UNIWERSYTET KAZIMIERZA WIELKIEGO Wydział Matematyki, Fizyki i Techniki Instrukcja do ćwiczeń laboratoryjnych Kierunek MECHATRONIKA

Transkrypt

1 Przedmiot: Tworzywa sztuczne i kompozyty Nr ćwiczenia: 1 Podatności na pełzanie oraz relaksacja naprężeń wyznaczenie funkcji pełzania i relaksacji. dynamiczny analizator termomechaniczny DMA model Q800 (TA Instruments, USA), zestawy do ściskania, rozciągania, ścinania oraz zginania dwu- i trójpunktowego, zestaw narzędzi, m.in.: elektroniczna suwmiarka, momentomierz sił, zestaw do wycinania próbek, umieszczenie i zamocowanie próbki w uchwytach, zadanie stałej wartości odkształcenia - pomiar zmian wartości siły w czasie, pomiar wartości odkształcenia w czasie - próbka obciążona i nieobciążona, powyższe etapy przebiegu ćwiczenia należy wykonać dla 3 różnych temperatur. opisać modele Voigt-Kelvina, Maxwella i trójelementowy funkcji pełzania i relaksacji, wyniki badań przedstawić na wykresach, do punktów pomiarowych dopasować metodą najmniejszych kwadratów funkcję odpowiedniego modelu matematycznego, porównać dopasowania i wyciągnąć wnioski, porównać wyniki badań dla różnych wartości temperatury wyciągnąć wnioski. norma badań: ASTM D , Standard Test Methods for Tensile, Compressive, and Flexural Creep and Creep-Rupture of Plastics. instrukcja obsługi aparatu Q800, materiał dydaktyczny do ćw. 1. Ferry J. D.: Lepkosprężystość polimerów, WNT, Warszawa 1965 Menard K.: Dynamic Mechanical Analysis: A Practical Introduction, CRC Press Boca Raton, 1999.

2 Przedmiot: Tworzywa sztuczne i kompozyty Nr ćwiczenia: 2 Analiza dynamiczno mechaniczna (DMA) wyznaczenie modułów zachowawczego, stratności, współczynnika tłumienia oraz temperatury zeszklenia. analizator dynamiczno mechaniczny DMA model Q800 (TA Instruments, USA), zestawy do ściskania, rozciągania, ścinania oraz zginania dwu- i trójpunktowego, zestaw narzędzi, m.in.: elektroniczna suwmiarka, momentomierz sił, wybór zestawu uchwytów mocujących odpowiednio do rodzajów badanych próbek, wykonanie kalibracji siły i położenia. umieszczenie i zamocowanie próbki w uchwytach, ustalenie i wprowadzenie do programu sterującego następujących parametrów: zakres temperatury, szybkość ogrzewania, wartość amplitudy i częstotliwość odkształceń, wykonanie pomiaru i rejestracja danych. opisanie podstaw fizycznych techniki DMA, w tym wyjaśnienie pojęć modułu zachowawczego, stratności oraz współczynnika tłumienia. przedstawienie wyników obliczeń modułów zachowawczego, stratności, współczynnika tłumienia, oraz ich analiza ze wskazaniem i wyjaśnieniem zachodzących przejść makromolekularnych. norma ASTM D Standard Terminology for: Plastics: Dynamic Mechanical Properties. norma PN-EN ISO Oznaczanie dynamicznych właściwości mechanicznych, zasady ogólne, instrukcja obsługi aparatu Q800, materiał dydaktyczny. Ferry J. D.: Lepkosprężystość polimerów, WNT, Warszawa Menard K.: Dynamic Mechanical Analysis: A Practical Introduction, CRC Press Boca Raton, 1999.

3 Przedmiot: Tworzywa sztuczne i kompozyty Nr ćwiczenia: 3 Różnicowa kalorymetria skaningowa (DSC) obliczenie stopnia krystaliczności i wyznaczenie temperatury topnienia. skaningowy kalorymetr różnicowy DSC model Q200 (TA Instruments, USA), układy chłodzący (do -90 C) oraz przepływu gazów (azotu i tlenu syntetycznego), zestaw Tzero do hermetycznego zamykania próbek, przygotowanie tygla z próbką badanego materiału (ważenie próbki z dokładnością do 0,01mg), tygle z tworzywem i bez umieścić w komorze pomiarowej, ustalić zakres zmiany temperatury, szybkość ogrzewania/ochładzania, liczbę cykli, wykonać pomiar. opisać krystaliczność polimerów oraz jej wpływ na właściwości, opisać podstawy fizyczne techniki DSC i sposób obliczania stopnia krystaliczności, przedstawić wyniki i wnioski z badań. norma PN-EN ISO Tworzywa sztuczne. Różnicowa kalorymetria skaningowa DSC. Zasady ogólne, instrukcja obsługi aparatu Q200, materiał dydaktyczny do ćw. 3. Hatakeyama T., Quinn F.X.: Thermal Analysis: Fundamentals and Applications to Polimer Science, Wiley, West Sussex W. Przygocki, Metody fizyczne badań polimerów, PWN, Warszawa 1990.

4 Przedmiot: Tworzywa sztuczne i kompozyty Nr ćwiczenia: 4 Temperatura ugięcia pod obciążeniem (HDT) wyznaczenie temperatury ugięcia (HDT). analizator dynamiczno mechaniczny DMA model Q800 (TA Instruments, USA), zestaw do zginania trójpunktowego, zestaw narzędzi, m.in.: elektroniczna suwmiarka, momentomierz sił, wykonanie kalibracji siły i położenia, umieszczenie próbki na uchwycie do zginania trójpunktowego, ustalenie i wprowadzenie do programu sterującego następujących parametrów: zakres temperatury, szybkość ogrzewania, wartość siły uginającej próbkę, trzykrotne wykonanie pomiaru i rejestracja temperatury ugięcia dla trzech różnych próbek. opisanie metod wyznaczania temperatury ugięcia Vicat a oraz HDT, przedstawienie wyników badań temperatury HDT, obliczenie wartości średnich oraz odchyleń standardowych, wnioski. norma PN-EN ISO Temperatura ugięcia pod obciążeniem, instrukcja obsługi aparatu Q800, materiał dydaktyczny do ćw. 4. Broniewski T., Kapko J., Płaczek W., Thomalla J.: Metody badań i ocena właściwości tworzyw sztucznych, WNT, Warszawa 2000, norma ASTM D 648 Standard Test Method for Deflection Temperature of Plastics Under Flexural Load in the Edgewise,

5 Przedmiot: Tworzywa sztuczne i kompozyty Nr ćwiczenia: 5 Badania termograwimetryczne (TGA) określenie temperatury rozkładu termicznego i ilości dodatków ceramicznych termowaga TG Q500 (TA Instruments, USA), wykonać kalibrację pomiaru temperatury aparatu Q500, przygotować próbki materiału przeznaczonego do badań, próbkę umieścić na szalce i wprowadzić do komory grzewczej, określić zakres temperatury oraz szybkość ogrzewania materiału, wykonać pomiar. opisać zagadnienia dot. degradacji termicznej materiałów polimerowych, opisać podstawy fizyczne techniki TGA, przedstawić na wykresach zależności ubytku masy ( m) od temperatury (T) oraz pochodnych ubytku masy po temperaturze (d m/dt), wyznaczyć ilość dodatków ceramicznych, zinterpretować wyniki. norma PN-EN ISO Tworzywa sztuczne. Termograwimetria (TG) polimerów. Zasady ogólne, instrukcja obsługi aparatu Q500, materiał dydaktyczny do ćw. 5. Hatakeyama T., Quinn F.X.: Thermal Analysis: Fundamentals and Applications to Polimer Science, Wiley, West Sussex W. Przygocki, Metody fizyczne badań polimerów, PWN, Warszawa 1990.

6 Przedmiot: Tworzywa sztuczne i kompozyty Nr ćwiczenia: 6 Pomiary rezystywności skrośnej i powierzchniowej metodą zmiennej polarności napięcia elektrycznego wyznaczenie rezystywności skrośnej i powierzchniowej elektrometr model 6517A (Keithley, USA), zestaw elektrod model 8009 (Keithley, USA), zmierzyć grubość badanej próbki, wybrać konfigurację elektrod (pomiar prądu skrośnego lub powierzchniowego), próbkę umieścić w komorze z elektrodami, określić wartość napięcia, czas jego trwania oraz liczbę cykli zmiany polarności napięcia, uruchomić pomiar. opisać właściwości elektryczne tworzyw polimerowych, opisać metodę pomiaru rezystywności skrośnej i powierzchniowej przy zastosowaniu zmiennej polarności napięcia elektrycznego. wyniki przedstawić na wykresie i w tabeli, zinterpretować wyniki badań. norma ASTM D Standard Test Methods for DC Resistance or Conductance of Insulating Materials, materiał dydaktyczny do ćw. 6, instrukcja obsługi aparatu. Broniewski T., Kapko J., Płaczek W., Thomalla J.: Metody badań i ocena właściwości tworzyw sztucznych. WNT Warszawa Szlezyngier W.: "Tworzywa sztuczne : chemia, technologia wytwarzania, wlasciwosci, przetwórstwo, zastosowanie", WPL, Rzesz6w 1996.

7 Przedmiot: Tworzywa sztuczne i kompozyty Nr ćwiczenia: 7 Badanie zwilżalności wyznaczenie zwilżalności materiałów polimerowych metodami dynamicznego napływu i cofania kropli wody i dijodometanu. zestaw aparatury do pomiaru kata zwilżania, w tym goniometr DSA 100 (Krüss, Niemcy), instrukcja obsługi aparatury, woda i dijodometan, próbką umieścić na platformie pomiarowej, wybrać rodzaj cieczy pomiarowej, zakres zmiany objętości kropli, interwał czasowy między kolejnymi pomiarami, właściwą metodę dopasowania obwiedni do obrysu kropli, wykonać pomiar, opisać właściwości adhezyjne tworzyw polimerowych, opisać metody pomiaru kąta zwilżania dynamicznego napływu i cofania, dla każdej serii pomiarowej obliczyć wartość średnią i odchylenie standardowe, wykonać analizę wyników badań. Żenkiewicz M.: "Przetwórstwo tworzyw wielkocząsteczkowych. Charakterystyka, podstawy fizyczne, metody", Wydawnictwo Akademii Bydgoskiej, Bydgoszcz instrukcja obsługi aparatu DSA100, materiał dydaktyczny do ćw. 7. Żenkiewicz M.: Adhezja i modyfikowanie warstwy wierzchniej tworzyw wielkocząsteczkowych, WNT, Warszawa 2000.

8 Przedmiot: Tworzywa sztuczne i kompozyty Nr ćwiczenia: 8 Swobodna energia powierzchniowa wyznaczenie swobodnej energii metodą Owena-Wendta zestaw aparatury do pomiaru kata zwilżania, w tym goniometr DSA 100 (Krüss, Niemcy), woda i dijodometan, próbki do badań, komputer z oprogramowaniem. próbkę umieścić na platformie pomiarowej, krople wody i dijodometanu umieścić na badanej próbce, zmierzyć kąty zwilżania, rozwiązać układu dwóch równań z dwoma niewiadomymi (metoda Owensa- Wendta), podać wartości swobodnej energii powierzchniowej, jej składowych polarnej i dyspersyjnej. opisać właściwości adhezyjne tworzyw polimerowych, zdefiniować pojęcie swobodnej energii powierzchniowej, opisać sposób obliczenia swobodnej energii powierzchniowej metodą Owena- Wendta. podać wnioski z uzyskanych wyników. Żenkiewicz M.: "Przetwórstwo tworzyw wielkocząsteczkowych. Charakterystyka, podstawy fizyczne, metody", Wydawnictwo Akademii Bydgoskiej, Bydgoszcz instrukcja obsługi aparatury, materiał dydaktyczny do ćw. 7 i 8. Żenkiewicz M.: Adhezja i modyfikowanie warstwy wierzchniej tworzyw wielkocząsteczkowych, WNT, Warszawa 2000.

9 Przedmiot: Tworzywa sztuczne i kompozyty Nr ćwiczenia: 9 Masowy wskaźnik szybkości płynięcia (MFR) wyznaczenie wartości MFR plastomer MP600 (Tinius Olsen, USA), zestaw elementów obciążających, waga laboratoryjna. ustalenie odpowiednich wartości: masy elementu obciążającego, temperatury oraz czasu odcięcia, umieszczenie granulatu w cylindrze, umieszczenie tłoka z obciążeniem w cylindrze, odcinanie wytłaczanego tworzywa w wyznaczonych momentach czasu, ważenie wytłoczonych fragmentów materiału, obliczenie wskaźnika MFR. zdefiniować pojęcie lepkości polimerów, opisać rodzaje wskaźników płynięcia oraz ich znaczenie w procesach przetwórstwa materiałów polimerowych, przedstawić wyniki, obliczyć wartość średnią i odchylenie standardowe wskaźnika MFR. norma PN-EN ISO 1133, Tworzywa sztuczne. Oznaczanie masowego wskaźnika szybkości płynięcia (MFR) i objętościowego wskaźnika szybkości płynięcia (MVR) tworzyw termoplastycznych, instrukcja obsługi aparatury, materiał dydaktyczny do ćw. 9. Szlezyngier W.: "Tworzywa sztuczne", WPL, Rzeszów Żenkiewicz M.: "Przetwórstwo tworzyw wielkocząsteczkowych. Charakterystyka, podstawy fizyczne, metody", Wydawnictwo Akademii Bydgoskiej, Bydgoszcz 2002.

10 Przedmiot: Tworzywa sztuczne i kompozyty Nr ćwiczenia: 10 Spektroskopia w podczerwieni z transformacją Fouriera (FTIR) identyfikacja polimerów. spektrofotometr FTIR Nicolet is10 (Thermo Fisher Scientific, USA), oprogramowanie OMINIC do identyfikowania widm (Thermo Fisher Scientific, USA), wycięcie próbek do badań, skalibrowanie urządzenie przy użyciu próbki wzorcowej z polistyrenu, umieszczenie próbki w komorze pomiarowej, usytuowanie kryształu na powierzchni badanej próbki (zapewnić dobre przyleganie) wykonanie pomiaru opisać podstawy fizyczne spektroskopii FTIR, wyniki przedstawić na wykresie, wskazać grupy funkcyjne, którym odpowiadają zarejestrowane na wykresie pasma absorpcji, na podstawie przeprowadzonej analizy badań podać nazwę polimeru, który mógł być przedmiotem badań. Z. Kęcki Podstawy spektroskopii molekularnej PWN Warszawa instrukcja obsługi aparatu Nicolet is10, materiał dydaktyczny do ćw. 10. J.F. Rabek: Podstawy fizykochemii polimerów, Wyd. Politechnika Wrocławska P.W. Atkins Chemia fizyczna, PWN Warszawa 2003.

11 Przedmiot: Tworzywa sztuczne i kompozyty Nr ćwiczenia: 11 Pomiar współczynników tarcia wyznaczenie współczynników tarcia folii. aparat do pomiaru współczynników tarcia 6196/000 (Ceast/Instron, Italy), próbki do badań. umieszczanie pierwszego kawałka badanej foli na płycie podstawy i zamocowanie go w uchwycie, umieszczenie drugiego kawałka badanej folii na powierzchni pierwszego i obciążenie go ciężarkiem, rozpoczęcie pomiaru po przez naciśniecie guzika START, rejestrowanie wyników odpowiadających: - tarciu statycznemu, - tarciu dynamicznemu. w pomiarach tarcia dynamicznego dokonywać odczytu wyników co 3 sekundy celem określenia rozrzutu uzyskiwanych wyników. opisanie metody wyznaczania współczynników tarcia statycznego i dynamicznego, przedstawienie wyników badań współczynników tarcia, obliczenie wartości średnich oraz odchyleń standardowych, wnioski. instrukcja obsługi 6196/000, norma ASTM D1894, 2000r. Broniewski T., Kapko J., Płaczek W., Thomalla J.: Metody badań i ocena właściwości tworzyw sztucznych, WNT, Warszawa 2000,