyj ciu zał enia stał ci obj to ci tworzywa podczas odkształ o o cania. Zał enie to speł o nione jest z bardzo du dokł adno ci np. dla gumy, jednak jest mniej zgodne z do wiadczeniem dla tworzyw w których podczas odkształ cania mog nast powa zmiany strukturalne. Przykł adowo napr enia mechaniczne mog wywoł zmian ilo ci fazy krystalicznej, co niechybnie prowadzi do zmiany obj to ci tworzywa. a Równie materiał o wysokim współ y czynniku rozszerzalno ci cieplnej b d wykazywa zmiany obj to ci pod wpł ywem ciepł wydzielonego podczas rozci gania. Je li jednak postulat stał ci a o obj to ci mo e by przyj ty z mał bł dem, wówczas obj to fragmentu materiał o jednostkowych ym u wymiarach V, mm3, b dzie podczas rozci gania niezmiennie wynosi : λ1λ2 λ3 = V = 1 , mm ⋅ mm ⋅ mm = mm 3 (3.7) zakł adaj c, e materiałzachowuje si izotropowo podczas jednoosiowego rozci gania: λ 2 = λ3 (3.8) otrzymuje si z (3.7) i (3.8): 1 λ1 = 2 . (3.9)
λ2
Przy jednoosiowym rozci ganiu odkształ ceniu próbki fragment przekroju poprzecznego o jednostkowych wymiarach b dzie miałzatem w zgodzie z omawianym zał eniem jednakowe wymiar 2 o w kierunku ka dej osi w pł aszczy nie przekroju. Jego pole powierzchni wyniesie zatem: 2 d1 = λ2 , mm ⋅ mm = mm 2 . (3.10) Napr enie rzeczywiste w próbce rzecz, MPa, uzyskamy zatem zamieniaj c d0 we wzorze (3.6) na d1: Oznaczanie cech wytrzymał ciowych tworzyw sztucznych przy statycznym rozci ganiu o
6
À
¼ ¼ À ½ ¾ ¼ ¾ ½ ¨¾ ¿ Ž¿ ¾ ¾ Á ¨¾ ¿ ¼ À ¿ ¿ ¾ ½ ¾ ½
¿
Æ
¿
Â
½
À
½ Á ¨¾ ¼ ¿ ¾ ½ ½ ¿ ¼ ½ ¾ ¾ ½ Á ¿ ¾ ¿ ½ ½ ¼ ¨¾ ¿ ½ ¿ ¿ À ¿ ¿ ¼ ¾ » ¶ µ º ¯ ² ± ¸ ² ¸ !0¢¹(!%&%$· ¶!²¨¦¤¢¬ µ¯ ´ ³ ± °¯®
Instytut In ynierii Materiał owej – Zakł Tworzyw Polimerowych ad
¾
¼
¿ ½ ¼
DÀ¼
½
C½¿ ½
Ä
¿
½
DÀ¼
¨¾ ¿ À
¾
¿
¾
DÀ¼ ¾ ½ ¼
½
¼
½
½
¼
DÀ¼
¿
¿
¼
½
½
Á ¨¾ ¿ ½ ¾ ¿
¾
¼ ¼
Â
¼ ¿ Ä À ¼
½
¾
À¼
¾
¾
¼ ¾
¾
¼ ¾ ½
À ¿
¿
¼
¼
¿
¾
½ ¼
¿ ½
Ã
¿
À
¿ ¨¾
¼ ¾
¼ ¾
¿ ¨¾
¿ ¨¾ ¿¨¾ ¿¨¾ ¿
¿ ¿
¿
Instytut In ynierii Materiał owej – Zakł Tworzyw Polimerowych ad
F N , = MPa (3.11) d1 mm 2 korzystaj c z zale no ci (3.8) do (3.10): F F N σ rzecz = = 2 = F ⋅ λ1 , ⋅1 = MPa (3.12) d1 λ2 mm 2 Nale y zaznaczy , e warto ci ró nych napr e podawane w literaturze dla tworzyw sztucznych (jak np. wytrzymał na zerwanie) to w przewa aj cej cz ci napr enia nominalne, a nie rzeczywiste. o Moduł tam gdzie ma to sens fizyczny, wyznacza si zgodnie z zaleceniem wg norm, y, cytowanym we wst pie teoretycznym niniejszej instrukcji.
σ rzecz =
3.1.3. Przyrz d pomiarowy Maszyny wytrzymał ciowe dost pne w Zakł o adzie Tworzyw Polimerowych Instytutu In ynierii Materiał owej PS nale do grupy maszyn uniwersalnych. S to urz dzenia o konstrukcji bramowej. Pomiar sił dokonywany jest za pomoc gł y owicy tensometrycznej w urz dzeniu nowszego typu i na zasadzie grawitacyjnej w urz dzeniu starszym. Urz dzenie Instron 1112 jest wyposa one w pneumatycznie zamykane uchwyty próbek, co jest szczególnie przydatne dla tworzyw polimerowych ulegaj cych du ym odkształ ceniom w czasie badania. Szcz ki pneumatyczne zapewniaj stał sił zacisku w trakcie wykonywania pomiaru gdy mog skutecznie kompensowa zmniejszenie wymiaru poprzecznego uchwytów próbki. Odczyt pomiaru z gł owicy tensometrycznej dokonywany jest za pomoc urz dzenia elektronicznego, a zapis dokonywany jest w komputerze. Komputer wykre la w czasie rzeczywistym dan zale no na podstawie zadanych parametrów. Sterowanie maszyn wytrzymał ciow odbywa si r cznie przy u yciu panelu o sterowania. Wydł enie próbki obliczane jest przez komputer z podstawy czasu pomiaru przy znanej u nastawionej pr dko ci ruchy trawersy. W urz dzeniu wahadł owym WPM ZDM 2,5/91 pomiar sił dokonywany jest poprzez pomiar y wychylenia wahadł poł czonego z próbk poprzez uchwyt i szereg dzwigni, a rejestracja sił odbywa a y si w d wigniowym urz dzeniu samopisz cym na papierze. Pomiar odkształ cenia realizowany jest poprzez pomiar drogi przebytej przez trawers i rejestrowany jest przez urz dzenie samopisz ce poł czone z trawers systemem linek i d wigni. Oba opisywane urz dzenia nap dzane s silnikami elektrycznymi, trawersa wprawiana jest w nich w ruch mechanizmem rubowym. O ile w urz dzeniu WPM ZDM 2,5/91 mo liwa jest pł ynna regulacja pr dko ci w zakresie 1 do 25 mm/min, to urz dzenie Instron 1112 posiada jedynie mo liwo poruszania si tylko z okre lonymi pr dko ciami. Pozwala ona zatem na zastosowanie pr dko ci znormalizowanych w mm/min, jedynie dla znormalizowanych dł ci odcinków pomiarowych. Zalet ugo tej maszyny jest jednak mo liwo osi gania du ych pr dko ci trawersy do 1000 mm/min, dzi ki czemu mo e by ono stosowane do bada materiał elastomerowych. ów 3.1.4. Wykonanie pomiaru na Instron 1112 1. Wybra najmniej 3 próbki do bada danego materiał u. 2. Wzrokowo sprawdzi brak wyst powania wad kształ i materiał w wybranych próbkach, w tym w tu u szczególno ci: a. du e wady kształ typu zgi cie lub skr cenie cał próbki, tu, ej b. mniejsze lub usuwalne wady kształ jak niedolewy, grat, karby tu, c. wady przetwórcze, jak zapadni cia, p cherze gazowe, wtr cenia, rozwarstwienia, widoczne linie zimnych zgrzewów, u kniecie, nierównomierno barwy, d. wygl d materiał tj. przebarwienia, przypalenia, z ół e. obecno usuwalnych zabrudze i liskich nalotów na powierzchni próbki. Oznaczanie cech wytrzymał ciowych tworzyw sztucznych przy statycznym rozci ganiu o
Û Ø × Û DÚ× Ù
7
Ø
Ø
Ù
Ù
Ù
DÚ×
DÚ× Ù
Ù
Ø
Ø
Û Û Ø CØÙ
Ö Ñ Ð Õ Ê Í Ì Ó Í Ó !0¢Ô(!%&%$Ò Ñ!ͨ¦¤¢Ç ÐÊ Ï Î Ì ËÊÉ È Ø Ø Ø × Û Ù × Û ¨Û Ù Ø × Ø Ø Ø Ù Ø Ø Û × Ø Ù Ø Û Ø Ù Ü ¨Û Ù Û Û Ù Ø Û Ø Ø Ü Ø DÚ× Ù × Û × × Ü Ø Ø Û Û Ø Þ Û × Ü Û Û Ù × × × Ø × Ø Ú Ú Ø Ø CØÙ Ø Û
× Ù
Ù Ú DÚ×
× Û Ù
Û × Û
×
DÚ×
Ú Ù
Ø
Ø
Ý
Ù
Ø
Ú
Ø
Þ
Û
Ù
Ø
Û
Instytut In ynierii Materiał owej – Zakł Tworzyw Polimerowych ad
4. Opracowanie wyników
Wyniki badania opracowa nale y z godnie z normami cytowanymi w cz ci teoretycznej niniejszej instrukcji odpowiednio do badanego materiał u. 1. Potraktowa obowi zuj ce normy jako nadrz dne zalecenie, tym niemniej tam, gdzie jest to nia asne metody opisu zjawisk, je li wydaj si one niezb dne uzupeł opracowanie wyników o wł bardziej adekwatne dla danego materiał u. 2. Sporz dzi wykresy zale no ci napr enia od odkształ cenia ( lub ) i napr enia od czasu. 3. Obliczy wszystkie odpowiednie dla materiał wielko ci charakterystyczne i tylko tam gdzie ma to u sens fizyczny, tj.: a. wytrzymał na zerwanie, o b. wydł enie do zerwania, u c. granic plastyczno ci, Oznaczanie cech wytrzymał ciowych tworzyw sztucznych przy statycznym rozci ganiu o
ó ð
¨ó ï
ï
¨ó ò
ð
ø ÷
ï
ó
¨ó ò
ò
ñ
ï ò
ï
ñ ð ð
ñ
ï
Dñï
ñ
ñ ñ ð
ó
ò
ñ
14.
ï
ó
ó ð ñ ð
13.
ï ó
ö
ð
ð
11. 12.
ó
ñ ñ Dñï Dñï ó
ñ
10.
ï ó
Cðò
ó
ï ó ñ
9.
ð
ó
ï
ñ
8.
ó
ð
ó
ñ
7.
ð
ó ï ó ð
ð
ï ¨ó
ñ
6.
ó
ò
õ ð
ö ¨ó ò
ò
ó
ï ò
ð
ñ
ñ ï
ò
ò
ó
ò
ó
ò
ó
ð
ò
ó
ñ
ó
ñ
ñ ï
5.
8
ñ ñ
ó
ò
ò
ô
ï
ð
ñ
ñ
ñ
ó
ñ
ò
ó
ñ
ï
ñ
ï
ð
ð
ó
ó
ñ
ñ
4.
ð
ò
3.
W razie potrzeby wymieni próbki na inny egzemplarz. Ostro nie usun usuwalne wady – oczy ci próbki, usun nadmierne graty nie powoduj c powstania karbów. Dokona pomiaru wymiarów poprzecznych odcinka pomiarowego za pomoc suwmiarki, zapisa wymiary i obliczy pole przekroju ( rednie). Pomiary wykona co najmniej trzykrotnie na ka dym z wymiarów poprzecznych pojedynczej próbki i u redni lub zdecydowa o warto ci najbli szej rzeczywistej zgodnie z rozs dkiem. Przy materiał mi kkich zwróci SZCZEGÓLN uwag na ach delikatne posł ugiwanie si przyrz dem pomiarowym tak, by nie powodowa zgniatania materiał u podczas pomiaru (fał szowanie wyniku). Zwróci równie uwag na obecne graty i NIE mierzy próbki w miejscu wyst powania gratu. Umie ci próbk w jednej z pneumatycznych uchwytów mocuj cych i za pomoc d wigienki uruchomi zamykanie szcz k. UWAGA: wł enie, równie przypadkowe, palca pomi dzy szcz ki o mo e skutkowa powa nym urazem! Próbk nale y umie ci tak, by jej wzdł na o jak najlepiej u pokrywał si z kierunkiem przesuwu trawersy. Próbka musi by uchwycona na mo liwie du ej a powierzchni, jednak w taki sposób, eby nie dotykał odcinka pomiarowego, i był oddalona od a a niego o dystans pozwalaj cy na minimalizacj efektów brzegowych rozkł napr e podczas adu badania. Ustawi zderzaki zabezpieczaj ce maszyny tak, by nie przeszkadzał w wykonaniu badania i y chronił cz ci maszyny znajduj ce si w wietle bramy przed zderzeniem z trawers . y Ustawi pozycj drugiej ze szcz k w taki sposób, by po zamkni ciu uchwycił drugi, swobodny a uchwyt próbki, przestrzegaj c zasad z punktu 5. Dobra gł owic pomiarow odpowiednio do spodziewanego zakresu mierzonych siłi wymaganej dokł adno ci. Dobra koł z bate przekł a adni maszyny odpowiednio do danej pr dko ci ruchu trawersy lub cania. pr dko ci odkształ Wprowadzi niezb dne parametry w oprogramowaniu ukł rejestracji sił i podstawy czasu, tj.: adu y a. parametry gł owicy pomiarowej, b. pr dko przesuwu trawersy, c. dł ugo odcinka pomiarowego próbki, d. pole przekroju poprzecznego próbki. Uruchomi ukł rejestruj cy w komputerze. ad Uruchomi ruch trawersy na panelu sterowania maszyny. Od tej chwili rozpoczyna si wł ciwy a pomiar, a rejestrowane dane zostan wykorzystane do oblicze . Po zerwaniu próbki wył czy ruch trawersy oraz rejestracj pomiar. W przypadku, gdy próbka nie zostanie zerwana ale osi gni ty zostanie skraj zakresu ruchu trawersy maszyna wytrzymał ciowa o zastopowana zostanie przez ukł zabezpieczenia (zderzaki). ad Zapisa dane i wykona obliczenia.
eñð ñ ï ñeð ñ î é è í â å ä ë å ë !0¢ì(!%&%$ê é!娦¤¢ß èâ ç æ ä ãâá à
ó
ò
5. Literatura
1. 2. 3. 4. 5. 6. PN-EN ISO 527-1 PN-EN ISO 527-2 PN-EN ISO 527-3 PN-ISO 37 Z.Dyl g, A.Jakubowicz, Z.Orł , Wytrzymał materiał tom I, WNT 1996 o o ów a D.Jaroszy ska, R. Gaczy ski, B. Felczak, Metody bada wł ciwo ci fizycznych gumy, WNT 1978
Oznaczanie cech wytrzymał ciowych tworzyw sztucznych przy statycznym rozci ganiu o
'$
%
$
'$
%
%
$
6.
&
$
5.
! %
%
!
$
4.
d. napr enie przy danym odkształ ceniu, e. odkształ cenie trwał e, f. moduł , g. zakres plateau elastyczno ci h. itp. Wykona statystyczn ocen wyników bada , u ywaj c odpowiednich dla ilo ci przypadków estymatorów. Skomentowa sposób przeprowadzenia badania zwracaj c szczególn uwag na ródł bł dów i a rozrzutów wyników. Krótko skomentowa wynik badania w odniesieniu do wyników uzyskanych dla innych tworzyw, znanych z do wiadcze wł asnych lub literatury. Oceni przydatno badanego tworzywa w praktyce in ynierskiej.
#! ! " ¦ ¤ ü ÿ þ © ÿ © §!%%¨ ¦§¥£¡ÿ¨¦¤¢ù ¤ü ¢ þ ýüû ú
Instytut In ynierii Materiał owej – Zakł Tworzyw Polimerowych ad
9
16 Oznaczanie cech wytrzymałościowych tworzyw sztucznych przy statycznym rozciąganiu
Instytut In ynierii Materiałowej – Zakład Tworzyw Polimerowych
Oznaczanie cech wytrzymało ciowych tworzyw sztucznych przy statycznym rozci ganiu
1. Cel wiczenia
Celem wiczenia jest zapoznanie si z charakterem przebiegów zale no ci napr enia od odkształcenia podczas badania jednoosiowego rozci gania ró nych typów materiałów polimerowych oraz oznaczenie ich parametrów wytrzymało ciowych.
Badanie jednoosiowego rozci gania jest najbardziej podstawow metod stosowan do oznaczania wła ciwo ci mechanicznych materiałów. W badaniach materiałowych ogólnie stosuje si ró norakie próbki maj ce posta pr tów lub beleczek o przekrojach okr głych lub prostok tnych, najcz ciej zaopatrzone na ko cach w uchwyty pozwalaj ce na dobre zamocowanie próbki w maszynie wytrzymało ciowej. W szczególnych przypadkach bada prowadzonych na gotowych wyrobach, lub próbkach uzyskanych poprzez pobranie z gotowych wyrobów, próbki mog mie inne kształty. Kształt próbki musi w ogólno ci umo liwia dokonanie pomiaru jej odkształcenia podczas badania oraz uchwycenie próbki w maszynie wytrzymało ciowej. Maszyny wytrzymało ciowe Do pomiarów wła ciwo ci mechanicznych materiałów stosuje si maszyny wytrzymało ciowe o cz sto znacznie ró ni cych si od siebie konstrukcjach, rozwi zaniach technicznych i zasadach działania układu pomiarowego, a przede wszystkim rozmiarach i zakresach pomiarowych. Ponadto na rynku istnieje wiele urz dze przeznaczonych do specyficznych zastosowa . Tym niemniej w przewa aj cej cz ci maszyny u ytkowane w laboratoriach nale do grupy uniwersalnych maszyn wytrzymało ciowych, umo liwiaj cych badania materiałów przy ró nych typach odkształce , najcz ciej jednoosiowym rozci ganiu, ciskaniu i zginaniu, czasem dodatkowo dwuosiowym rozci ganiu i skr caniu. Ilo i rodzaj typów odkształce mo liwych do badania na danej maszynie zale y najcz ciej od dost pno ci i posiadania odpowiednich uzupełniaj cych elementów monta owych, takich jak uchwyty lub urz dzenia zmiany kierunku ruchu. Mo liwo ci bramowej maszyny wytrzymało ciowej charakteryzuj przede wszystkim trzy cechy: maksymalne dopuszczalne siły jakie mo e przenie brama i trawersa, maksymalna droga jak mo e przeby trawersa oraz maksymalna pr dko poruszania si trawersy. Cechy te decyduj o przydatno ci maszyny do konkretnych celów. Niemniej istotna jest kwestia mo liwo ci programowania i sterowania maszyn i urz dzeniami dodatkowymi oraz mo liwo ci zapisu mierzonych danych. Wi kszo maszyn uniwersalnych posiada rubowy nap d trawersy. Rozwi zanie to pozwala na precyzyjne sterowanie pr dko ci , niemniej jednak powa nie ogranicza maksymalne warto ci tej pr dko ci i szybko zmiany kierunku. Maszyny o nap dzie hydraulicznym tłokowym s pozbawione tej wady i nadaj si do prowadzenia bada dynamicznych. Cz sto niezmiernie przydatnym urz dzeniem dodatkowym w maszynach wytrzymało ciowych jest komora termiczna lub klimatyczna. Pomiar siły Najcz ciej obecnie spotykan metod pomiaru siły podczas badania na maszynie wytrzymało ciow jest pomiar za pomoc głowicy tensometrycznej. Budowy tego typu głowic s skomplikowane, a w ogólno ci pomiar siły polega na mierzeniu spr ystych odkształce wewn trznych elementów głowicy za pomoc odpowiednio umieszczonych i skompensowanych tensometrów elektrycznych. Ka d głowic charakteryzuj przede wszystkim dwa parametry: maksymalna warto mierzonej siły oraz dokładno pomiaru. Zazwyczaj zwi kszenie zakresu warto ci mierzonej siły poci ga za sob zmniejszenie dokładno ci pomiaru. Głowice s osobnym podzespołem, zazwyczaj zamocowanym w maszynie w sposób umo liwiaj cy ich szybk i łatw wymian . Szybka wymiana Oznaczanie cech wytrzymało ciowych tworzyw sztucznych przy statycznym rozci ganiu
D72
1
3
8
3 9 3
2¨8 9 3 2 ¨8 B
3
2
3
8
2
3
B
3
3
2
9
3 2 9
8
B
3
7 3
3
3
3
3
8
2 9
¨8 9
C39
3
8
3
9
3
8
9
8
8
3
B
3
A
2. Okre lenie podstawowych zagadnie
¨8 9
2 9
1 !0¢'(!%&%$" !¨¦¤¢ ) ¥ © # # ¥ © §¥£ ¡ 9 5 8 3 D72 4 3 9 2 3 D72 8 9 B 2 8 3 2 3 2 2 9 B 3 3 2 8 7 7 9 3 2 8 3 8 D72 2 2 B 2 2 3 8 2 2 3 9 3 3 39 D72
2 3 3 9 9 2¨8 B 3
2 2
3 2
8 3
2 9 3 2 8
3
7
2 ¨8
D72
2
2
@
3 9
2
2 8 D72 8
6
7
2 ¨8
3
8
8
9
Instytut In ynierii Materiał owej – Zakł Tworzyw Polimerowych ad gł owic umo liwia zatem szybk zmian zakresu i dokł adno ci pomiaru. W starszych typach maszyn powszechnym rozwi zaniem ukł adu pomiaru sił był wahadł y owy mechanizm grawitacyjny. W mechanizmie tym zmian zakresu pomiarowego dokonuje si poprzez wymian lub dodawanie obci ników. Pomiar odkształ cenia Pomiar odkształ cenia próbki w uniwersalnych maszynach wytrzymał ciowych jest trudny i o cz sto dokonywany jest w sposób obarczaj cy wynik badania du ym bł dem. Najbardziej podstawow i najta sz metod nie wymagaj c posiadania kosztownego wyposa enia dodatkowego jest pomiar drogi przebytej przez trawers maszyny podczas badania. Metoda ta pozwala jednak tylko na bardzo zgrubne okre lenie odkształ cenia próbki, gdy oprócz odkształ cenia samego wł ciwego odcinka a pomiarowego sumuje tak e odkształ cenia pozostał cz ci próbki – w tym przede wszystkim ych uchwytów dla próbek znormalizowanych – oraz zmiany poł enia zwi zane z wysuwaniem si próbki z o uchwytów maszyny zakł adaj c, e skł adowe te s pomijalnie mał Tym niemniej w wi kszo ci e. przypadków zał enie takie jest bł dne. W dokł o adnych pomiarach odkształ cenia absolutnie konieczne jest stosowanie dodatkowych urz dze – ekstensometrów. Istnieje wiele typów ekstensometrów ró ni cych si przeznaczeniem i zasad dział ania. W badaniach mechanicznych tworzyw sztucznych stosuje si w zale no ci od celu eksperymentu i rodzaju badanego materiał ekstensometry mał lub u ych du ych odkształ . Ekstensometry mechaniczne zawsze posiadaj dwie szcz ki, zapewniaj ce ce minimaln powierzchni styku z próbka i sł ce do uchwycenia ko ców odcinka pomiarowego próbki. u Od tej chwili rejestrowane s zmiany dł ci odcinka próbki pomi dzy szcz kami ekstensometru i na ugo tej podstawie obliczane s odkształ cenia. Niekiedy stosuje si kilka ekstensometrów równocze nie, przy czym ka de z urz dze mierzy zmiany dł ci w innej osi. Mo na w ten sposób wyznaczy na ugo u cania. przykł współ ad czynniki Poisson’a, czy zmian obj to ci materiał podczas odkształ Ekstensometry mał odkształ to z reguł profile na których ko cu sztywno zamocowane s ych ce y ywem zmiany geometrii ukł w czasie pomiaru pojawiaj si napr enia adu szcz ki, a w których pod wpł zginaj ce. Napr enia te mierzone s b d za pomoc piezoelementu b d tensometrycznie. Dokł adno tego typu urz dze jest z reguł bardzo du a. Ekstensometry te stosuje si przy badaniach y tworzyw o mał odkształ ym ceniu przy zerwaniu lub przy pomiarze w mał zakresie odkształ , np. w ym ce celu zmierzenia moduł tworzywa. Dla elastomerów i tworzyw o du ym wydł eniu do zerwania u u konieczne jest u ywanie ekstensometrów du ych odkształ . Szcz ki ekstensometrów du ych ce odkształ mog porusza si niezale nie od siebie i prowadzone s po sztywnym i umocowanym ce sztywno w maszynie torze – najcz ciej pr cie. Linkowy mechanizm przekazuje ruch do elektromechanicznego ukł pomiarowego. Dokł adu adno ekstensometru du ych odkształ , jest z ce reguł mał – 1% lub wi cej. y a Ponadto istniej optyczne, bezkontaktowe urz dzenia ekstensometryczne Z zastosowaniem ekstensometrów wi e si szereg zagadnie technicznych, jak po lizg szcz k po powierzchni próbki, obecno dodatkowych siłdział cych na próbk , bezwł aj adno cz ci mechanicznych, wielko pola styku z próbk i powi kszanie si pierwotnej powierzchni styku podczas odkształ cania. Z drugiej jednak strony dzi ki ekstensometrom eliminowane s o wiele bardziej znacz ce zjawiska deformacji i przemieszczania uchwytów próbek podczas badania. U ycie ekstensometrów pozwala uzyska dokł adniejszy zapis przebiegu zale no ci napr e od odkształ ni zapis uzyskany ce z trawersy maszyny, a w przypadku odkształ w osiach prostopadł do osi dział ce ych ania maszyny jest jedynym technicznym rodkiem uzyskania tego zapisu. Próbki do bada Próbki u ywane do bada wł ciwo ci mechanicznych materiał przy jednoosiowym a u rozci ganiu okre lone s normami dla wi kszo ci typów materiał ów. Dla tworzyw metalicznych stosowane s próbki o przekrojach okr gł i prostok tnym, z uchwytami lub bez. Dla tworzyw ym sztucznych stosowane s o przekroju prostok tnym o geometrii uchwytów i wymiarach zale nych od tworzywa, tzn. termoplastów i tworzyw sieciuj cych o wysokim module lub elastomerów i elastomerów
Oznaczanie cech wytrzymał ciowych tworzyw sztucznych przy statycznym rozci ganiu o
2
b
b
b ¨d Dga a a
a d
b
c
g
c ¨d
f
f
c
a
d
d b
c f
d
a
d
d
c
h b
c
b
d
a
c
d
d d b a d b ` U T Y H Q P W Q W !0¢X(!%&%$V U!Q¨¦¤¢E TH S R P IHG F b f d c f b b d c b c f d f ¨d c f b c d ¨d a a d b c d b Dga f a c d d b Dga d ecb c b b d b b b a d a a f d c a c h b b bCc a b ¨d a b f b c f d bb c b d g f b d a b c b b b Dga f b d f b d a c
f a c
c ¨d
c
a
b
b
c
g
a
d
b
c
f
Dga
d
b
c
b f b
ecb b d d
c b c
d
Instytut In ynierii Materiał owej – Zakł Tworzyw Polimerowych ad
termoplastycznych wykazuj cych elastyczno kauczukow . Nale y zapozna si z geometri przeznaczeniem poszczególnych typów próbek poprzez zapoznanie si z tre ci nast puj cych norm: PN-EN ISO 527-1 PN-EN ISO 527-2 PN-EN ISO 527-3 PN-ISO 37 Zastosowanie metody jednoosiowego rozci gania Ze wzgl du na prostot przeprowadzenia eksperymentu jednoosiowego rozci gania, oraz na rachunkow ł atwo obliczania z danych eksperymentalnych wielko ci fizycznych charakteryzuj cych materiał badanie to jest najszerzej stosowane dla okre lenia w pierwszym przybli eniu cech materiał i , u dostarczenia wielko ci charakterystycznych pozwalaj cych na dokonanie porówna z innymi materiał lub sklasyfikowanie. Nale y jednak zaznaczy . e pozorna ł ami atwo uzyskania tych wielko ci wi e si z przyj ciem szeregu uproszcze i zaakceptowaniem niedokł adno ci. Tym niemniej w praktyce in ynierskiej dla najbardziej ogólnego scharakteryzowania lub dla celów doboru materiał do u zastosowa w pierwszej kolejno ci rozwa a si najcz ciej wielko ci mo liwe do uzyskania w próbie rozci gania. Obszerne zasoby tych danych w literaturze zapewniaj pewien zbiór odniesienia niezb dny dla kwalifikowania przedmiotu bada lub doboru materiał dla zastosowa . W próbie statycznego u jednoosiowego rozci gania materiał polimerowego wyznaczy mo na nast puj ce wielko ci u oznaczone na krzywych rozci gania na rysunku 1:
B B y M
M
a
b
y B
c e d
M
B x
M
M
Rys. 1. Wielko ci wyznaczane podczas próby statycznego jednoosiowego rozci gania materiał ów polimerowych. (Za PN-EN ISO 527-1:1996). Schematyczne krzywe odpowiadaj odpowiednio materiał a) tworzywa kruche, b) i c) tworzywa wykazuj ce granica plastyczno ci, c) tworzywa nie om: wykazuj ce granicy plastyczno ci, d) elastomery.
Oznaczanie cech wytrzymał ciowych tworzyw sztucznych przy statycznym rozci ganiu o
¨
¨
i.
Granica plastyczno ci y (MPa) – pierwsze napr enie, przy którym wzrost wydł enia u nie powoduje przyrostu napr enia.
M M
M
1 2
B y
y
x%
B
B
2
1
B M
3
D y x r u t u !0¢(!%&%$ y!u¨¦¤¢i xr w v t srq p D D
e
ii. iii.
Napr enie przy zerwaniu
B
(MPa).
Napr enie rozci gaj ce przy x % odkształ cenia (MPa) – w przypadku sporz dzania wykresu zale no ci napr enie-odkształ cenie jest odczytywalne z tego wykresu dla dowolnej warto ci odkształ cenia.
iv. v. vi. vii.
Wydł enie wzgl dne przy granicy plastyczno ci y. u Wydł enie wzgl dne przy zerwaniu y. u
Modułspr ysto ci przy rozci ganiu obliczany jako stosunek ró nicy napr e 2 – 1 ce 2 – 1 o umownej warto ci 1=0,0005 oraz 2=0,0025. Moduł do ró nicy odkształ posiada wymiar megapaskala.
UWAGA: Wyznaczanie moduł wykonuje si wył cznie wtedy, gdy ma on sens fizyczny u dla danego materiał Materiał musi wykazywa zachowanie przynajmniej zgrubnie u. zgodne z prawem Hooke’a. Nie ma fizycznego sensu wyznacza moduł np. dla u elastomerów. Nie ma równie sensu wyznacza moduł je eli materiał wykazuje u, wahania lub inne nieprawidł owo ci przebiegu zale no ci - w podanym wy ej zakresie odkształ . W celu zrozumienia problemu prosz zapozna si z definicj moduł ce u wedł prawa Hooke’a. ug wielko ci wydł enia u
ε=
∆l l1 − l0 m − m = , =1 l0 l0 m
λ=
l1 m , =1 . l0 m
Obie wielko ci s zatem bezwymiarowe, a wi e je zale no :
ε = λ −1.
Odkształ cenie podawane jako jest w praktyce cz ciej stosowane w obliczeniach wł ciwo ci a mechanicznych tworzyw polimerowych. Ze wzgl du na to, e warto ci liczbowe tych wielko ci ró ni si dokł adnie o 1 (wzgl dnie 100%) nale y zwraca szczególn uwag która z nich jest stosowana. Mog si one okaza szczególnie myl ce przy badaniach wł ciwo ci elastomerów, gdzie odkształ a cenia wzgl dne osi gaj 600 – 700 %. Istotny wpł na mierzone warto ci zarówno charakterystycznych odkształ jak i napr e ma yw ce pr dko odkształ cania materiał Z zalecanymi pr dko ciami badania nale y zapozna si w wy ej u. ów cytowanych normach. S one ró ne dla ró nych typów materiał polimerowych. W ogólno ci przyj mo na, e dla wysokomoduł owych tworzyw sztucznych, których odkształ cenia przy zerwaniu s mał e, e. ych zalecane pr dko ci s równie mał Dla tworzyw o wzgl dnie mał warto ciach napr e i du ych odkształ ceniach zaleca si du e pr dko ci odkształ cania. Normy podaj zalecane warto ci pr dko ci w Oznaczanie cech wytrzymał ciowych tworzyw sztucznych przy statycznym rozci ganiu o
ewt
4
t
u t v s s s
v
s u s v z ¨u v t s u w
z ¨u v
v
s
Dla wyra enia wydł enia materiał cz sto zamiennie stosuje si u u cenia . Wielko ci te definiuje si jako: wzgl dnego i odkształ
x x z ¨u v
t
v
y
y
Wydł enie wzgl dne przy maksymalnym napr eniu rozci gaj cym u
M.
t
v
s
v
w
z
Dws v evt t s ~ u s } y u u v v u w u z |{ s v s v w v w t u y s y yz v v t s ¨u v t t ¨u v u v y u v y s u v s ¨u s v v t t v ¨u x v ¨u u wv v Dws v s s t v¨u r m l q f i h o i o !0¢p(!%&%$n m!i¨¦¤¢ lf k j h gfe d t s v t s s u t s v ¨u s u s u u w v s s u v u s } v t v v t t s u u t t w
Instytut In ynierii Materiał owej – Zakł Tworzyw Polimerowych ad UWAGA: Dla wielu materiał polimerowych zjawiska odkształ ów cania plastycznego i spr ystego zachodz równocze nie w niepomijalnej skali równie poni ej granicy plastyczno ci. Zatem granica ta ma charakter bardziej umowny ni jej odpowiednik dla materiał metalicznych. Jej warto mo e istotnie zale e od pr dko ci odkształ ów cania.
v v Dws u
u u
u
Instytut In ynierii Materiał owej – Zakł Tworzyw Polimerowych ad
mm/min dla znormalizowanych próbek o okre lonej dł ci odcinka pomiarowego. Przy stosowaniu ugo próbek nieznormalizowanych, lub porównywaniu wyników uzyskanych dla próbek o ró nych wymiarach, absolutnie niezb dne jest przeliczenie pr dko ci odkształ cania w mm/min na pr dko o wymiarze 1/min któr uzyskuje si jako warto / t lub / t. Mo na oczywi cie poda j tak e w %/min.
3. Metoda wykonania badania
3.1. Rejestracja przebiegu krzywej zale no ci napr enia od odkształ cenia dla wybranych tworzyw sztucznych z rejestracj sił z gł y owicy tensometrycznej. Obliczanie warto ci charakterystycznych wielko ci.
3.1.1. Zakres stosowania metody Metoda ta stosowana jest dla tworzyw sztucznych i tworzyw sztucznych wzmocnionych. Przydatna jest przede wszystkim dla mał zakresów odkształ i tworzyw o stosunkowo wysokim ych ce module. 3.1.2. Opis metody cenia w formie Badanie polega na rejestracji przebiegu zale no ci napr enia od odkształ kolumn danych uzyskanych bezpo rednio z maszyny i ukł pomiarowego, tj. czasu, s, oraz sił N. adu y, G sto rejestrowanych danych zale na jest od zadanej cz stotliwo ci próbkowania przez urz dzenie rejestruj ce. Zebrane dane pozwalaj na obliczenie wielko ci charakterystycznych dla materiał z u, dokł adno ci zale n od dokł adno ci poszczególnych podzespoł i urz dze maszyny, bł dów ów statystycznych i odst pstwa od zał onych uproszcze oraz od g sto ci danych. o Po umieszczeniu próbki w pneumatycznych uchwytach maszyny rozpocz ta zostaje rejestracja y owice tensometryczn (faktycznie jest to pomiar oporu elektrycznego warto ci sił mierzonej przez gł zapoznaj si z zasada dział ania ukł adów tensometrycznych), a natychmiast po tym uruchomiony zostaje ruch trawersy maszyny. Pr dko odkształ cania wybiera si poprzez dobór odpowiednich kół z batych w przekł maszyny. Znaj c pr dko trawersy maszyny w vmasz mm/min i dł adni ugo odcinka cania: pomiarowego l0 , mm, mo na obliczy pr dko odkształ mm ν masz min = 1 ν odkszt . = , (3.1) l0 mm min yn Znaj c pr dko trawersy maszyny w vmasz mm/min, czas t, s, jaki upł ł od chwili uruchomienia trawersy i dł ugo odcinka pomiarowego l0 , mm, mo na obliczy drog przebyt trawers maszyny s, mm, oraz wydł enie wzgl dne b d odkształ u cenie próbki: t mm s mm s = ν masz ⋅ , ⋅ = ⋅ min = mm , (3.2) 60 min 60 min zatem: mm ⋅s l1 l0 + s ν masz ⋅ t min = mm ⋅ min = 1 , λ= = = 1+ , (3.3) l0 l0 l0 ⋅ 60 mm ⋅ 60 min ⋅ mm oraz: mm ⋅s ν masz ⋅ t ν masz ⋅ t mm ⋅ min ε = λ −1 = 1 + −1 = , min = = 1. (3.4) l0 ⋅ 60 l0 ⋅ 60 mm ⋅ 60 min ⋅ mm ych ce ów Nale y zaznaczy , e dla mał odkształ i w szczególno ci próbek z materiał o wysokim module, zakł si , e odkształ ada ceniu ulega jedynie odcinek pomiarowy próbki, jako ze jego pole przekroju jest kilkakrotnie mniejsze, ni pole przekrojów cz ci uchwytowych. Tym niemniej dla Oznaczanie cech wytrzymał ciowych tworzyw sztucznych przy statycznym rozci ganiu o 5
¨
D
( D ¡ D !0¢(!%&%$ !¨¦¤¢ § « ¨ ¥¤ ¢ § ¨ £ ª © ¦ £ ¢ § D D D § D £
D
D
wi kszo ci tworzyw sztucznych zał enie takie jest bardzo odległ od rzeczywistych zjawisk, przez co o e odkształ cenia obliczone jak wy ej traktowa mo na jedynie jako przybli enie. W szczególnym przypadku tworzyw podlegaj cych du ym odkształ ceniom, zarówno nie uchwycone jak i uchwycone cz ci uchwytów próbek podlegaj znacznym odkształ ceniom we wszystkich kierunkach, w tym w osi rozci gania, przez co ich udziałw cał kowitej drodze trawersy jest du y. Matematyczne wyeliminowanie tego typu bł dów wymaga zał e upraszczaj cych opis zjawisk i jest specyficzne dla geometrii próbki o oraz jej uchwycenia w badaniu. Ze wzgl du na skomplikowanie problem jest tu pomini ty. Znaj c warto ci siłw odpowiednich punktach, F, N, wymiary poprzeczne próbki mo na obliczy pocz tkowe pole interesuj cego przekroju d0, mm2, a nast pnie warto ci napr e nominalnych nom, MPa, w poszczególnych punktach. Przykł adowo dla próbki o przekroju prostok tnym o wymiarach a, mm i b, mm: d 0 = a ⋅ b, mm ⋅ mm = mm 2 , (3.5) napr enie nominalne wynosi zatem: F N σ nom = , = MPa . (3.6) d 0 mm 2 W celu wyznaczenia napr e rzeczywistych niezb dna jest znajomo współ czynnika Poisson’a, , dla danego tworzywa. Jego warto dla tworzyw sztucznych waha si w szerokich granicach warto ci 0,3 do 0,5. Tym niemniej nawet jego znajomo dla specyficznego badanego materiał nie gwarantuje mo liwo ci dokł u adnego wyznaczenia napr enia w danym przekroju, gdy przew enie próbek jest w praktyce ró ne w ró nych przekrojach o tej samej wielko ci pocz tkowej, zale nie od poł enia przekroju na dł ci próbki. Dodatkowa trudno ci mo e by fakt, e o ugo współ czynniki Poisson’a dla materiał polimerowych s trudnodost pne w literaturze. W praktyce tylko ów u ycie odpowiedniego zestawu ekstensometrów pracuj cych w pł aszczy nie prostopadł do osi ej wydł enia pozwala okre li faktyczne zmiany danego przekroju i w zwi zku z tym wyst puj ce w nim u napr enia. Niemniej jednak nie ma gwarancji, e wł nie w mierzonym przekroju pojawi si najwy sze a napr enie (które jest z reguł interesuj ce dla badaj cego), a zatem i e pomiar pozwoli wyznaczy y faktyczne maksymalne wł ciwo ci materiał Istnieje uproszczona metoda okre lania napr e a u. rzeczywistych podczas jednoosiowego rozci gania tworzyw sztucznych. Opiera si ona na przyj ciu zał enia stał ci obj to ci tworzywa podczas odkształ o o cania. Zał enie to speł o nione jest z bardzo du dokł adno ci np. dla gumy, jednak jest mniej zgodne z do wiadczeniem dla tworzyw w których podczas odkształ cania mog nast powa zmiany strukturalne. Przykł adowo napr enia mechaniczne mog wywoł zmian ilo ci fazy krystalicznej, co niechybnie prowadzi do zmiany obj to ci tworzywa. a Równie materiał o wysokim współ y czynniku rozszerzalno ci cieplnej b d wykazywa zmiany obj to ci pod wpł ywem ciepł wydzielonego podczas rozci gania. Je li jednak postulat stał ci a o obj to ci mo e by przyj ty z mał bł dem, wówczas obj to fragmentu materiał o jednostkowych ym u wymiarach V, mm3, b dzie podczas rozci gania niezmiennie wynosi : λ1λ2 λ3 = V = 1 , mm ⋅ mm ⋅ mm = mm 3 (3.7) zakł adaj c, e materiałzachowuje si izotropowo podczas jednoosiowego rozci gania: λ 2 = λ3 (3.8) otrzymuje si z (3.7) i (3.8): 1 λ1 = 2 . (3.9)
λ2
Przy jednoosiowym rozci ganiu odkształ ceniu próbki fragment przekroju poprzecznego o jednostkowych wymiarach b dzie miałzatem w zgodzie z omawianym zał eniem jednakowe wymiar 2 o w kierunku ka dej osi w pł aszczy nie przekroju. Jego pole powierzchni wyniesie zatem: 2 d1 = λ2 , mm ⋅ mm = mm 2 . (3.10) Napr enie rzeczywiste w próbce rzecz, MPa, uzyskamy zatem zamieniaj c d0 we wzorze (3.6) na d1: Oznaczanie cech wytrzymał ciowych tworzyw sztucznych przy statycznym rozci ganiu o
6
À
¼ ¼ À ½ ¾ ¼ ¾ ½ ¨¾ ¿ Ž¿ ¾ ¾ Á ¨¾ ¿ ¼ À ¿ ¿ ¾ ½ ¾ ½
¿
Æ
¿
Â
½
À
½ Á ¨¾ ¼ ¿ ¾ ½ ½ ¿ ¼ ½ ¾ ¾ ½ Á ¿ ¾ ¿ ½ ½ ¼ ¨¾ ¿ ½ ¿ ¿ À ¿ ¿ ¼ ¾ » ¶ µ º ¯ ² ± ¸ ² ¸ !0¢¹(!%&%$· ¶!²¨¦¤¢¬ µ¯ ´ ³ ± °¯®
Instytut In ynierii Materiał owej – Zakł Tworzyw Polimerowych ad
¾
¼
¿ ½ ¼
DÀ¼
½
C½¿ ½
Ä
¿
½
DÀ¼
¨¾ ¿ À
¾
¿
¾
DÀ¼ ¾ ½ ¼
½
¼
½
½
¼
DÀ¼
¿
¿
¼
½
½
Á ¨¾ ¿ ½ ¾ ¿
¾
¼ ¼
Â
¼ ¿ Ä À ¼
½
¾
À¼
¾
¾
¼ ¾
¾
¼ ¾ ½
À ¿
¿
¼
¼
¿
¾
½ ¼
¿ ½
Ã
¿
À
¿ ¨¾
¼ ¾
¼ ¾
¿ ¨¾
¿ ¨¾ ¿¨¾ ¿¨¾ ¿
¿ ¿
¿
Instytut In ynierii Materiał owej – Zakł Tworzyw Polimerowych ad
F N , = MPa (3.11) d1 mm 2 korzystaj c z zale no ci (3.8) do (3.10): F F N σ rzecz = = 2 = F ⋅ λ1 , ⋅1 = MPa (3.12) d1 λ2 mm 2 Nale y zaznaczy , e warto ci ró nych napr e podawane w literaturze dla tworzyw sztucznych (jak np. wytrzymał na zerwanie) to w przewa aj cej cz ci napr enia nominalne, a nie rzeczywiste. o Moduł tam gdzie ma to sens fizyczny, wyznacza si zgodnie z zaleceniem wg norm, y, cytowanym we wst pie teoretycznym niniejszej instrukcji.
σ rzecz =
3.1.3. Przyrz d pomiarowy Maszyny wytrzymał ciowe dost pne w Zakł o adzie Tworzyw Polimerowych Instytutu In ynierii Materiał owej PS nale do grupy maszyn uniwersalnych. S to urz dzenia o konstrukcji bramowej. Pomiar sił dokonywany jest za pomoc gł y owicy tensometrycznej w urz dzeniu nowszego typu i na zasadzie grawitacyjnej w urz dzeniu starszym. Urz dzenie Instron 1112 jest wyposa one w pneumatycznie zamykane uchwyty próbek, co jest szczególnie przydatne dla tworzyw polimerowych ulegaj cych du ym odkształ ceniom w czasie badania. Szcz ki pneumatyczne zapewniaj stał sił zacisku w trakcie wykonywania pomiaru gdy mog skutecznie kompensowa zmniejszenie wymiaru poprzecznego uchwytów próbki. Odczyt pomiaru z gł owicy tensometrycznej dokonywany jest za pomoc urz dzenia elektronicznego, a zapis dokonywany jest w komputerze. Komputer wykre la w czasie rzeczywistym dan zale no na podstawie zadanych parametrów. Sterowanie maszyn wytrzymał ciow odbywa si r cznie przy u yciu panelu o sterowania. Wydł enie próbki obliczane jest przez komputer z podstawy czasu pomiaru przy znanej u nastawionej pr dko ci ruchy trawersy. W urz dzeniu wahadł owym WPM ZDM 2,5/91 pomiar sił dokonywany jest poprzez pomiar y wychylenia wahadł poł czonego z próbk poprzez uchwyt i szereg dzwigni, a rejestracja sił odbywa a y si w d wigniowym urz dzeniu samopisz cym na papierze. Pomiar odkształ cenia realizowany jest poprzez pomiar drogi przebytej przez trawers i rejestrowany jest przez urz dzenie samopisz ce poł czone z trawers systemem linek i d wigni. Oba opisywane urz dzenia nap dzane s silnikami elektrycznymi, trawersa wprawiana jest w nich w ruch mechanizmem rubowym. O ile w urz dzeniu WPM ZDM 2,5/91 mo liwa jest pł ynna regulacja pr dko ci w zakresie 1 do 25 mm/min, to urz dzenie Instron 1112 posiada jedynie mo liwo poruszania si tylko z okre lonymi pr dko ciami. Pozwala ona zatem na zastosowanie pr dko ci znormalizowanych w mm/min, jedynie dla znormalizowanych dł ci odcinków pomiarowych. Zalet ugo tej maszyny jest jednak mo liwo osi gania du ych pr dko ci trawersy do 1000 mm/min, dzi ki czemu mo e by ono stosowane do bada materiał elastomerowych. ów 3.1.4. Wykonanie pomiaru na Instron 1112 1. Wybra najmniej 3 próbki do bada danego materiał u. 2. Wzrokowo sprawdzi brak wyst powania wad kształ i materiał w wybranych próbkach, w tym w tu u szczególno ci: a. du e wady kształ typu zgi cie lub skr cenie cał próbki, tu, ej b. mniejsze lub usuwalne wady kształ jak niedolewy, grat, karby tu, c. wady przetwórcze, jak zapadni cia, p cherze gazowe, wtr cenia, rozwarstwienia, widoczne linie zimnych zgrzewów, u kniecie, nierównomierno barwy, d. wygl d materiał tj. przebarwienia, przypalenia, z ół e. obecno usuwalnych zabrudze i liskich nalotów na powierzchni próbki. Oznaczanie cech wytrzymał ciowych tworzyw sztucznych przy statycznym rozci ganiu o
Û Ø × Û DÚ× Ù
7
Ø
Ø
Ù
Ù
Ù
DÚ×
DÚ× Ù
Ù
Ø
Ø
Û Û Ø CØÙ
Ö Ñ Ð Õ Ê Í Ì Ó Í Ó !0¢Ô(!%&%$Ò Ñ!ͨ¦¤¢Ç ÐÊ Ï Î Ì ËÊÉ È Ø Ø Ø × Û Ù × Û ¨Û Ù Ø × Ø Ø Ø Ù Ø Ø Û × Ø Ù Ø Û Ø Ù Ü ¨Û Ù Û Û Ù Ø Û Ø Ø Ü Ø DÚ× Ù × Û × × Ü Ø Ø Û Û Ø Þ Û × Ü Û Û Ù × × × Ø × Ø Ú Ú Ø Ø CØÙ Ø Û
× Ù
Ù Ú DÚ×
× Û Ù
Û × Û
×
DÚ×
Ú Ù
Ø
Ø
Ý
Ù
Ø
Ú
Ø
Þ
Û
Ù
Ø
Û
Instytut In ynierii Materiał owej – Zakł Tworzyw Polimerowych ad
4. Opracowanie wyników
Wyniki badania opracowa nale y z godnie z normami cytowanymi w cz ci teoretycznej niniejszej instrukcji odpowiednio do badanego materiał u. 1. Potraktowa obowi zuj ce normy jako nadrz dne zalecenie, tym niemniej tam, gdzie jest to nia asne metody opisu zjawisk, je li wydaj si one niezb dne uzupeł opracowanie wyników o wł bardziej adekwatne dla danego materiał u. 2. Sporz dzi wykresy zale no ci napr enia od odkształ cenia ( lub ) i napr enia od czasu. 3. Obliczy wszystkie odpowiednie dla materiał wielko ci charakterystyczne i tylko tam gdzie ma to u sens fizyczny, tj.: a. wytrzymał na zerwanie, o b. wydł enie do zerwania, u c. granic plastyczno ci, Oznaczanie cech wytrzymał ciowych tworzyw sztucznych przy statycznym rozci ganiu o
ó ð
¨ó ï
ï
¨ó ò
ð
ø ÷
ï
ó
¨ó ò
ò
ñ
ï ò
ï
ñ ð ð
ñ
ï
Dñï
ñ
ñ ñ ð
ó
ò
ñ
14.
ï
ó
ó ð ñ ð
13.
ï ó
ö
ð
ð
11. 12.
ó
ñ ñ Dñï Dñï ó
ñ
10.
ï ó
Cðò
ó
ï ó ñ
9.
ð
ó
ï
ñ
8.
ó
ð
ó
ñ
7.
ð
ó ï ó ð
ð
ï ¨ó
ñ
6.
ó
ò
õ ð
ö ¨ó ò
ò
ó
ï ò
ð
ñ
ñ ï
ò
ò
ó
ò
ó
ò
ó
ð
ò
ó
ñ
ó
ñ
ñ ï
5.
8
ñ ñ
ó
ò
ò
ô
ï
ð
ñ
ñ
ñ
ó
ñ
ò
ó
ñ
ï
ñ
ï
ð
ð
ó
ó
ñ
ñ
4.
ð
ò
3.
W razie potrzeby wymieni próbki na inny egzemplarz. Ostro nie usun usuwalne wady – oczy ci próbki, usun nadmierne graty nie powoduj c powstania karbów. Dokona pomiaru wymiarów poprzecznych odcinka pomiarowego za pomoc suwmiarki, zapisa wymiary i obliczy pole przekroju ( rednie). Pomiary wykona co najmniej trzykrotnie na ka dym z wymiarów poprzecznych pojedynczej próbki i u redni lub zdecydowa o warto ci najbli szej rzeczywistej zgodnie z rozs dkiem. Przy materiał mi kkich zwróci SZCZEGÓLN uwag na ach delikatne posł ugiwanie si przyrz dem pomiarowym tak, by nie powodowa zgniatania materiał u podczas pomiaru (fał szowanie wyniku). Zwróci równie uwag na obecne graty i NIE mierzy próbki w miejscu wyst powania gratu. Umie ci próbk w jednej z pneumatycznych uchwytów mocuj cych i za pomoc d wigienki uruchomi zamykanie szcz k. UWAGA: wł enie, równie przypadkowe, palca pomi dzy szcz ki o mo e skutkowa powa nym urazem! Próbk nale y umie ci tak, by jej wzdł na o jak najlepiej u pokrywał si z kierunkiem przesuwu trawersy. Próbka musi by uchwycona na mo liwie du ej a powierzchni, jednak w taki sposób, eby nie dotykał odcinka pomiarowego, i był oddalona od a a niego o dystans pozwalaj cy na minimalizacj efektów brzegowych rozkł napr e podczas adu badania. Ustawi zderzaki zabezpieczaj ce maszyny tak, by nie przeszkadzał w wykonaniu badania i y chronił cz ci maszyny znajduj ce si w wietle bramy przed zderzeniem z trawers . y Ustawi pozycj drugiej ze szcz k w taki sposób, by po zamkni ciu uchwycił drugi, swobodny a uchwyt próbki, przestrzegaj c zasad z punktu 5. Dobra gł owic pomiarow odpowiednio do spodziewanego zakresu mierzonych siłi wymaganej dokł adno ci. Dobra koł z bate przekł a adni maszyny odpowiednio do danej pr dko ci ruchu trawersy lub cania. pr dko ci odkształ Wprowadzi niezb dne parametry w oprogramowaniu ukł rejestracji sił i podstawy czasu, tj.: adu y a. parametry gł owicy pomiarowej, b. pr dko przesuwu trawersy, c. dł ugo odcinka pomiarowego próbki, d. pole przekroju poprzecznego próbki. Uruchomi ukł rejestruj cy w komputerze. ad Uruchomi ruch trawersy na panelu sterowania maszyny. Od tej chwili rozpoczyna si wł ciwy a pomiar, a rejestrowane dane zostan wykorzystane do oblicze . Po zerwaniu próbki wył czy ruch trawersy oraz rejestracj pomiar. W przypadku, gdy próbka nie zostanie zerwana ale osi gni ty zostanie skraj zakresu ruchu trawersy maszyna wytrzymał ciowa o zastopowana zostanie przez ukł zabezpieczenia (zderzaki). ad Zapisa dane i wykona obliczenia.
eñð ñ ï ñeð ñ î é è í â å ä ë å ë !0¢ì(!%&%$ê é!娦¤¢ß èâ ç æ ä ãâá à
ó
ò
5. Literatura
1. 2. 3. 4. 5. 6. PN-EN ISO 527-1 PN-EN ISO 527-2 PN-EN ISO 527-3 PN-ISO 37 Z.Dyl g, A.Jakubowicz, Z.Orł , Wytrzymał materiał tom I, WNT 1996 o o ów a D.Jaroszy ska, R. Gaczy ski, B. Felczak, Metody bada wł ciwo ci fizycznych gumy, WNT 1978
Oznaczanie cech wytrzymał ciowych tworzyw sztucznych przy statycznym rozci ganiu o
'$
%
$
'$
%
%
$
6.
&
$
5.
! %
%
!
$
4.
d. napr enie przy danym odkształ ceniu, e. odkształ cenie trwał e, f. moduł , g. zakres plateau elastyczno ci h. itp. Wykona statystyczn ocen wyników bada , u ywaj c odpowiednich dla ilo ci przypadków estymatorów. Skomentowa sposób przeprowadzenia badania zwracaj c szczególn uwag na ródł bł dów i a rozrzutów wyników. Krótko skomentowa wynik badania w odniesieniu do wyników uzyskanych dla innych tworzyw, znanych z do wiadcze wł asnych lub literatury. Oceni przydatno badanego tworzywa w praktyce in ynierskiej.
#! ! " ¦ ¤ ü ÿ þ © ÿ © §!%%¨ ¦§¥£¡ÿ¨¦¤¢ù ¤ü ¢ þ ýüû ú
Instytut In ynierii Materiał owej – Zakł Tworzyw Polimerowych ad
9
