Ćwiczenie 5 - Badanie udarnści twrzyw sztucznych metdą młta Charpy eg, badanie udarnści metdą spadająceg młta, badania wytrzymałściwe, temperatura mięknienia wg Vicata. Badania udarnści metdą Charpy eg Badania metdą Charpy eg pzwalają na kreślenie pracy wymaganej d zniszczenia próbki znrmalizwanym kształcie w bardz krótkim czasie. W celu kncentracji naprężeń dpuszczalne jest nacięcie karbu na próbce. Nrmy stswane dla teg urządzenia (DIN 53453, ISO 179, ASTM D 5942, ASTM D 256, BSI 2782-359). Rys. 1. Wymiary próbek d badań udarnściwych. Wyniki uzyskane przy udarwym zginaniu z karbem są prównywalne z wynikami trzymanymi przy badaniu w tych samych warunkach próbek tych samych wymiarach i kształtach karbu. Udarnść jest więc umwnym wskaźnikiem prównawczym. Odwrtnie niż pdczas statyczneg rzciągania, dkształcenie plastyczne próbki jest minimalne. Rys. 2. Młt udarwy.
Pmiary udarnści metdą spadająceg młta DartTester Przeprwadzenie próby pmiaru dynamicznej dprnści na pękanie wymaga dpwiednieg stanwiska badawczeg. Od takieg stanwiska wymagamy mżliwści przyłżenia bciążenia z dpwiednią prędkścią raz pmiaru wybranych parametrów mechanicznych. Tradycyjnie zaadptwan d teg celu znane rzwiązania tj. młt typu Charpy eg lub młt spadwy. Młt spadwy ma pewną przewagę na młtem Charpy eg pnieważ pzwala na uzyskanie większych prędkści uderzenia. Wypsażenie tych urządzeń w dpwiednie try pmiarwe czyni z nich instrumentwane stanwiska badawcze. Metda dynamiczneg pmiaru udarnści za pmcą spadająceg młta (rys. 3.) plega na puszczeniu bciążneg zbijaka (z czujnikiem) w kierunku próbki z dpwiedniej d przebicia wyskści. Młt spadwy pzwala na uzyskanie maksymalnej prędkści uderzenia w próbkę 4,43 m/s przy bciążeniu ma. 1kg. Czujniki pmiarwe pzwalają mierzyć siłę w bijaku młta, przemieszczenia bijaka młta, prędkść przed uderzeniem w próbkę i p jej złamaniu. Pdczas badania na ekranie kmputerwym pjawi się wykres zależnści energii i udarnści w czasie. Czas próbkwania należy ustalić samemu przed pmiarem na pdstawie badań wstępnych. Rys. 3. Młt spadwy DartTester firmy Ceast
Pdstawwe parametry urządzenia: pmiar dprnści na uderzenia flii i płyt metdą spadająceg ciężarka z rejestracją przebiegu zniszczenia próbki w czasie zakres pracy: energia zniszczenia: d 50 J; szybkść uderzenia: d 4,43 m/s wyskść swbdneg spadania: 100 cm. nrmwane metdy badań: ISO 179, ISO 6603-1/2, ISO 7765-1/2, ASTM D 1709, ASTM D 3763, DIN 53443-1/2. Wytrzymałść twrzyw sztucznych pdczas zrywania w jednsiwym stanie naprężeń Wielkściami mierznymi bezpśredni przy próbie rzciągania są wydłużenie ε raz siła dkształcająca F. Wydłużenie bezwzględne l definiuje się jak różnicę między kńcwą, a pczątkwą długścią dcinka pmiarweg użytej próbki. l = l l [mm] gdzie : l pczątkwa długść dcinka pmiarweg [mm], l długść kńcwa dcinka pmiarweg [mm]. Wydłużenie względne ε jest dkształceniem bezwzględnym wyrażnym w prcentach wyjściwej długści dcinka pmiarweg. ε l = l 100 [%] Naprężenie σ jest t stsunek siły dkształcającej d pczątkwej pwierzchni przekrju pprzeczneg rzciąganej próbki, zmierznej przed przyłżenia bciążenia. σ = F AO [MPa] gdzie: F siła dkształcająca, N A pwierzchnia pczątkweg przekrju pprzeczneg, mm 2 W wyniku pmiaru trzymuje się wykres σ = f(ε), który umżliwia prześledzenie zachwania się twrzywa pddaneg rzciąganiu w czasie całeg badania. Schematyczny wykres rzciągania przedstawin na rysunku 4.
Rys. 4. Schematyczny wykres rzciągania mieszanin twrzyw sztucznych Maksymalne naprężenie zarejestrwane w czasie rzciągania σ, jest t tzw. draźna wytrzymałść na rzciąganie. Odpwiada mu wydłużenie ε 2. Maksymalne wydłużenie zabserwwane w czasie rzciągania ε 3 jest zwane wydłużeniem względnym przy zerwaniu. Rzędna punktu, czyli naprężenie bserwwane w chwili zerwania próbki nsi nazwę naprężenia zrywająceg σ 3. Przedstawiny wykres brazuje plastyczn-kruche zachwanie się wielu twrzyw, jest też typwy dla mieszanin plimerwych.
Rys.5. Wymiary próbek d badań wytrzymałściwych. W trakcie przeprwadznych badań wyznacza się: Mduł Yunga, mduł sprężystści pdłużnej, charakteryzuje dkształcalnść materiału [MPa]. Naprężenie przy zerwaniu, stsunek siły przyłżnej d przekrju próbki w mmencie jej zerwania [MPa]. Wydłużenie przy zerwaniu, kreślające ile prcent w stsunku d bazy pmiarwej wydłuży się próbka d mmentu jej zerwania [%]. Naprężenie maksymalne, stsunek maksymalnej siły przyłżnej d jej przekrju próbki. [MPa] Wydłużenie przy maksymalnym bciążeniu, czyli prcentwe wydłużenie próbki w mmencie przyłżenia największej siły [MPa]
Temp. mięknienia wg Vicata Twrzywa termplastyczne zmieniają swe właściwści wraz ze zmianą temperatury ich użytkwania. Spadek właściwści mechanicznych wraz ze wzrstem temperatury spwdwany jest stpniwym wzrstem ruchliwści cząsteczek aż d mmentu swbdneg pruszania się wszystkich makrcząsteczek (c jest charakterystyczne dla stanu ciekłeg). Mdel zmian właściwści mechanicznych pd wpływem grzewania twrzywa przedstawin na rys. 6. Rys. 6. Wartść mdułu Yunga dla plimerów w zależnści d temperatury Stany fizyczne plimerów w zależnści d temperatury raz temperatury przejścia między pszczególnymi stanami ( pkazane na rys. 6.) I. stan szklisty kruchy II. stan szklisty-lepksprężysty III. stan kauczukpdbny IV. stan upłynniania V. stan płynny I II temperatura kruchści II III temperatura zeszklenia III IV temperatura mięknienia IV V temperatura płynięcia
Za pmcą próby Vicata mżna cenić dprnść cieplną twrzyw termplastycznych. Badanie t nazywa się również znaczaniem temperatury mięknienia. Plega na kreśleniu temperatury, w której znrmalizwana tępa igła stalwa pwierzchni przekrju 1 mm², zagłębi się w pwierzchnię próbki na głębkść 1 mm przy równmiernym wzrście temperatury. Temperaturę w stpniach Celsjusza, w której igła zagłębi się na 1 mm, pdaje się jak temperaturę mięknienia wg Vicata (VST). Próbki mają kształt płytek prstkątnych bku c najmniej 10 mm lub krążków średnicy c najmniej 10mm i i grubści 3 6,5 mm. Schemat stanwiska pmiarweg przedstawin na rys. 7. 1 2 3 pzim leju 4 5 Rys. 7. Schemat urządzenia d znaczania temperatury mięknienia metdą Vicata. 1 - czujnik przemieszczenia, 2 - bciążenie, 3 termpara, 4 igła, 5 badana próbka.