pobieranie: Tarcie i zużycie tworzyw sztucznych
Pobierz dokument docPrzeglądaj wersję html pliku:
LABORATORIUM Z PRZETWÓRSTWA TWORZYW SZTUCZNYCH
TEMAT:Tarcie i zużycie tworzyw sztucznych.
Część teoretyczna .
Przez tarcie rozumiemy opór przeciwstawiający się ruchowi dwóch
ciał, gdy jedno z tych ciał się porusza (tarcie kinetyczne) lub
usiłuje się poruszyć względem drugiego (tarcie statyczne). Tarcie
charakteryzuje współczynnik tarcia ( wyrażanym stosunkiem tarcia Ttar
do obciążenia P, czyli:
[1]
W zależności od kształtu poruszających się względem siebie
powierzchni i rodzaju ich ruchu względnego rozróżniamy tarcie
posuwiste i toczne.
Tarcie posuwiste, powstające przy wzajemnym przesuwaniu się dwóch
ciał bezpośrednio po sobie (tarcie suche), według Amonstona jest
wynikiem podnoszenia się i opadania tych ciał na pochyłościach
nierówności powierzchniowych. Przyjmując średnią wartość połowy
kąta wierzchołkowego nierówność powierzchniową równą (,
zależność między siłą tarcia Ttar a obciążeniem P, jak wynika z
zależności geometrycznych, daje się określić jako Ttar = Ptg(. A
zatem według tej teorii współczynnik tarcia wyraża się jako:
[2]
Według Bowdena i Tabora na powierzchniach występów nierówności
przesuwających się względem siebie dwóch ciał powstają nieustannie
złącza podlegające ciągłemu ścinaniu. Tak więc tarcie posuwiste
przedstawia opór na ścinanie złącz i może być przedstawione
wzorem:
, [3]
gdzie F oznacza rzeczywistą powierzchnię zetknięcia się dwu
ślizgających się ciał, Rut - doraźną wytrzymałość na ścięcie.
Pod obciążeniem P następuje odkształcenie się (spłaszczanie)
występów nierówności. Zakładając, że spłaszczenie występów
związane jest z ich odkształceniem elastycznym, czyli występowaniem w
występach naprężeń przekraczających granicę plastyczności Ret
rzeczywistą powierzchnię styku F można określić jako:
[4]
i wtedy tarcie występujące przy ślizganiu się dwu ciał po sobie
możemy opisać jako:
. [5]
Przy tym założeniu współczynnik tarcia wynosi:
. [6]
Zakładając, że spłaszczenie się występów jest uzależnione od
twardości HK, powierzchnię styku F możemy określić jako:
[7]
i wtedy tarcie możemy opisać jako:
[8]
Przy tym założeniu współczynnik tarcia wynosi:
[9]
= 1.5 ). takie tworzywa jak FF i PA, wykazujące tarcie mniejsze od
metali (( stal po stali = 0.15 ), są przydatne na elementy ślizgowe.
Liniowa zależność siły tarcia od obciążenia jest słuszna tylko
przy dużej prędkości przesuwania się tworzywa po tworzywie; przy
małej prędkości poślizgu (poniżej 10-4 m/s ), zależność ta nie
jest liniowa i współczynnik tarcia posuwistego rośnie wraz z
obciążeniem. Na siłę tarcia wpływa także prędkość poślizgu. W
miarę wzrostu prędkości poślizgu współczynnik tarcia początkowo
rośnie, następnie maleje. Tłumaczymy to wzrostem właściwości
sprężystych trących się tworzyw wraz ze wzrostem prędkości
ślizgania (odkształcenia występów nierówności powierzchniowych).
Wskutek tego do pewnej granicznej prędkości ślizgania wytrzymałość
Rut wzrasta, po czym zachowuje stałą wartość, a powierzchnia F
najpierw zachowuje stałą wartość, po czym maleje. Tarcie posuwiste
statyczne zależy od czasu przebywania w spoczynku ślizgających się
tworzyw. Związane to jest ze wzrostem odkształceń, czyli powierzchni
rzeczywistego styku w czasie. Tarcie toczne, powstające przy toczeniu
się ciała w postaci kuli lub walca o średnicy D na podłożu, wynika
z odkształcenia się ciała i podłoża, zachodzącego pod wpływem
obciążenia. W celu wytoczenia ciała z powstałego zagłębienia
konieczne jest przyłożenie do niego pewnej siły, którą nazywamy
siłą tarcia Ttar.
Ścieralność :
Ścieralnością nazywamy zjawisko polegające na tworzeniu się rys na
powierzchni materiału podczas ślizgania, toczenia po niej lub
uderzania o nią ciała lub cieczy. Pod wpływem rylca diamentowego na
powierzchni próbki z tworzywa w stanie kruchym tworzy się trwała
rysa, związana z wyrywaniem cząstek materiału, a z tworzywa w stanie
wymuszonej elastyczności lub wysokoelastycznym - rysa zanikająca w
czasie, związana z odkształceniem elastycznym ( przesuwanie materiału
na boki ).
Największą ścieralność poślizgową w temperaturze otoczenia
wykazują tworzywa bezpostaciowe o wysokiej temperaturze kruchości (np.
PS, ABS, PMM itp.) i tworzywa znacznie usieciowane (FF, MF, E itp.).
Ścieralność zaś tworzyw krystalicznych i tworzyw znacznie
usieciowanych jest mała. Dlatego na łożyska polecany jest PA , PF i
dobrze spieczony PFE, na wyroby trące się o ziarniste podłoże - PEmg
i kauczuk poliuretanowy, na opony - przede wszystkim kauczuk styrenowy.
Ścieralność poślizgową wyrażamy zwykle stosunkiem ubytku masy
(ciężaru) ścieranej próbki do czasu (drobi lub pracy) ścierania.
Ścieranie toczne lub uderzeniowe jest tym mniejsze, im mniejsza jest
twardość wycieranej powierzchni. tak na przykład, gumowe opony
zużywają się znacznie wolniej niż koła metalowe, gdyby pracowały w
tych samych warunkach, a przewody gumowe do pneumatycznego transportu
piasku ulegają znacznie wolniejszemu zużyciu od stalowych. Tłumaczymy
to tym, że elastyczna powierzchnia miękkich materiałów odbiera
energię uderzenia cząsteczek i zwraca ją im, nie ulegając
zniszczeniu.
Zużycie :
Procesowi tarcia towarzyszy zużycie. Wyróżnia się kilka postaci tego
zjawiska:
zużycie cierne - występuje ono przy odpowiedniej chropowatości
powierzchni metalowej i jest bardziej intensywne dla tworzyw mało
sprężystych takich jak duroplasty.
zużycie adhezyjne - jeżeli metal jest dostatecznie gładki to
występuje ta postać zużycia spowodowana tworzeniem chwilowych
połączeń adhezyjnych.
zużycie cieplne - ma ono charakter awaryjny, prowadzi do
nieodwracalnych zmian destrukcyjnych powierzchni trących. dzieje się
tak dlatego, iż tworzywo przy podwyższonej ponad stan, temperaturze
przechodzi w stan gumowaty a następnie w stan płynny. Ostatecznie
efekt zużycia objawia się w postaci płynięcia lub miejscowego
zwęglenia.
Badanie własności ciernych :
Badanie własności ciernych przeprowadziliśmy dla tworzywa sztucznego
o nazwie poliamid 66.). Wyniki tej próby, jak również przebieg
mogliśmy obserwować dzięki komputerowi, który był sprzężony z
układem badawczym.
Przed przystąpieniem do wykonania próby badane próbki należy
dokładnie oczyścić. Proces ten przeprowadza się w myjce
ultradźwiękowej. Rozpuszczalnikiem dla poliamidu jest czterochlorek
węgla.
Próbę badania poliamidu wykonaliśmy dla następujących danych :
- prędkość V= 0.5 m/s,
- siła normalna Fn= 30 N,
- temperatura odniesienia T = 20 oC regulowana przy pomocy termostatu,
- chropowatość tarczy Ra =0,05 [(m.],
- materiał: trzpień - poliamid 66
- tarcza chromowa,
- próba przeprowadzona dla 1000 m,
-.promień osadzenia próbki na tarczy 0,0605 [m.],
-wilgotność powietrza 60%
Nacisk powierzchniowy przedstawia się wzorem:
, gdzie: S=(d2
Wyniki obliczeń oraz zachowanie się poliamidu podczas tarcia obrazuje:
- tabela pomiarowa.
- wykresy na podstawie pomiarów.
Tabela pomiarowa
Grupa laboratoryjna Parametry
W stanie quasi ustalonym pliki
Temp (C Siła (N) Nacisk w MPa Prędkość [m/s] ( k
pa6.dat
Wnioski :
W wyniku przeprowadzenia ćwiczenia uzyskaliśmy wykresy na podstawie
których można scharakteryzować badany materiał. Na podstawie wykresu
szybkości zużycia w funkcji drogi wynika, że stopień zużycie
badanego materiału ulegał znacznym wahaniom, otrzymane wartości
ujemne można interpretować jako wachania wynikające z przyklejania
się (rozsmarowywania) poliamidu na tarczy a także wydłużenie próbki
wynikające z rozszerzenia cieplnego materiału. Z kolei na wykresie
zależności współczynnika tarcia od drogi tarcia występuje wyraźny
wzrost tego współczynnika ze wzrostem temperatury. W czasie próby
uzyskaliśmy 392 zestawy danych, co pozwoliło nam w miarę dokładnie
wykonać wykres.(
Tarcie i zużycie tworzyw sztucznych
LABORATORIUM Z PRZETWÓRSTWA TWORZYW SZTUCZNYCH
TEMAT:Tarcie i zużycie tworzyw sztucznych.
Część teoretyczna .
Przez tarcie rozumiemy opór przeciwstawiający się ruchowi dwóch
ciał, gdy jedno z tych ciał się porusza (tarcie kinetyczne) lub
usiłuje się poruszyć względem drugiego (tarcie statyczne). Tarcie
charakteryzuje współczynnik tarcia ( wyrażanym stosunkiem tarcia Ttar
do obciążenia P, czyli:
[1]
W zależności od kształtu poruszających się względem siebie
powierzchni i rodzaju ich ruchu względnego rozróżniamy tarcie
posuwiste i toczne.
Tarcie posuwiste, powstające przy wzajemnym przesuwaniu się dwóch
ciał bezpośrednio po sobie (tarcie suche), według Amonstona jest
wynikiem podnoszenia się i opadania tych ciał na pochyłościach
nierówności powierzchniowych. Przyjmując średnią wartość połowy
kąta wierzchołkowego nierówność powierzchniową równą (,
zależność między siłą tarcia Ttar a obciążeniem P, jak wynika z
zależności geometrycznych, daje się określić jako Ttar = Ptg(. A
zatem według tej teorii współczynnik tarcia wyraża się jako:
[2]
Według Bowdena i Tabora na powierzchniach występów nierówności
przesuwających się względem siebie dwóch ciał powstają nieustannie
złącza podlegające ciągłemu ścinaniu. Tak więc tarcie posuwiste
przedstawia opór na ścinanie złącz i może być przedstawione
wzorem:
, [3]
gdzie F oznacza rzeczywistą powierzchnię zetknięcia się dwu
ślizgających się ciał, Rut - doraźną wytrzymałość na ścięcie.
Pod obciążeniem P następuje odkształcenie się (spłaszczanie)
występów nierówności. Zakładając, że spłaszczenie występów
związane jest z ich odkształceniem elastycznym, czyli występowaniem w
występach naprężeń przekraczających granicę plastyczności Ret
rzeczywistą powierzchnię styku F można określić jako:
[4]
i wtedy tarcie występujące przy ślizganiu się dwu ciał po sobie
możemy opisać jako:
. [5]
Przy tym założeniu współczynnik tarcia wynosi:
. [6]
Zakładając, że spłaszczenie się występów jest uzależnione od
twardości HK, powierzchnię styku F możemy określić jako:
[7]
i wtedy tarcie możemy opisać jako:
[8]
Przy tym założeniu współczynnik tarcia wynosi:
[9]
= 1.5 ). takie tworzywa jak FF i PA, wykazujące tarcie mniejsze od
metali (( stal po stali = 0.15 ), są przydatne na elementy ślizgowe.
Liniowa zależność siły tarcia od obciążenia jest słuszna tylko
przy dużej prędkości przesuwania się tworzywa po tworzywie; przy
małej prędkości poślizgu (poniżej 10-4 m/s ), zależność ta nie
jest liniowa i współczynnik tarcia posuwistego rośnie wraz z
obciążeniem. Na siłę tarcia wpływa także prędkość poślizgu. W
miarę wzrostu prędkości poślizgu współczynnik tarcia początkowo
rośnie, następnie maleje. Tłumaczymy to wzrostem właściwości
sprężystych trących się tworzyw wraz ze wzrostem prędkości
ślizgania (odkształcenia występów nierówności powierzchniowych).
Wskutek tego do pewnej granicznej prędkości ślizgania wytrzymałość
Rut wzrasta, po czym zachowuje stałą wartość, a powierzchnia F
najpierw zachowuje stałą wartość, po czym maleje. Tarcie posuwiste
statyczne zależy od czasu przebywania w spoczynku ślizgających się
tworzyw. Związane to jest ze wzrostem odkształceń, czyli powierzchni
rzeczywistego styku w czasie. Tarcie toczne, powstające przy toczeniu
się ciała w postaci kuli lub walca o średnicy D na podłożu, wynika
z odkształcenia się ciała i podłoża, zachodzącego pod wpływem
obciążenia. W celu wytoczenia ciała z powstałego zagłębienia
konieczne jest przyłożenie do niego pewnej siły, którą nazywamy
siłą tarcia Ttar.
Ścieralność :
Ścieralnością nazywamy zjawisko polegające na tworzeniu się rys na
powierzchni materiału podczas ślizgania, toczenia po niej lub
uderzania o nią ciała lub cieczy. Pod wpływem rylca diamentowego na
powierzchni próbki z tworzywa w stanie kruchym tworzy się trwała
rysa, związana z wyrywaniem cząstek materiału, a z tworzywa w stanie
wymuszonej elastyczności lub wysokoelastycznym - rysa zanikająca w
czasie, związana z odkształceniem elastycznym ( przesuwanie materiału
na boki ).
Największą ścieralność poślizgową w temperaturze otoczenia
wykazują tworzywa bezpostaciowe o wysokiej temperaturze kruchości (np.
PS, ABS, PMM itp.) i tworzywa znacznie usieciowane (FF, MF, E itp.).
Ścieralność zaś tworzyw krystalicznych i tworzyw znacznie
usieciowanych jest mała. Dlatego na łożyska polecany jest PA , PF i
dobrze spieczony PFE, na wyroby trące się o ziarniste podłoże - PEmg
i kauczuk poliuretanowy, na opony - przede wszystkim kauczuk styrenowy.
Ścieralność poślizgową wyrażamy zwykle stosunkiem ubytku masy
(ciężaru) ścieranej próbki do czasu (drobi lub pracy) ścierania.
Ścieranie toczne lub uderzeniowe jest tym mniejsze, im mniejsza jest
twardość wycieranej powierzchni. tak na przykład, gumowe opony
zużywają się znacznie wolniej niż koła metalowe, gdyby pracowały w
tych samych warunkach, a przewody gumowe do pneumatycznego transportu
piasku ulegają znacznie wolniejszemu zużyciu od stalowych. Tłumaczymy
to tym, że elastyczna powierzchnia miękkich materiałów odbiera
energię uderzenia cząsteczek i zwraca ją im, nie ulegając
zniszczeniu.
Zużycie :
Procesowi tarcia towarzyszy zużycie. Wyróżnia się kilka postaci tego
zjawiska:
zużycie cierne - występuje ono przy odpowiedniej chropowatości
powierzchni metalowej i jest bardziej intensywne dla tworzyw mało
sprężystych takich jak duroplasty.
zużycie adhezyjne - jeżeli metal jest dostatecznie gładki to
występuje ta postać zużycia spowodowana tworzeniem chwilowych
połączeń adhezyjnych.
zużycie cieplne - ma ono charakter awaryjny, prowadzi do
nieodwracalnych zmian destrukcyjnych powierzchni trących. dzieje się
tak dlatego, iż tworzywo przy podwyższonej ponad stan, temperaturze
przechodzi w stan gumowaty a następnie w stan płynny. Ostatecznie
efekt zużycia objawia się w postaci płynięcia lub miejscowego
zwęglenia.
Badanie własności ciernych :
Badanie własności ciernych przeprowadziliśmy dla tworzywa sztucznego
o nazwie poliamid 66.). Wyniki tej próby, jak również przebieg
mogliśmy obserwować dzięki komputerowi, który był sprzężony z
układem badawczym.
Przed przystąpieniem do wykonania próby badane próbki należy
dokładnie oczyścić. Proces ten przeprowadza się w myjce
ultradźwiękowej. Rozpuszczalnikiem dla poliamidu jest czterochlorek
węgla.
Próbę badania poliamidu wykonaliśmy dla następujących danych :
- prędkość V= 0.5 m/s,
- siła normalna Fn= 30 N,
- temperatura odniesienia T = 20 oC regulowana przy pomocy termostatu,
- chropowatość tarczy Ra =0,05 [(m.],
- materiał: trzpień - poliamid 66
- tarcza chromowa,
- próba przeprowadzona dla 1000 m,
-.promień osadzenia próbki na tarczy 0,0605 [m.],
-wilgotność powietrza 60%
Nacisk powierzchniowy przedstawia się wzorem:
, gdzie: S=(d2
Wyniki obliczeń oraz zachowanie się poliamidu podczas tarcia obrazuje:
- tabela pomiarowa.
- wykresy na podstawie pomiarów.
Tabela pomiarowa
Grupa laboratoryjna Parametry
W stanie quasi ustalonym pliki
Temp (C Siła (N) Nacisk w MPa Prędkość [m/s] ( k
pa6.dat
Wnioski :
W wyniku przeprowadzenia ćwiczenia uzyskaliśmy wykresy na podstawie
których można scharakteryzować badany materiał. Na podstawie wykresu
szybkości zużycia w funkcji drogi wynika, że stopień zużycie
badanego materiału ulegał znacznym wahaniom, otrzymane wartości
ujemne można interpretować jako wachania wynikające z przyklejania
się (rozsmarowywania) poliamidu na tarczy a także wydłużenie próbki
wynikające z rozszerzenia cieplnego materiału. Z kolei na wykresie
zależności współczynnika tarcia od drogi tarcia występuje wyraźny
wzrost tego współczynnika ze wzrostem temperatury. W czasie próby
uzyskaliśmy 392 zestawy danych, co pozwoliło nam w miarę dokładnie
wykonać wykres.(
