Что такое предел прочности на растяжение для полимеров
Определение прочности материала при растяжении проводится по ГОСТ 11262, а определение модуля упругости – по ГОСТ 9550-81.
Образцы для испытаний термопластов и армированных пластиков должны соответствовать типу и размерам, указанным на рисунке и в таблице.
Рисунок 1: Образцы для испытаний материалов на растяжение (Числовые значения параметров приведены в таблице 1)
Образец типа 1 применяют для испытаний пластмасс с высоким относительным удлинением при разрыве (полиэтилен, пластифицированный поливинилхлорид), образец типа 2 – для испытаний большинства материалов (термореактивные, термопластичные и слоистые пластики), образец типа 3 в форме полоски – для испытаний стеклопластиков.
Таблица 1
| Размеры образцов, мм | Образец типа | ||
| 1 | 2 | 3 | |
| Общая длина l1, не менее | 115 | 150 | 250 |
| Расстояние между метками, определяющими положение кромок зажимов на образце, l2 | 80±5 | 115±5 | 170±5 |
| Длина рабочей части l3 | 33±1 | 60±1 | – |
| Расчетная длина l | 25±1 | 50±1 | 50±1 |
| Ширина головки b1 | 25±0,5 | 20±0,5 | 25±0,5 |
| Ширина рабочей части b2 | 6±0,4 | 10±0,5 | – |
| Толщина h | 2±0,2(от 1 до 3) | 4±0,4(от 1 до 10) | 2±0,2(от 1 до 6) |
Диаграмму растяжения строят при нагружении образца до разрушения. Скорость нагружения – 2,0±0,4 мм/мин. По удлинению в момент разрушения Dl определяют относительно удлинение при разрыве e.
По максимальному значению нагрузки Fpвычисляют предел прочности при растяжении.
Удлинение измеряют прибором с погрешностью не более 2% в диапазоне 0,1–0,5 мм. База преобразователя перемещения L, устанавливаемого на образец, не менее 20 мм.
По диаграмме деформирования определяют значения нагрузок F1 и F2 и удлинение Dl1 и Dl2, соответствующих относительному удлинению 0,1% и 0,3% и рассчитывают модуль упругости при растяжении.
При невозможности записи диаграммы деформирования модуль упругости определяют при циклическом нагружении образца (до получения стабильных приращений) в диапазоне усилий F1 = (0,05–0,1)×Fр до F2 = 0,2×Fр. При значениях нагрузки F1 и F2 определяют приращение Dl на базе L.
Испытания полимерных материалов на растяжение: экспериментальная часть
Испытания на растяжение полимерных материалов проводят при температуре 23±2°С в соответствии с ГОСТ 11262–80 и ГОСТ 9550–81.
Перед испытанием замеряют ширину и толщину образцов в рабочей части с точностью до 0,01 мм не менее чем в трех местах и вычисляют площадь поперечного сечения. В расчет принимают наименьшую площадь поперечного сечения.
Перед испытанием на образец наносят необходимые метки (без повреждения образцов), ограничивающие его базу и положение кромок захватов (таблица).
Образцы закрепляют в зажимы испытательной машины по меткам, определяющим положение кромок зажимов, таким образом, чтобы продольные оси зажимов и ось образца совпадали между собой и с направлением движения подвижного зажима. Зажимы затягивают равномерно, чтобы не было проскальзывания образца в процессе испытания, но при этом не происходило его разрушение в месте закрепления. Далее настраивают прибор для замера деформаций.
Затем образец нагружают возрастающей нагрузкой, величину которой фиксируют по шкале динамометра. Скорость нагружения составляет 25 мм/мин при определении прочности и относительного остаточного удлинения. В момент разрушения фиксируют наибольшее усилие и определяют прочность при растяжении по формуле
где Fp – нагрузка, при которой образец разрушился, Н; S = b×h – начальное поперечное сечение образца, мм2; b, h – ширина и толщина образца соответственно, мм.
Образцы, разрушившиеся за пределами рабочей части, за результат не принимают.
По удлинению в момент разрушения Dl определяют относительное удлинение при разрыве e:
где Dl – изменение расчетной длины образца в момент разрыва, мм; l – расчетная длина, мм.
Модуль упругости определяют по формуле
где F1, F2 – значения нагрузок, соответствующих относительному удлинению 0,1% и 0,3%, Н; Dl1, Dl2 – удлинение при нагрузках F1, F2 соответственно, мм.
За результат измерения прочности, относительного удлинения и модуля упругости принимают среднее арифметическое значение для всех образцов.
Результаты испытаний заносят в протокол.
Образцы протоколов испытаний на растяжение
ПРОТОКОЛ № ____ от _____________
Испытания на растяжение по ГОСТ 11262–80
- ИСПЫТАТЕЛЬНАЯ МАШИНА (тип, номер, год выпуска, шкала)
- АППАРАТУРА: (измеритель удлинения, тип и основные характеристики)
- МАТЕРИАЛ: (тип, марка или состав связующего, ГОСТ, дата изготовления)
- ОБРАЗЦЫ: (тип, размеры, количество, метод изготовления)
- УСЛОВИЯ КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ: температура 20 °С, относительная влажность 50% в течение 24 ч.
- УСЛОВИЯ ПРОВЕДЕНИЯ ИСПЫТАНИЯ: (температура, влажность, скорость нагружения)
- РЕЗУЛЬТАТЫ ИСПЫТАНИЙ:
| № п/п | l0, мм | Размеры образцов, мм | S0, мм2 | F, Н | sр, МПа | |
| h | b | |||||
| 1 | ||||||
| … | ||||||
| Среднее арифметическое значение, МПа | ||||||
| Среднее квадратическое отклонение | ||||||
| Коэффициент вариации, % | ||||||
Испытания провел:
ПРОТОКОЛ № ____ от _____________
Определения модуля упругости при растяжении по ГОСТ 9550–81
- ИСПЫТАТЕЛЬНАЯ МАШИНА (тип, номер, год выпуска, шкала)
- АППАРАТУРА: (измеритель удлинения, тип и основные характеристики)
- МАТЕРИАЛ: (тип, марка или состав связующего, ГОСТ, дата изготовления)
- ОБРАЗЦЫ: (тип, размеры, база, количество, метод изготовления)
- УСЛОВИЯ КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ: температура 20 °С, относительная влажность 50 % в течение 24 часов.
- УСЛОВИЯ ПРОВЕДЕНИЯ ИСПЫТАНИЯ: (температура, влажность, скорость нагружения)
- РЕЗУЛЬТАТЫ ИСПЫТАНИЙ:
| № п/п | l0, мм | Размеры образцов, мм | S0, мм2 | Нагрузка, Н | Удлинение, мм | Ер, ГПа | |||
| h | b | F1 | F2 | l1 | l2 | ||||
| 1 | |||||||||
| … | |||||||||
| Среднее арифметическое значение | |||||||||
| Среднее квадратическое отклонение | |||||||||
| Коэффициент вариации, % | |||||||||
Испытания провел:
Читайте также: Механические свойства полимеров
Список литературы:
Пластмассы. Метод определения модуля упругости при растяжении, сжатии и изгибе: ГОСТ 9550–81. – Взамен ГОСТ 9550–71; введ. 01.07.1982. – М.: ИПК Изд-во стандартов, 2004. – 8 с.
Пластмассы. Метод испытания на растяжение: ГОСТ 11262–80. – Взамен ГОСТ 11262–76; введ. 01.12.1980. – М.: Изд-во стандартов, 1986.– 16 с.
Пластмассы. Методы механических испытаний. Общие требования: ГОСТ 14359–69. – Введен 01.01.1970. – М.: Изд-во стандартов, 1979.– 21 с.
Расчеты и испытания на прочность. Методы механических испытаний композиционных материалов с полимерной матрицей (композитов). Метод испытания плоских образцов на растяжение при нормальной, повышенной и пониженной температурах: ГОСТ 25.601–80. – Введен 01.07.81. – М.: Изд-во стандартов, 1980.– 16 с.
Автор: Кордикова Е.И., кандидат технических наук, доцент кафедры механики материалов и конструкций БГТУ
Источник: Композиционные материалы: Лабораторный практикум, 2007 год
Дата в источнике: 2007 год
Источник
×åì æå óäàðîïðî÷íîñòü îòëè÷àåòñÿ îò ïðî÷íîñòè? Ñ ôèçè÷åñêîé
òî÷êè çðåíèÿ, îòâåò çàêëþ÷àåòñÿ â òîì, ÷òî ïðî÷íîñòü
õàðàêòåðèçóåò òî, êàêóþ ñèëó íàäî ïðèëîæèòü, ÷òîáû ðàçðóøèòü
îáðàçåö, à óäàðîïðî÷íîñòü ãîâîðèò î òîì, êàêàÿ ýíåðãèÿ íåîáõîäèìà
äëÿ ðàçðóøåíèÿ îáðàçöà. Íî ýòî íà ñàìîì äåëå íè÷åãî íå ãîâîðèò
âàì î òîì, â ÷åì íà ïðàêòèêå çàêëþ÷àþòñÿ ðàçëè÷èÿ.
Çäåñü íåîáõîäèìî ïîìíèòü, ÷òî åñëè ìàòåðèàë ÿâëÿåòñÿ ïðî÷íûì,
òî ñîâåðøåííî íåîáÿçàòåëüíî îí áóäåò òàêæå è óäàðîïðî÷íûì. Ìû
ïîñìîòðèì åùå íà íåêîòîðûå ãðàôèêè, ÷òîáû ïîêàçàòü ýòî.
Ïîñìîòðèòå íà òîò, ÷òî ïðèâåäåí íèæå, ãäå åñòü òðè êðèâûõ,
îäíà ñèíÿÿ, îäíà êðàñíàÿ è îäíà ðîçîâàÿ.
Ñ äðóãîé ñòîðîíû, êðàñíûé ãðàôèê — ýòî êðèâàÿ íàïðÿæåíèé äëÿ
îáðàçöà, êîòîðûé ÿâëÿåòñÿ è ïðî÷íûì, è óäàðîïðî÷íûì. Ýòîò
ìàòåðèàë íå ÿâëÿåòñÿ òàêèì æå ïðî÷íûì, êàê è îáðàçåö íà ñèíåì
ãðàôèêå, îäíàêî ïëîùàäü ïîä êðèâîé íàìíîãî áîëüøå, ÷åì ó
îáðàçöà íà ñèíåì ãðàôèêå. Ïîýòîìó îí ìîæåò ïîãëîòèòü íàìíîãî
áîëüøå ýíåðãèè, ÷åì ñèíèé îáðàçåö.
Òàê ïî÷åìó æå êðàñíûé îáðàçåö ìîæåò ïîãëîòèòü íàñòîëüêî áîëüøå
ýíåðãèè, ÷åì îáðàçåö, ñîîòâåòñòâóþùèé ñèíåìó ãðàôèêó? Êðàñíûé
îáðàçåö óäëèííÿåòñÿ ãîðàçäî ñèëüíåå, ÷åì ñèíèé, ïðåæäå ÷åì îí
ðàçîðâåòñÿ. Âèäèòå ëè, äåôîðìàöèÿ ïîçâîëÿåò îáðàçöó ðàññåèâàòü
ýíåðãèþ. Åñëè îáðàçåö íå ìîæåò äåôîðìèðîâàòüñÿ, òî ýíåðãèÿ íå
áóäåò ðàññåèâàòüñÿ, ÷òî ïðèâåäåò ê ðàçðóøåíèþ îáðàçöà.
 ðåàëüíîé æèçíè íàì îáû÷íî íóæíû ìàòåðèàëû, êîòðûå áûëè áû è
ïðî÷íûìè, è óäàðîïðî÷íûìè.  èäåàëå áûëî áû ïðèÿòíî èìåòü
ìàòåðèàë, êîòîðûé áû íå ãíóëñÿ è íå ëîìàëñÿ, íî âåäü òàêîâà æèçíü.
Âàì ïðèõîäèòñÿ ÷åì-òî ïîñòóïàòüñÿ. Ïîñìîòðèòå ñíîâà íà ãðàôèêè.
Ñèíèé îáðàçåö îáëàäàåò íàìíîãî áîëåå âûñîêèì ìîäóëåì óïðóãîñòè,
÷åì êðàñíûé îáðàçåö. È õîòÿ äëÿ ìíîãèõ ïðàêòè÷åñêèõ ïðèëîæåíèé
áûëî áû õîðîøî, ÷òîáû ìàòåðèàë îáëàäàë âûñîêèì ìîäóëåì óïðóãîñòè
è ñîïðîòèâëÿëñÿ äåôîðìàöèè, íî â ðåàëüíîì ìèðå áóäåò ãîðàçäî ëó÷øå,
åñëè ìàòåðèàë áóäåò ãíóòüñÿ, à íå ëîìàòüñÿ. Åñëè èçãèá, ðàñòÿæåíèå
èëè äðóãàÿ äåôîðìàöèÿ ïðåäîòâðàùàåò ðàçðóøåíèå ìàòåðèàëà, òî òåì
ëó÷øå. Ïîýòîìó, êîãäà ìû ðàçðàáàòûâàåì íîâûå ïîëèìåðû èëè íîâûå
êîìïîçèöèîííûå ìàòåðèàëû, ìû ÷àñòî æåðòâóåì
íåáîëüøîé äîëåé ïðî÷íîñòè, ÷òîáû ñäåëàòü ìàòåðèàë áîëåå
óäàðîïðî÷íûì.
Ìåõàíè÷åñêèå ñâîéñòâà ðåàëüíûõ ïîëèìåðîâ
Ìû äîëãîå âðåìÿ ãîâîðèëè àáñòðàêòíî, òàê ÷òî òåïåðü, âîçìîæíî,
áûëî á íåïëîõî ïîãîâîðèòü î òîì, êàêèå ìàòåðèàëû ïðîÿâëÿþò
ðàçíûå âèäû ìåõàíè÷åñêèõ ñâîéñòâ, òî åñòü êàêèå ïîëèìåðû
ÿâëÿþòñÿ ïðî÷íûìè, êàêèå — óäàðîïðî÷íûìè è òàê äàëåå.
Âîò çà÷åì ñïðàâà ïðèâåäåí áîëüøîé ãðàôèê. Íà íåì ïðèâåäåíû äëÿ
ñðàâíåíèÿ òèïè÷íûå äèàãðàììû íàïðÿæåíèÿ äëÿ ðàçëè÷íûõ âèäîâ
ïîëèìåðîâ. Çåëåíûé ãðàôèê ïîêàçûâàåò, ÷òî òâåðäûå
ïëàñòèêè, òàêèå êàê
ïîëèñòèèðîë,
ïîëèìåòèëìåòàêðèëàò èëè
ïîëèêàðáîíàò ìîãóò âûäåðæèâàòü çíà÷èòåëüíûå
ìåõàíè÷åñêèå íàïðÿæåíèÿ, íî îíè íå òåðïÿò çíà÷èòåëüíûõ äåôîðìàöèé
è ðàçðóøàþòñÿ. Ïëîùàäü ïîä ñîîòâåòñòâóþùåé äèàãðàììîé íàïðÿæåíèé
ñîâñåì ìàëà. Ïîýòîìó ìû ãîâîðèì, ÷òî òàêèå ìàòåðèàëû ïðî÷íûå, íî
íå óäàðîïðî÷íûå. Âèäíî òàêæå, ÷òî íàêëîí ãðàôèêà î÷åíü âåëèê,
ýòî çíà÷èò, ÷òî òðåáóåòñÿ áîëüøîå óñèëèå äëÿ äåôîðìàöèè òâåðäîãî
ïëàñòèêà. (ß ïîëàãàþ, ÷òî ýòî è îçíà÷àåò áûòü òâåðäûì, íå ïðàâäà
ëè?) Òàê ÷òî ëåãêî âèäåòü, ÷òî òâåðäûå ïëàñòèêè îáëàäàþò âûñîêèìè
ìîäóëÿìè óïðóãîñòè. Êîðî÷å ãîâîðÿ, òâåðäûå ïëàñòèêè îáû÷íî áûâàþò
ïðî÷íûìè, íî êàê ïðàâèëî îíè áûâàþò íå ñëèøêîì óäàðîâÿçêèå, ýòî
çíà÷èò, ÷òî îíè õðóïêèå.
Ãèáêèå ïëàñòèêè òèïà
ïîëèýòèëåíà è
ïîëèïðîïèëåíà îòëè÷àþòñÿ îò òâåðäûõ ïëàñòèêîâ
òåì, ÷òî îíè íå ñòîëü õîðîøî ñîïðîòèâëÿþòñÿ äåôîðìàöèè, íî îíè
îáû÷íî íå òàê áûñòðî ëîìàþòñÿ. Êîíå÷íî æå, ýòî ñïîñîáíîñòü ê
äåôîðìàöèè ñïàñàåò èõ îò ðàçðóøåíèÿ. Íà÷àëüíûé ìîäóëü óïðóãîñòè
äîâîëüíî âûñîê, òî åñòü â òå÷åíèå íåêîòîðîãî âðåìåíè îíè
ïðîòèâîñòîÿò äåôîðìàöèè, íî åñëè ïðèëîæèòü ê ãèáêîìó ïëàñòèêó
äîñòàòî÷íî âûñîêîå ìåõàíè÷åñêîå íàïðÿæåíèå, òî â êîíöå êîíöîâ
îí äåôîðìèðóåòñÿ. Âû ìîæåòå ïðîäåëàòü ýòîò îïûò ñ êóñêîì
ïëàñòèêîâîãî ïàêåòà. Åñëè âû ïîïðîáóåòå ðàñòÿíóòü åãî, òî
ñíà÷àëà ýòî áóäåò íåëåãêî, íî êîãäà âû ðàñòÿíåòå åãî äîñòàòî÷íî
ñèëüíî, îí ïîääàñòñÿ è äàëüøå áóäåò ëåãêî ðàñòÿãèâàòüñÿ.
Îêîí÷àòåëüíûé âûâîä ñîñòîèò â òîì, ÷òî ãèáêèå ïëàñòèêè ìîãóò
áûòü íå ñòîëü ïðî÷íûìè, êàê òâåðäûå ïëàñòèêè, çàòî îíè îáëàäàþò
ãîðàçäî áîëåå âûñîêîé óäàðîâÿçêîñòüþ.
Èçìåíèòü ïîâåäåíèå ïëàñòèêîâ ïî íàãðóçêîé ìîæíî ïðè ïîìîùè
äîáàâîê, íàçâûàåìûõ ïëàñòèôèêàòîðàìè. Ïëàñòèôèêàòîð —
ýòî ìàëåíüêàÿ ìîëåêóëà, êîòîðàÿ äåëàåò ïëàñòèê áîëåå ãèáêèì.
Íàïðèìåð, áåç ïëàñòèôèêàòîðà
ïîëèâèíèëõëîðèä, èëè ñîêðàùåííî ÏÂÕ,
ÿâëÿåòñÿ òâåðäûì ïëàñòèêîì. Òâåðäûé íåïëàñòèôèöèðîâàííûé ÏÂÕ
èñïîëüçóåòñÿ äëÿ èçãîòîâëåíèÿ âîäîïðîâîäíûõ òðóá. Íî ïðè
ïîìîùè ïëàñòèôèêàòîðîâ ìîæíî ñäåëàòü ÏÂÕ äîñòàòî÷íî ãèáêèì,
÷òîáû äåëàòü èç íåãî òàêèå âåùè, êàê äåòñêèå íàäóâíûå èãðóøêè
äëÿ áàññåéíà.
Âîëîêíî, òàêèå êàê
ÊåâëàðTM,
óãëåðîäíîå âîëîêíî è
íåéëîí êàê ïðàâèëî îáðàäàþò äèàãðàììàìè
íàïðÿæåíèÿ âðîäå òîé, ÷òî ïîêàçàíà ãîëóáûì öâåòîì íà ïðèâåäåííîì
âûøå ãðàôèêå. Êàê è òâåðäûå ïëàñòèêè, îíè ñêîðåå ïðî÷íûå, ÷åì
óäàðîïðî÷íûå, è íå ñëèøêîì ñèëüíî äåôîðìèðóþòñÿ ïðè ðàñòÿãèâàþùåì
íàïðÿæåíèè. Íî åñëè âàì íóæíà èìåííî ïðî÷íîñòü, òî óæ âîëîêíà åþ
îáëàäàþò. Îíè ãîðàçäî áîëåå ïðî÷íû, ÷åì ïëàñòèêè, äàæå òâåðäûå,
à íåêòîðûå ïîëèìåðíûå âîëîêíà, êàê
ÊåâëàðTM,
óãëåðîäíîå âîëîêíî è
ïîëèýòèëåí ñâåðõâûñîêîé ìîåêóëÿðíîé ìàññû
îáëàäàþò áîëåå âûñîêîé ïðî÷íîñòüþ íà ðàçðûâ, ÷åì ñòàëü.
Ýëàñòîìåðû, òàêèå êàê
ïîëèèçîïðåí,
ïîëèáóòàäèåí è
ïîëèèçîáóòèëåí îáëàäàþò ìåõàíè÷åñêèìè
õàðàêòåðèñòèêàìè, ñîâåðøåííî îòëè÷íûìè îò äðóãèõ òèïîâ ìàòåðèàëîâ.
Ó ýëàñòîìåðîâ î÷åíü íèçêèå ìîäóëè óïðóãîñòèþ. Âû ìîæåòå âèäåòü ýòî
ïî î÷åíü ñàëîìó íàêëîíó ðîçîâîãî ãðàôèêà, íî âûÞ âîçìîæíî, è ðàíüøå
ýòî çíàëè. Âû âåäü çíàëè óæå, êàê ëåãêî ìîæíî ñîãíóòü èëè ðàñòÿíóòü
êóñîê ðåçèíû. Åñëè áû ýëàñòîìåðû íå îáëàäàëè áû ñòîëü íèçêèìè
ìîäóëÿìè óïðóãîñòè, îíè áûëè áû íå ñëèøêîì õîðîøèìè ýëàñòîìåðàìè,
íå ïðàâäà ëè?
Íî íå òîëüêî ìàëûé ìîäóëü óïðóãîñòè äåëàåò ïîëèìåð ýëàñòîìåðîì.
Òî, ÷òî åãî ëåãêî ðàñòÿíóòü, áûëî áû íå ñëèøêîì ïîëåçíî, åñëè áû
ìàòåðèàë ïîòîì íå âîçâðàùàëñÿ ê ñâîåé èñõîäíîé ôîðìå è ðàçìåðàì,
ïîñëå òîãî, êàê ìåõàíè÷åñêîå íàïðÿæåíèå ñíÿòî. Ðåçèíîâûå ëåíòû
áûëè áû áåñïîëåçíû, åñëè áû îíè òîëüêî ðàñòÿãèâàëèñü è íå
ñîêðàùàëèñü ïîòîì. Êîíå÷íî æå, ýëàñòîìåðû âîçâðùàþòñÿ â èñõîäíóþ
ôîðìó, è èìåííî ýòî äåëàåò èõ ñòîëü óäèâèòåëüíûìè. Îíè
õàðàêòåðèçóþòñÿ íå ïðîñòî âûñîêèìè äåôîðìàöèÿìè, íî è âûñîêîé
ñòåïåíüþ îáðàòèìîé äåôîðìàöèè.
Ïîãîâîðèì íå òîëüêî î õàðàêòåðèñòèêàõ ðàñòÿæåíèÿ
Ëàäíî, ýòî âñå î÷åíü õîðîøî è çäîðîâî, íî ïîêà ýòî íåáîëüøîå
îáñóæäåíèå ìåõàíè÷åñêèõ ñâîéñòâ, êîòîðûìè îáëàäàþò ðàçëè÷íûå
òèïû ïîëèìåðîâ êðóòèëîñü â îñíîâíîì âîêðóã õàðàêòåðèñòèê
ðàñòÿæåíèÿ. Åñëè ìû ïîñìîòðèì íà äðóãèå ñâîéñòâà, ñâÿçàííûå ñî
ñæåòèåì èëè èçãèáîì, òî ìû ìîæåì ïîëó÷èòü ñîâåðøåííî èíóþ
êàðòèíó. Íàïðèìåð, âîëîêíà îáëàäàþò î÷åíü âûñîêîé ïð÷íîñòüþ
íà ðàçðûâ, à òàêæå íåïëîõîé ïðî÷íîñòüþ íà èçãèá, íî êàê ïðàâèëî
ó íèõ ñîâåðøåííî îòâðàòèòåëüíûå õàðàêòåðèñòèêè ïðè ñæàòèè.
Êðîìå òîãî, õîðîøåé ïðî÷íîñòüþ íà ðàçðûâ îíè îáëàäàþò òîëüêî
â íàïðàâëåíèè âîëîêîí.
Îáçîð ðàçëè÷íûõ âèäîâ ïðî÷íîñòè, èëè îáúåäèíèì óñèëèÿ!
Ìû ìíîãî ãîâîðèëè î òîì, ÷òî íåêîòîðûå ïîëèìåðû ÿâëÿþòñÿ
óäàðîïðî÷íûìè, òîãäà êàê äðóãèå — ïðîñòî ïðî÷íûìè, è î òîì, êàê
÷àñòî ïðèõîäèòñÿ ÷åì-òî ïîñòóïàòüñÿ ïðè ñîçäàíèè íîâûõ ìàòåðèàëîâ.
Íàïðèìåð, ÷àñòî ïðèõîäèòñÿ æåðòâîâàòü ïðî÷íîñòüþ ðàäè
óäàðîïðî÷íîñòè. Íî èíîãäà ìû ìîæåì ñîçäàòü ñî÷åòàíèå äâóõ ïîëèìåðîâ,
÷òîáû ïîëó÷èòü íîâûé ìàòåðèàë, îáëàäàþùèé ñâîéñòâàìè îáåèõ
ñîñòàâëÿþùèõ. Ñóùåñòâóåò òðè îñíîâíûõ ñïîñîáîâ ñäåëàòü ýòî, è âîò
ýòè ñïîñîáû: ñîïîëèìåðèçàöèÿ,
ñìåøèâàíèå, è èçãîòîâëåíèå
êîìïîçèöèîííûõ ìàòåðèàëîâ.
Ïðèìåðîì ñîïîëèìåðà, êîòîðûé ñî÷åòàåò â ñåáå ñâîéñòâà äâóõ
ìàòåðèàëîâ, ÿâëÿåòñÿ ñïàíäåêñ.
Ýòî ñîïîëèìåð, ñîäåðæàùèé áëîêè ýëàñòîìåðà ïîëèîêñèýòèëåíà
è òâåðäîãî polyurethane, îáðàçóþùåãî
âîëîêíî.  ðåçóëüòàòå ìû ïîëó÷àåì âîëîêíî, êîòîðîå ðàñòÿãèâàåòñÿ.
Ñïàíäåêñ èñïîëüçóåòñÿ äëÿ èçãîòîâëåíèÿ ýëàñòè÷íîé îäåæäû, êàê
íàïðèìåð, øòàíû äëÿ åçäû íà âåëîñèïåäå.
Óäàðîïðî÷íûé ïîëèñòèðîë, èëè
ñîêðàùåííî ÓÏÏÑ, ÿâëÿåòñÿ
íåñìåøèâàåìîé ñìåñüþ, êîòîðàÿ ñî÷åòàåò
â ñåáå ñâîéñòâà äâóõ ïîëèìåðîâ,
ïîëèñòèðîëà è
ïîëèáóòàäèåíà. Ïîëèñòèðîë ÿâëÿåòñÿ òâåðäûì
ïëàñòèêîì. Åñëè ñìåøàòü åãî ñ
ýëàñòîìåðîì ïîëèáóòàäèåíîì, òî îíè îáðàçóþò
ñìåñü ñ ðàçäåëåííûìè ôàçàìè, êîòîðûå îáëàäàþò ïðî÷íîñòüþ
ïîëèñòèðîëà âìåñòå ñ óäàðîïðî÷íîñòüþ, îáåñïå÷èâàåìîé
ïîëèáóòàäèåíîì. Ïî ýòîé ïðè÷èíå ÓÏÏÑ ãîðàçäî ìåíåå õðóïîê, ÷åì
îáû÷íûé ïîëèñòèðîë.
 ñëó÷àå êîìïîçèöèîííîãî ìàòåðèàëà ìû îáû÷íî èñïîëüçóåì
âîëîêíî äëÿ óñèëåíèÿ òåðìîðåàêòèâíîãî
ìàòåðèàëà. Òåðìîðåàêòèâíûå ìàòåðèàëû — ýòî âåùåñòâà ñ òðåõìåðíîé
ñòðóêòóðîé, êîòîðàÿ ïîëó÷àåòñÿ â ðåçóëüòàòå «ñøèâàíèÿ», è èõ
ïîâåäåíèå ïîä íàãðóçêîé êàê ïðàâèëî òàêîå æå, êàê è ó ïëàñòèêîâ.
Âîëîêíî óñèëèâàåò ïðî÷íîñòü êîìïîçèòà íà ðàçðûâ, òîãäà êàê
òåðìîïëàñòèê ñîîáùàåò åìó ïðî÷íîñòü íà ñæàòèå è óäàðîïðî÷íîñòü.
Ëèòåðàòóðà
Odian, George; Principles of Polymerization, 3rd ed., J. Wiley, New
York, 1991.
Jang, B. Z.; Advanced Polymer Composites: Principles and
Applications, ASM International, Materials Park, OH, 1994.
Âåðíóòüñÿ â äèðåêòîðèþ
Òðåòüåãî Óðîâíÿ
Âåðíóòüñÿ
â îñíîâíóþ äèðåêòîðèþ Ìàêðîãàëåðåè
Àâòîðñêîå ïðàâî ©1998
|
Ôàêóëüòåò
Íàóêè î Ïîëèìåðàõ
|
Óíèâåðñèòåò Þæíîãî
Ìèññèñèïè
Источник
Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 24 сентября 2019;
проверки требуют 7 правок.
Преде́л про́чности — механическое напряжение , выше которого происходит разрушение материала. Иначе говоря, это пороговая величина, превышая которую механическое напряжение разрушит некое тело из конкретного материала. Следует различать статический и динамический пределы прочности. Также различают пределы прочности на сжатие и растяжение.
Величины предела прочности[править | править код]
Статический предел прочности[править | править код]
Статический предел прочности, также часто называемый просто пределом прочности есть пороговая величина постоянного механического напряжения, превышая который постоянное механическое напряжение разрушит некое тело из конкретного материала. Согласно ГОСТ 1497-84 «Методы испытаний на растяжение», более корректным термином является временное сопротивление разрушению — напряжение, соответствующее наибольшему усилию, предшествующему разрыву образца при (статических) механических испытаниях. Термин происходит от представления, по которому материал может бесконечно долго выдержать любую статическую нагрузку, если она создаёт напряжения, меньшие статического предела прочности, то есть не превышающие временное сопротивление. При нагрузке, соответствующей временному сопротивлению (или даже превышающей её — в реальных и квазистатических испытаниях), материал разрушится (произойдет дробление испытываемого образца на несколько частей) спустя какой-то конечный промежуток времени (возможно, что и практически сразу, — то есть не дольше чем за 10 с).
Динамический предел прочности[править | править код]
Динамический предел прочности есть пороговая величина переменного механического напряжения (например при ударном воздействии), превышая которую переменное механическое напряжение разрушит тело из конкретного материала. В случае динамического воздействия на это тело время его нагружения часто не превышает нескольких секунд от начала нагружения до момента разрушения. В такой ситуации соответствующая характеристика называется также условно-мгновенным пределом прочности, или хрупко-кратковременным пределом прочности.
Предел прочности на сжатие[править | править код]
Предел прочности на сжатие есть пороговая величина постоянного (для статического предела прочности) или, соответственно, переменного (для динамического предела прочности) механического напряжения, превышая который механическое напряжение в результате (за конечный достаточно короткий промежуток времени) сожмет тело из конкретного материала — тело разрушится или неприемлемо деформируется.
Предел прочности на растяжение[править | править код]
Предел прочности на растяжение есть пороговая величина постоянного (для статического предела прочности) или, соответственно, переменного (для динамического предела прочности) механического напряжения, превышая который механическое напряжение в результате (за конечный достаточно короткий промежуток времени) разорвет тело из конкретного материала. (На практике, для детали какой либо конструкции достаточно и неприемлемого истончения детали.)
Другие прочностные параметры[править | править код]
Мерами прочности также могут быть предел текучести, предел пропорциональности, предел упругости, предел выносливости, предел прочности на сдвиг и др. так как для выхода конкретной детали из строя (приведения детали в негодное к использованию состояние) часто достаточно и чрезмерно большого изменения размеров детали. При этом деталь может и не разрушиться, а лишь только деформироваться. Эти показатели практически никогда не подразумеваются под термином «предел прочности».
Прочностные особенности некоторых материалов[править | править код]
Значения предельных напряжений (пределов прочности) на растяжение и на сжатие у многих материалов обычно различаются.
У композитов предел прочности на растяжение обычно больше предела прочности на сжатие. Для керамики (и других хрупких материалов) — наоборот, характерно многократное превышение пределом прочности на сжатие предела прочности на растяжение. Для металлов, металлических сплавов, многих пластиков, как правило, характерно равенство предела прочности на сжатие и предела прочности на растяжение. В большей степени это связано не с физикой материалов, а с особенностями нагружения, схемами напряженного состояния при испытаниях и с возможностью пластической деформации перед разрушением.
Прочность твёрдых тел обусловлена в конечном счёте силами взаимодействия между атомами, составляющими тело. При увеличении расстояния между атомами они начинают притягиваться, причем на критическом расстоянии сила притяжения по абсолютной величине максимальна. Напряжение, отвечающее этой силе, называется теоретической прочностью на растяжение и составляет σтеор ≈ 0,1E, где E — модуль Юнга . Однако на практике наблюдается разрушение материалов значительно раньше, это объясняется неоднородностями структуры тела, из-за которых нагрузка распределяется неравномерно.
Некоторые значения прочности на растяжение в МПа (1 кгс/мм² = 100 кгс/см² ≈ 10 МН/м² = 10 МПа) (1 МПа = 1 Н/мм² ≈ 10 кгс/см²)[1]:
| Материалы | , МПа | |
|---|---|---|
| Бор | 5700 | 0,083 |
| Графит (нитевидный кристалл) | 2401 | 0,024 |
| Сталь 60С2А рессорно-пружинная | 1570 (после термообработки) | 0,0074 |
| Сапфир (нитевидный кристалл) | 1500 | 0,028 |
| Железо (нитевидный кристалл) | 1300 | 0,044 |
| Тянутая проволока из высокоуглеродистой стали | 420 | 0,02 |
| Тянутая проволока из вольфрама | 380 | 0,009 |
| Стекловолокно | 360 | 0,035 |
| Сталь Ст0 обыкновенного качества | 300 | 0,0017 |
| Нейлон | 50 | 0,0025 |
Примечания[править | править код]
- ↑ Диапазон пределов прочности для стали составляет 500—3000 МПа (Б. Н. Арзамасов, В. А. Брострем, Н. А. Буше и др. Конструкционные материалы. Справочник. — М.: Машиностроение, 1990. — 688 с.).
Источник