Прочность при растяжении полиамидов мпа

ТЕХНОЛОГИЯ ПЛАСТМАСС НА ОСНОВЕ ПОЛИАМИДОВ

Большинство показателей механических свойств, приводимых в литературе, получены в результате из­мерений, выполненных в относительно короткий пе­риод времени при определенных температуре и ско­рости деформации. При таких испытаниях нагружение образца производится в режиме постоянной скорости деформации при растяжении, сжатии, сдвиге и изгибе образцов.

Свойства при растяжении

Скорость деформации при растяжении полиамидов обычно изменяется от 1 до 500 мм/мин. Заметные раз­личия в соотношении напряжения и деформации воз­никают при увеличении скорости растяжения, причем с повышением скорости модуль и предел текучести возрастают. Следовательно, скорость деформации обя­зательно должна указываться при описании резуль­татов испытаний, и этот фактор необходимо учиты­вать при сопоставлении данных различных авторов. Большинство стандартных испытаний контроля каче­ства полиамидов предусматривают использование ряда скоростей растяжения, в пределах которого и должны проводиться испытания.

Увеличение предела текучести при возрастании скорости растяжения приводит к удлинению участка пропорциональности между напряжением и деформа­цией и, как правило, к уменьшению разрывной дефор­мации и нелинейной области упругих деформаций.

Очень высокие скорости деформации, которые воз­никают при ударных нагрузках, приводят к исчезно­вению области течения и хрупкому разрушению поли­амидов. Изменение вида кривых напряжение — де­формация при снижении температуры испытания имеет такой же характер, как и при возрастании ско-
роста растяжения. При повышении температуры уменьшаются предел текучести и область пропорцио­нальности между напряжением и деформацией. На рис. 3.5 показано влияние температуры на зависи­мость напряжения от деформации растяжения высу­шенного ПА 66. Температура испытания, так же как и скорость деформации, должна обязательно указы­ваться, что необходимо для сравнения результатов, полученных различными авторами.

Свойства при сжатии

Чрезвычайно большое практическое значение имеет поведение полиамидов при сжатии. При низких деформациях величины модуля упругости полиамидов при сжатии и растяжении приблизительно равны. Для достижения одного и того же значения большой де­формации требуемое напряжение сжатия превышает напряжение растяжения. Это указывает на то, что при сжатии предел текучести выше, чем при растя­жении. Поскольку точное значение предела текучести при сжатии, как правило, оценить очень трудно, за критическое состояние материала принимают точку, отвечающую деформации 0,1 или 1%. На рис. 3.6 показаны типичные для ПА 66 кривые напряжение — деформация при растяжении и сжатии, полученные при малых временах нагружения [16]. Так же как и при растяжении, увеличение скорости сжатия приво­

Лит к увеличению модуля и предела текучести, а воз­растание температуры испытания уменьшает эти по­казатели. Таким образом, при сравнении результатов испытаний полиамидов при сжатии необходимо учи­тывать температуру и скорость деформации.

Свойства при изгибе

Модуль и прочность полиамидов при кратковре­менном изгибе наиболее удобно определять при ис­пользовании одного из стандартных методов, описан­ных в ASTM D 790 и DIN 53452. Согласно последнему методу, в стандартных условиях определяют такие характеристики полиамидов, как модуль упругости и предел текучести. Испытания полиамидов на изгиб обладают тем преимуществом, что допускают точное определение модуля при низких деформациях. При изгибе, так же как при растяжении и сжатии, повы­шение температуры вызывает уменьшение модуля и предела текучести.

Твердость

Термин «твердость» иногда используют для харак­теристики упругого отскока или сопротивления мате­риала образованию царапин. Но в этой монографии он обозначает сопротивление вдавливанию. В проти­воположность методам испытаний полиамидов при кратковременном растяжении, сжатии и изгибе, ис­пытания по определению твердости обычно произво­дят в условиях действия постоянной нагрузки. Эти испытания характеризуют свойства материала на по­верхности или в близлежащем слое, а не во всем объеме образца. Нагрузка обычно действует по нор­мали к поверхности через шарик или иглу. Деформа­ция продолжается до тех пор, пока напряжение не превысит предел текучести материала. Действительно, по величине предела текучести, измеренного при рас­тяжении, можно оценивать твердость. При испыта­ниях необходимо учитывать температуру и содержа­ние влаги в испытываемом материале. Методы, ис­пользующиеся для определения твердости, детально описаны в недавно вышедшей монографии [17]*. Зна­чения твердости, полученные любым методом, могут быть сравнимы только в том случае, когда условия приложения нагрузки и время ее действия являются стандартизованными. Для полиамидов наиболее часто — используются способы определения твердости по Рок — веллу (обычно используются шкалы R и М) и Шору (шкала D).

В принципе эти два метода практически не отли­чаются друг от друга и используются для испытания материалов и для контроля качества промышленных партий. Ввиду того что метод определения твердости по Шору не требует сложного аппаратурного оснаще­ния, он может использоваться для определения твер­дости партий полиамидов непосредственно при их из­готовлении. Шкалы твердости являются условными, причем показатели твердости по Роквеллу более чувствительны к изменению структуры материала. Типичные показатели твердости некоторых промыш­ленных полиамидов, определенные этими двумя спо­собами при 20 °С, приведены ниже:

Твердость

Твердость обычно возрастает с увеличением мо­дуля упругости полиамида (хотя не всегда линейно) и уменьшается с повышением температуры, содержа­ния влаги и отношения СН2 : CONH. Определение твердости, являющееся достаточно простым и не тре­бующим длительного времени способом оценки свойств материала, рекомендуется в тех случаях, когда воз­можна корреляция между твердостью и другими свой­ствами, определение которых трудоемко. Как видно

Из рис. 3.7, твердость может использоваться для оп­ределения градиента содержания влаги и глубины ее проникновения в экструдированном полиамиде.

Оба способа испытаний на вдавливание являются неразрушающими, поэтому определение твердости может быть использовано в производственном кон­троле.

Поведение при действии ударных нагрузок

Способность изделий из полиамидов противостоять действию ударных нагрузок зависит от ряда факто­ров, таких как температура, содержание влаги, кон­центрация напряжений и анизотропия свойств изде­лия. По этой причине результаты стандартных испы­таний, часто приводимые в проспектах фирм-произво­дителей полиамидов, не могут рассматриваться как достаточно надежные для предсказания поведения материала в реальных условиях эксплуатации.

При выборе материала можно воспользоваться ре­комендациями британского стандарта BS 4618, раз­дел 1.2, который дает достаточно надежную основу
для предсказания поведения полимера в различных условиях эксплуатации [2].

Особенно важным при таких испытаниях является определение чувствительности материала к надрезу. Оценка этого фактора осуществляется при проведе­нии сравнительных испытаний на цельных и надре­занных образцах, причем надрезы могут различаться по радиусу и глубине.

Стандартные испытания на сопротивление дей­ствию ударных нагрузок, например по Изоду и Шарпи, в общем случае позволяют сравнивать ре­зультаты, полученные на различных типах полиами­дов или на одном и том же полиамиде, но подвергну­том различной обработке. Обычно поведение мате­риала в процессе эксплуатации согласуется с предва­рительными результатами стандартных испытаний на устойчивость к ударным нагрузкам. Эти испытания часто используются для контроля качества материала. Как и следовало ожидать, сопротивление полиамидов действию ударных нагрузок увеличивается с повыше­нием температуры и содержания влаги в материале. Даже если не происходит никаких релаксационных переходов, понижение температуры способствует уве­личению жесткости и уменьшению ударной прочности. Наличие в полиамиде влаги и пластификаторов не­сколько уменьшает этот эффект, но не приводит к рез­кому уменьшению хрупкости. Полиамид, содержащий волокнистый наполнитель, становится менее чувстви­тельным к появлению надрезов по сравнению с нена — полненным. Кроме того, наполненный полиамид со­храняет более высокую ударную прочность при пони­жении температуры. На рис. 3.8 показано влияние температуры и величины надреза на ударную проч­ность стандартных образцов (50 X 6 X 3) ПА 66, не — наполненного и содержащего 33% стеклянного волок­на [18]. Рис. 3.9 иллюстрирует влияние величины над­реза на ударную прочность высушенного ненаполнен — ного и наполненного стеклянным волокном ПА 66 [18]. Ударная прочность образцов с надрезом ПА 66 срав-

——- иенаполненный, высушенный;—————- — наполненный 33% стеклянного

Волокна {образец без надреза не разрушается).

Рис. 3.9. Зависимость ударной прочности ПА 66 от величины надреза при 20 °С:

1—ненанолненный, высушенный; 2—наполненный 33% стеклянного волокна.

Нима с ударной прочностью других промышленных полимеров, испытанных в аналогичных условиях. Ниже приведены данные об ударной прочности раз­личных полимеров:

Ударная прочность (ASTM D 256), Н-м/м

АВС-сополимер

Ударопрочный………………. 214—534

Средней прочности………………….. 107—214

Полиацеталь

TOC o «1-3» h z гомополимер………………………………….. 75

Сополимер……………………………………… 64

ПА 66………………………………………….. 80

Поликарбонат…………………….. ……………. 133

Полиэтилен средней плотности. 53—800 Полипропилен

Гомополимер………………………………….. 53

Сополимер……………………………………. 160

Акрилатная смола

Стандартная…………………… 16

Сополимер со стиролом… 19

Ударопрочная………………… 64

Полистирол

Немодифицированный…. 16

Модифицированный каучуком 37—160 Поливинилхлорид

Немодифицированный…. 37

Модифицированный каучуком 800

Ударная прочность полиамидов возрастает с уве­личением средней молекулярной массы, и эта законо­мерность сохраняется даже при пониженных темпера­турах. Для линейных полиамидов ударная прочность повышается с увеличением отношения СН2 : CONH. В то же время полиамиды с повышенным содержа­нием СН2-групп менее подвержены влиянию темпера­туры. Например, при низких температурах в условиях действия ударных нагрузок ПА 11 и 12 являются практически незаменимыми, тогда как при повышении температуры в тех же изделиях может использоваться и ПА 66.

Полиамиды чрезвычайно устойчивы к действию повторяющихся ударных нагрузок, не приводящих к разрушению образца. В этом отношении они превос­ходят другие пластмассы, в том числе и более ударо­прочные. Ниже показаны результаты таких испытаний ПА 66 и смешанного эфира целлюлозы [3] [17]:

ПА 66

Высота надения груза при разрушении образца, мм

После 1 удара…………….. 890

После 10 ударов………….. 760

Ударная прочность по Изоду,

Н • м/м……………………… 107

Демпфирование колебаний

По своей способности противостоять действию вы­соких динамических нагрузок полиамиды превосходят большинство других промышленных пластмасс. Это обусловлено способностью материала поглощать энер­гию колебаний. Когда частота воздействия напряже­ний на изделие превышает некоторое критическое зна­чение, которое зависит от молекулярной массы и дру­гих факторов, выделяющаяся в объеме материала /—сухой, после литья; 2 — 3,2% НгО; 5 — 11,2% Н20.

Теплота приводит к его разрушению. При использова­нии полиамидов для изготовления изделий, подвер­гающихся действию циклических нагрузок, таких как шестерни и пропеллеры, поглощение энергии колеба­ний является положительной стороной, но при этом необходимо учитывать возможность недопустимого разогрева детали в процессе работы. Для борьбы с этим явлением наряду с понижением вибрации для увеличения теплоотвода из работающих деталей при­меняют металлические вкладыши. Поглощение энер­гии колебаний увеличивается с повышением темпера­туры и содержания влаги в образце. Степень демпфи­рования определяется модулем потерь и тангенсом угла механических потерь (tg б). Модуль потерь уменьшается с повышением температуры и значитель­но понижается при достижении области релаксацион­ного перехода. Подобным же образом модуль сдвига уменьшается с увеличением влагосодержания образца, что выражается в смещении области низких значений модуля в сторону пониженных температур. Рис. 3.10 иллюстрирует это на примере ПА 6 [19].

Сегодня мы расскажем о технологии производства ПВХ и металлопластиковых окон, а также объясним, какое оборудование и на каких этапах для этого используется. Эти знания не будут лишними, если вы собрались …

Полиамид 11 Этот полиамид образуется при конденсации амино­кислоты и впервые был получен в 1935 г. Карозерсом. В настоящее время он производится в основном Фран­цузской фирмой «Aquitaine Organico» под торговым названием …

В настоящее время создана широкая гамма раз­личных материалов на основе полиамидов, содержа­щих все необходимые добавки, что позволяет обеспе­чить комплекс заранее заданных свойств готового из­делия, а в некоторых случаях улучшить перерабаты …

Источник