Глава 18. Механические свойства полимерных материалов и методы их определения

18.1. Области применения механических свойств

Механические свойства полимерных материалов оценивают множеством показателей, используя при этом большое количество методов их определения и разнообразную аппаратуру. Так, при инженерной оценке полимерных материалов используют следующие характеристики: плотность, прочность, твердость, удельную вязкость, модуль упругости и др.

Полученные в результате определения такие характеристики полимерных материалов применяют для различных целей:

·при разработке новых полимерных материалов;

·для технического контроля полимерного материала при выпуске серийной продукции;

18.2. Методы определения важнейших механических показателей полимерных материалов

проводят при растяжении, сжатии, изгибе, сдвиге, кручении и других видах нагружения. На рис. 18.1 показана схема нагружения образца при его испытании.

Наиболее полно свойства полимерных материалов при таких

120

характер с увеличением относительной .деформацииЭто свидетельствует о том, что в образце полимерного материала кроме упругой начинает развиваться и пластическая деформация. На участке кривой БВ преобладает пластическая деформация.

Рис. 18.1. Схема нагружения образца полимерного материала при его испытании:

а – на изгиб; б – на кручение; в – на срез (стрелкой указано направление нагружения, штриховкой – рабочие органы машины)

Эти данные свидетельствуют о том, что полимерные материалы являются вязко-упругими физическими телами.

Рис. 18.2. Разрывная машина для испытания полимеров

121

Способность полимерных материалов сопротивляться нагрузкам,

Рис. 18.3. Зависимость усилие-деформация растяжения образца из полимерного материала (без разрушения)

испытаний образца полимерного материала на ударную вязкость

l

Рис.18.4. Схема испытаний полимерного образца по методу Шарпи (а) и по методу Динстат (б):

1 – стандартный брусок; 2 – маятник копра

разными методами.

Основным является метод испытания образца в виде стандартного бруска с надрезом (метод Шарпи) или без него, который испытывают

122

на стандартном маятниковом копре(рис. 18.5). По второму методу образец с надрезом(метод Изода) или без него(метод Динстат) закрепляют консольно.

Рис. 18.5. Маятниковый копр для испытаний пластмасс на ударную вязкость по Шарпи или Изоду

Твердость – способность полимерного материала сопротивляться вдавливанию в него других . телОна характеризует механические свойства поверхности материала. По твердости определяют возможные

Рис. 18.6. Схемы инденторов твердомеров:

а – Бринелля; б – Роквелла; в – Виккерса

пути эффективного использования полимерного материала.

123

Известные методы определения твердости отличаются геометрией индентора. По методу Бринелля вдавливают стальной шарик (рис. 18.6, а), по методу Роквелла – алмазный или металлический конус (рис. 18.6, б), по методу Виккерса – алмазную пирамидку (рис. 18.6, в). Замеряют либо глубину вдавливания индентора(h), либо размеры получаемого отпечатка (l, d).

Рис. 18.7. Устройство твердомера Бринелля:

1 – индентор; 2 – образец полимера в виде пластинки или таблетки; 3 – столик прибора; 4 – нагружающий рычаг; 5 – гидравлический тормоз; 6 – сменные грузы; 7 – индикатор часового типа; 8 – винт; 9 – маховик; 10 – корпус

При стандартных измерениях нагрузка на шарик устанавливается из условия вдавливания его на глубину не менее 0,15 мм и не более 0,35 мм. Продолжительность приложения усилия – 2 мин, точность отсчета

определяет и величину угла при вершине инденторов, используемых в методах Роквелла и Виккерса.

На рис. 18.7 показано устройство твердомера Бринелля.

При оценке твердости полимерного образца2 пластинки или таблетки толщиной не менее 2 мм устанавливают на столик 3 прибора и

124