Uzytkowe nr 2

Imię i nazwisko ……………………………………
Grupa ……….
Data ………….
Ćwiczenie nr 2
Własności uŜytkowe: Próba zginania, udarność, odporność materiałów niemetalowych na zuŜycie
Oznaczanie cech wytrzymałościowych przy statycznym zginaniu wg PN-EN ISO 178
Tworzywa sztuczne. Oznaczanie właściwości podczas zginania
Celem ćwiczenia jest oznaczenie przy zginaniu statycznym sztywnych tworzyw sztucznych następujących
cech wytrzymałościowych:
• naprężenia zginającego i strzałki ugięcia przy złamaniu dla materiałów, które ulegają złamaniu przed osiągnięciem
lub w chwili osiągnięcia umownej strzałki ugięcia,
• naprężenia zginającego przy umownej strzałce ugięcia dla materiałów, które nie ulegają złamaniu przed
osiągnięciem lub w chwili osiągnięcia umownej strzałki ugięcia,
• naprężenia zginającego przy obciążeniu maksymalnym dla materiałów, które wykazują maksymalne obciążenie
przed osiągnięciem lub w chwili osiągnięcia umownej strzałki ugięcia,
• naprężenia zginającego przy złamaniu lub przy obciążeniu maksymalnym po przekroczeniu umownej strzałki
ugięcia, jeżeli normy przedmiotowe tego wymagają.
Jest to tzw. zginanie trójpunktowe tzn. siła działa w środku symetrycznie rozmieszczonych podpór. Standardowa
próbka tzw. beleczka ma wymiary 1 > 80 [mm ] , b x h - 10 x 4 [mm].
Rozstaw podpór jest 15 do 17 h. Prędkość posuwu trzpienia wynosi h/2 [mm /min ]. Schemat zginania próbki siłą
skupioną przedstawiono na rysunku poniżej:
1 - tłocznik do prób zginania,
2 - podpory,
3 - próbka
W rezultacie otrzymujemy wykresy zginania jako funkcję siły zginającej i strzałki ugięcia.
1 - tworzywo kruche,
2 - tworzywo ciągliwe
σg - naprężenie przy złamaniu
σfg - naprężenie przy umownej strzałce ugięcia fg
σf - naprężenie zginające, przekroju,
, [MPa]
, [Nm]
Na podstawie zależności na wielkość f oznacza się moduł sprężystości tworzyw przy zginaniu Eg:
FE ⋅ l 3
Eg =
,
48 ⋅ J ⋅ f E
g ⋅ h3
gdzie J =
F – siła obciążająca, N,
12
f – strzałka ugięcia, mm, g – szerokość próbki, mm, h – wysokość próbki, mm, l – odległość między podporami, mm.
Tworzywo
σmax [MPa]
naprężenie maksymalne
Laboratorium – MATERIAŁY POLIMEROWE
fs [mm]
Własności spręŜyste
Ps [kG]
Eg [MPa]
Zakład Mechaniki Doświadczalnej i Biomechaniki
Badanie udarności z karbem i bez karbu metodą Charpy’ego
Udarność charakteryzuje odporność materiału na uderzenia, jest miarą kruchości materiałów określaną przez
pracę potrzebną do dynamicznego złamania próbki i odnoszoną do wielkości najmniejszego poprzecznego przekroju
próbki. Badanie udarności związane jest z wysokimi prędkościami pękania i różnią się od zwykłych badań rozciągania
przy stałych prędkościach deformacji lub pełzania tym, że trudno jest ocenić siły (lub naprężenie) określające
odporność materiału. Badanie udarności metodą Charpy’ego przeprowadza się wg PN-EN ISO 179-2:2001 na młocie
udarowym i polega ono na złamaniu próbki w kształcie belki o wymiarach 80x10x4 mm, obustronnie podpartej,
jednym uderzeniem wahadła młota w jej środek. Do wykonania badania stosuje się młot wahadłowy sztywnej
konstrukcji, umożliwiający oznaczenie energii zużytej na złamanie próbki (z różnicy energii kinetycznej młota przed i
po uderzeniu). Udarność obliczamy ze wzoru:
a=
A
∗ 10 3 , kJ / m 2
b ∗t
gdzie: A – energia potrzebna na złamanie próbki, [J] ,b – szerokość próbki, [mm], t – grubość próbki, [mm].
Wyróżniamy: an - udarność próbek bez karbu – jako pracę zużytą na dynamiczne złamanie próbki bez karbu,
odniesioną do początkowego przekroju poprzecznego próbki w miejscu karbu, wyrażoną [kJ/m2], ak - udarność próbki
z karbem - jako pracę zużytą na dynamiczne złamanie próbki z karbem, odniesioną do początkowego przekroju
poprzecznego próbki w miejscu karbu, wyrażoną w [kJ/m2], KZ -udarność względną – jako stosunek udarności z
karbem do udarności bez karbu badanego tworzywa w jednakowych warunkach oznaczania, wyrażaną w %.
Tworzywo
A [kGm]
b [mm]
an [kJ/m2]
t[mm]
ak [kJ/m2]
KZ [%]
Oznaczanie ścieralności tworzyw sztucznych
Celem ćwiczenia jest porównanie ścieralności dwóch tworzyw sztucznych: poliamidu (PA) i polimetakrylanu metylu
(PMM) na aparacie Schoperra do oznaczania ścieralności tworzyw sztucznych i gumy. Przedmiotem ćwiczenia jest
oznaczenie ścieralności tworzyw sztucznych za pomocą papieru ściernego, zgodnie z normą PN-69/C-89081. Metoda
stosowana jest do badania ścieralności wszystkich rodzajów tworzyw sztucznych, oprócz tworzyw spienionych
i komórkowych, a także folii i tkanin powlekanych o grubości < 2 mm. Metoda umożliwia określenie ścieralności
nowo opracowywanych materiałów, natomiast stosować ją do kontroli jakości można tylko w tych przypadkach gdy
jest to przewidywane w normie przedmiotowej.
Ścieralność jest to strata objętości próbki tworzywa wywołana jego ścieraniem w określonych warunkach.
Oznaczanie polega na ścieraniu próbki tworzywa sztucznego za pomocą papieru ściernego pokrywającego obracający
się bęben metalowy, przy czym próbka przyciskana jest do papieru siłą 10 [N], a bęben wykonuje tyle obrotów (100),
że przesunięcie względne papieru i próbki wynosi 40 [m].
Ścieralność (X) oblicza się jako stratę objętości próbki
tworzywa ścieranego w mm3 na 1 m drogi ścierania wg wzoru
X=
m1 − m 2
⋅ 1000
ρ⋅L
w którym:
m1 – masa próbki z uchwytem przed oznaczeniem w [g]
m2 – masa próbki z uchwytem po oznaczeniu w [g]
ρ - gęstość badanej próbki [g/cm3]
L – droga ścierania [m]
Tworzywo
ρ [g/cm3]
m1 [g]
m2[g]
X [mm3/mm]
uwagi
PMM (polimetakrylan metylu)
PA 6 (poliamid 6)
Ze względu na zjawiska tribologiczne zachodzące w parze trącej z udziałem materiałów polimerowych i kompozytów
możemy wyróżnić następujące rodzaje zużycia: zacieranie (zużycie wskutek przylegania), ścieranie, niszczenie
korozyjne (z częściową degradacją i migracją składników) oraz zmęczeniowe (związane z występowaniem obciążeń
cyklicznych i mikroprzełomów zmęczeniowych wraz wykruszaniem się fragmentów materiału par trących).