Предел прочности при растяжении пленки

Начало применения пленочных материалов при изготовлении изделий из кожи относится к последним десятилетиям. Поэтому эти материалы еще недостаточно изучены и для характеристики их свойств применяют в основном те же показатели, что и для характеристики искусственных материалов III класса: предел прочности при растяжении, удлинение при разрыве, жесткость, морозостойкость.

Характерной особенностью пленочных материалов является сильная зависимость показателей их свойств от исходного вещества и методов их изготовления.

Для определения механических свойств пленочных материалов применяются главным образом испытания на прочность при растяжении и на раздир. Эксплуатационные свойства пленок характеризуются показателями износостойкости и ударной прочности.

Прочность при растяжении пленочных материалов определяется аналогично испытаниям других искусственных материалов и характеризуется показателями: предел прочности, предел текучести и удлинение при разрыве. Типичная кривая деформации пленочных материалов показана на рис. 53. На первоначальном участке АБ деформация в основном носит упругий (обратимый) характер. Однако уже и в этой области наблюдается незначительная остаточная деформация. В точке Б начинается холодное течение образца (предел текучести) с появлением так называемой «шейки».

Рис. 53. Типичная кривая растяжения пленок.

Процесс течения образца происходит при практически постоянном напряжении; в этой области БВ происходит ориентация цепей полимера в направлении действия нагрузки, выражающаяся в постепенном увеличении длины шейки при неизменном поперечном сечении ее. С точки В начинается упругая деформация полностью ориентированного образца, при этом вновь начинает возрастать напряжение, и в точке Г происходит разрушение. Характер кривой деформации меняется с изменением температуры, как это видно на рис. 54, на примере полиэтиленовой пленки. При этом наблюдается резкое снижение предела прочности и предела текучести. Для других пленок наблюдается аналогичная картина. Показатели свойств при растяжении различных пленок приведены в таблицах раздела 30; 31; 32.

Рис. 54. Изменение характера кривой растяжения полиэтиленовых пленок при измерении температуры испытания.

Таблица 31

Типичные свойства полиэтиленовых пленок

При оценке этих показателей нужно сказать, что предел прочности и относительное удлинение при разрыве мало характеризуют эксплуатационные свойства пленок, но для сравнительного анализа они чрезвычайно ценны.

Важным показателем является предел текучести. На примере табл. 31 видно, что предел текучести на 15-30% ниже предела прочности. И более правильно характеризовать прочностные свойства пленок именно пределом текучести.

Большинство пленок, в особенности полиэтиленовые, при напряжениях ниже разрушающих при длительно действующих нагрузках проявляют ползучесть, т. е. с течением времени деформируются. Эти значения при высоких напряжениях могут достичь критической величины и привести к разрушению изделия. Возрастание температуры и увеличение прилагаемого напряжения приводит к увеличению скорости ползучести и более быстрому разрушению изделия.

Это нужно помнить при конструировании изделий и в случае сильно напряженной конструкции применять различные укрепляющие детали.

Показатель прочности на раздир особенно важен для пленок. Существующий метод определения сопротивлению раздиру разработан для резины, но может применяться и для пленок. Согласно ему, образец в форме подковки имеет надрезы (рис. 55). При растяжении на динамометре по одному из надрезов идет поперечный разрыв образца.

Сопротивление раздиру вычисляется по формуле

σz = Р / h [кгс/мм],

где Р — нагрузка, вызвавшая раздирание образца по месту надреза, кгс;

h — толщина образца, мм.

Рис. 55. Образец для определения сопротивления материала раздиранию.

Сопротивление раздиру выше у пленок с более равномерными свойствами в продольном и поперечном направлении. Сильная продольная ориентация пленки в процессе изготовления способствует снижению прочности на раздир.

Ударная прочность. Устойчивость пленок к ударному воздействию имеет большое значение для изделий из кожи, особенно для сумочных изделий. За количественную меру ударной прочности принимается вес такого падающегося на пленку груза, который вызывает разрушение 50% испытуемых образцов (эта величина обозначается F50). Или за характеристику принимают вес груза, при воздействии которого разрушается не более 1% всех пленок (величина F1).

Сильно влияет на ударную прочность температура переработки полимера. Жесткий полиэтилен (с плотностью 0,929) при повышении температуры переработки дает пленку более высокого качества. Для мягкого полиэтилена (с плотностью 0,918) оптимальная температура переработки находится ниже.

Меньшая ударная прочность пленки на сгибе по сравнению с прочностью посередине обязательно должна учитываться при конструировании изделий.

Ударная прочность может несколько уменьшаться при хранении. Однако заметные изменения прочности происходят только в первые 20-30 ч после изготовления пленки; дальнейшее уменьшение прочности практически незаметно.

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

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

1. ИСПЫТАТЕЛЬНАЯ МАШИНА (тип, номер, год выпуска, шкала)
2. АППАРАТУРА: (измеритель удлинения, тип и основные характеристики)
3. МАТЕРИАЛ: (тип, марка или состав связующего, ГОСТ, дата изготовления)
4. ОБРАЗЦЫ: (тип, размеры, количество, метод изготовления)
5. УСЛОВИЯ КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ: температура 20 °С, относительная влажность 50% в течение 24 ч.
6. УСЛОВИЯ ПРОВЕДЕНИЯ ИСПЫТАНИЯ: (температура, влажность, скорость нагружения)
7. РЕЗУЛЬТАТЫ ИСПЫТАНИЙ:

Испытания провел:

ПРОТОКОЛ № ____ от _____________

Определения модуля упругости при растяжении по ГОСТ 9550–81

1. ИСПЫТАТЕЛЬНАЯ МАШИНА (тип, номер, год выпуска, шкала)
2. АППАРАТУРА: (измеритель удлинения, тип и основные характеристики)
3. МАТЕРИАЛ: (тип, марка или состав связующего, ГОСТ, дата изготовления)
4. ОБРАЗЦЫ: (тип, размеры, база, количество, метод изготовления)
5. УСЛОВИЯ КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ: температура 20 °С, относительная влажность 50 % в течение 24 часов.
6. УСЛОВИЯ ПРОВЕДЕНИЯ ИСПЫТАНИЯ: (температура, влажность, скорость нагружения)
7. РЕЗУЛЬТАТЫ ИСПЫТАНИЙ:

Испытания провел:

 Читайте также: Механические свойства полимеров