Лабораторна робота № 8

Тема: Визначення термомеханічних властивостей матеріалів.

Мета: Визначити термомеханічні показники.

Теоретичні відомості

Під термомеханічними властивостями полімерів звичайно розуміють характеристику їх механічної поведінки в різних термічних умовах. Найчастіше при цьому мають на увазі властивість полімера протидіяти дії напрямленою зовнішнього зусилля, яке створює в ньому напруження σ, що здатне викликати деформацію, тобто зміну геометрії взірця.

Задачею термомеханічного аналізу (ТМА) є спостерігання переходів полімеру з склоподібного стану у високо еластичний і з високоеластичного – у в`язкотекучий стан (для деяких полімерів – безпосередньо з склоподібного у в`язкотекучий). Цим, однак, далеко не вичерпуються можливості методу. Він з успіхом використовується для розв`язку таких задач, як: виявлення процесів кристалізації і плавлення кристалічної фази, виявлення різноманітних хімічних реакцій, в тому числі деструкції, утворення і розпаду просторових структур; одержання даних про міжмолекулярні взаємодії, про процеси пластифікації і розділу фаз в полімерних системах та ін. Метод дозволяє оцінюваним те6мпературніц області робото здатності полімерного матеріалу в якості пластику або еластомеру, виявляє можливість переводу в текучий стан, що є необхідним для його переробки. Таким чином, ТМА пов`язаний з основними експлуатаційними і технологічними властивостями полімерів.

До переваг ТМА слід віднести і те, що обширна та важлива інформація доволі часто може бути одержана за допомогою одного зразка порівняно невеликої маси і в результаті одного досліду тривалістю приблизно 2-4 години. В цьому режимі енергія, що передається зразку, викликає в ньому процеси, характер, кінетика і ступінь нерівноважності яких визначаються, з одного боку, заданими умовами зміни температури, а з другого – молекулярною і надмолекулярною структурою, термічною історією полімера, релаксаційною природою самих процесів.

Специфіка цього методу полягає в тому, що деформація полімера визначається суперпозицією трьох факторів – навантаження, температури і часу.

Знання особливостей процесів кристалізації і плавлення та закономірностей зміни стану полімерів в динамічному термічному режимі необхідне для правильного проведення ТМА і відображення його результатів. Слід відмітити, що на значній ділянці частково плавлення деформація полімеру змінюється лише небагато, так що на ТМА-кривих чітко проявляється головним чином той етап плавлення, коли жорсткість зразка починає досить швидко падати.

Вигляд ТМА-кривої для полімера залежить від співвідношення температури плавлення і температури текучості того ж полімера в аморфному стані. У випадку, коли Тпл > Тт, результатом плавлення є утворення в`язкотекучої рідини, тоді як при Тпл < Тт розплавом являється високо еластичне тіло. Плавлення є фазовим переходом тверде тіло-рідина, а високо еластичний і в`язкотекучий стан – двома різними формами структурно-рідкого стану полімера

Порядок виконання роботи

1. Підготовка зразків. З пластини полімеру або композиційного матеріалу товщиною 2–3 мм за допомогою металевого сверла або шаблону витинають декілька зразків. Кількість зразків визначається обсягом індивідуального завдання, погодженого з викладачем. Слід звернути увагу на те, щоб зразки було виготовлено з однорідного матеріалу, вони не повинні мати механічних включень, пухирців повітря тощо. Зразки мусять мати однакову товщину в різних точках поверхні. Для кожного вимірювання необхідно мати три-чотири зразки. Кожен зразок позначають відповідним номером або ж іншим чином.

2. Виконання вимірювань.

2.1. За допомогою механічного товщиноміра або мікрометра визначають початкову товщину зразків h₀.

2.2. Відповідно до характеру індивідуального завдання зразки опромінюють лампами УФ- чи видимого світла. Для кожного вимірювання необхідно брати не менше трьох зразків.

2.3. Після експонування зразків визначають товщину h₀₁ кожного зразка. Спостерігають, чи має місце зміна товщини зразків під час експонування і розраховують її величину за формулою:

Δ = ((h₀ – h₀₁) / h₀)·100, %

2.4. Перед дослідженням впливу температури і навантаження на деформацію зразків слід звернути увагу на чистоту поверхні вимірюваного зразка, відсутність вологи та механічних забруднень.

Рис. 13. Принципова схема приладу для термомеханічних досліджень.