Визначення руйнівного напруження пластмас за статичного згину, за розтягу, за стиску

3. Визначення руйнівного напруження пластмас за статичного згину, за розтягу, за стиску

Міцністю за статичного згину називається здатність матеріалу опиратись дії згинаючого навантаження до межі, яка руйнує зразок. Напруження, яке при цьому розвивається в зразку, називається руйнівним напруженням за статичного згину. Випробування проводиться на приладі, який має пристрій для вимірювання стрілу вигину та величину навантаження з точністю до 1 %. В конструкції приладу врахована можливість зміни швидкості рухомої головки машини та відстані між опорами.

Зразки для випробування мають форму стандартних брусків, розміри яких залежать від методу виготовлення, як і за випробування пластмас на ударну в’язкість. Для листових та шаруватих пластиків в випадку їх товщини меншої за 10 мм встановлюються стандартні розміри зразків, відстані між опорами та швидкості навантаження (таблиця 1).

Таблиця 1

Умови визначення руйнівного напруження за статичного згину

Розміри зразків, мм			Відстань між опорами l, мм	Радіус закруглення наконечника R2, мм	Швидкість руху головки машини v, мм/хвилину
Товщина h	Довжина L	Ширина b
1	2	3	4	5	6
1,00-2,0	35±1,5	15±0,2	20±0,3	2	10-20
2,01-4,0	55±1,5	15±0,2	40±0,3	4	20-40
4,01-6,0	80±2,0	15±0,2	60±0,5	6	30-45
6,01-8,0	100±2,0	15±0,2	80±0,5	8	40-53,5
8,01-10	120±2,0	15±0,2	100±0,5	10	50-62,5

Випробування проводять за кімнатної температури на трьох зразках. Перед випробуванням заміряють товщину та ширину кожного зразка та визначають їх площину поперекового перетину.

Зразок кладуть широким боком на дві опори, які мають закруглення кінці з радіусом R₁ – 1 мм (рис. 2).

Рис. 2. Положення зразка за випробування пластмас на статичний згин

До середини зразка під прямим кутом докладають згинаючу силу, яка створюється приладом. Давлючий стрижень має в нижній частині закруглення радіусом R₂. Випробування ведуть до руйнування зразка, постійно збільшуючи навантаження з певною швидкістю. В момент руйнування фіксується величина вигину в міліметрах (стріла вигину) та згинаюче навантаження в Н.

Розрахунок міцності (руйнівного напруження) за статичного згину проводять за формулою:

, Па,

де М – згинаючий момент, Н·м; М = P·l/4;

W – момент опору, м³; W =b·h²;

Р – величина згинаючої сили, Н;

l – відстань між опорами, м;

b – ширина бруска, м;

h – товщина бруска, м.

Межею міцності за розтягу називається здатність матеріалу чинити опір дії руйнуючого напруження за розтягу до моменту руйнування зразка. Межа міцності за розтягу характеризується руйнуючим напруженням і виражається в МПа. Сутність методу випробування є визначення сили, яка йде на руйнування зразка певної форми та розмірів, або сили, яка викликає текучість такого зразка. Навантаження, яке відповідає межі текучості, визначається в перший момент зростання деформації, яке відбувається без збільшення навантаження або в момент утворення шийки (місцевого звуження) на зразку. За розрахунку напруження силу відносять до початкового поперекового перетину зразка.

Одночасно з руйнівним напруженням визначають величину відносного подовження зразка за розтягу в процентах від початкової довжини зразка. За визначення відносного подовження за текучості заміряють довжину зразка, яка відповідає появі шийки, відносять її до початкової довжини.

За випробування склопластиків визначають несучу здатність в кн./м. Це навантаження, яке приходиться на одиницю початкової ширини зразка. Якщо ж усі шари склопластику направлені в одному напрямку, визначають питому несучу здатність, тобто навантаження, яке приходиться на одиницю ширини одного армую чого шару зразка.

Випробування проводять на розривних машинах, які дозволяють розтягувати зразок з швидкістю 10-20 мм/хвилину та вимірювати навантаження з точністю до 1 %.

Зразки з формованих та пресованих пластиків виготовляють в спеціальних формах. Зразки з листових та шаруватих пластиків вирізають з пластин в двох напрямках - довжини та ширини. Для випробувань застосовують три типи зразків (рис. 3).

Для випробування матеріалів з великим відносним подовженням, наприклад, поліетилену, пластифікованого полівінілхлориду, застосовують зразки типу а (L=115 мм; В=25±1 мм; b=6±0,4 мм; h=1-2 мм). Для більшості термореактивних, термопластичних та шаруватих матеріалів застосовують зразки типу б (L=150 мм; В=20±0,5 мм; b=10±0,5 мм). Склопластики випробують на зразках типу в (L=150 мм; В=15-20 мм; h=0,5-6 мм). Випробування проводять за температури 20±2 єС не менше як на трьох зразках. Перед випробуванням вимірюють товщину та ширину кожного зразка та розраховують площину поперекового перетину. Розміри до 10 мм вимірюють з точністю до 0,01 мм, більші – з точністю до 0,1 мм.

Рис. 3. Форма та розміри зразків для визначення руйнівного напруження за розтягу

(а – для пластмас з високим відносним подовженням за розриву;

б – для випробування більшості пластмас;

в – для випробування склопластиків)

Зразок закріплюють в розривній машині та розтягують його до розриву, збільшуючи навантаження. На шкалі відзначають руйнівне навантаження в Н. для плівкових та шаруватих матеріалів одночасно вимірюють довжину зразка в момент розриву.

Руйнівне напруження за розтягу (міцність за розтягу_ розраховують за формулою:

, Па,

де Р – навантаження, за якого відбувся розрив, Н;

S – площина поперекового перетину зразка до випробування, м².

Розрахунки проводять з точністю до 0,1 МПа та приймають за результат випробування середнє арифметичне для трьох зразків.

Відносне подовження обчислюють за формулою:

, %,

де l₀ – початкова вільна довжина зразка (відстань між затискачами машини), м;

l₁ – довжина зразка в момент розриву, м.

З трьох визначень знаходять середнє арифметичне значення.

Межею міцності за стиску називається здатність матеріалу чинити опір стискаючому навантаженню до моменту, коли настане руйнування або утворяться тріщини.

Для характеристики матеріалів, які руйнуються за стиску, визначають напруження в МПа за заданої відносної деформації стиску. На основі одержаних результатів розраховують відношення навантаження, яке викликає деформацію стиску 25 %, до початкового поперекового перетину зразка:

, Па,

де q – навантаження за заданої деформації стиску 25 %, Н;

S – площина поперекового перетину зразка, м².

Також можна визначати межу текучості за стиску. Він характеризує відношення навантаження, за якого відбувається зростання деформації без збільшення зусилля, до площини початкового поперекового перетину зразка.

З даних, що одержано з п’яти визначень обчислюють середнє арифметичне значення.

Випробування проводять на машині, яка дозволяє стискувати зразок з швидкістю 2,5 МПа/с до повного руйнування. Зразки для випробування формованих та пресованих матеріалів мають вигляд циліндриків діаметром 10±0,5 та висотою 30±0,5 мм. Зразки з шаруватих матеріалів вирізають з плити та надають їм форму брусочка розміром 10±0,5^х10±0,5^х16±1 мм. Перед випробуванням виміряють розміри кожного зразка та обчислюють площини поперекового перетину їх. Зразок поміщають між двома плитами машини та піддають зростаючому стискаючому навантаженню. Відзначають навантаження, яке руйнує зразок.

Руйнівне напруження за стиску (міцність за стиску) розраховують за формулою:

, Па,

де Р – навантаження, за якого відбулось руйнування зразка, Н;

S – площина поперекового перетину зразка до випробування, м².

пластмаса в’язкість твердість пружність