5 MATERIALY POLIMEROWE_WLASCIWOSCI CIEPLNE_tresci

Zakład Mechaniki Doświadczalnej i Biomechaniki

Instytut Mechaniki Stosowanej

Laboratorium z przedmiotów: „MATERIAŁY POLIMEROWE”,

ĆWICZENIE nr 5 Właściwości cieplne materiałów polimerowych

Pojęcie „własności cieplne" obejmuje zespół zjawisk ściśle związanych w sensie fizycznym z własnościami cieplnymi tworzywa, a mianowicie z ciepłem właściwym i przewodnictwem cieplnym, jak również z rozszerzalnością cieplną. Przez pojęcie własności cieplne należy rozumieć zmianę własności mechanicznych tworzywa zachodzącą pod wpływem podwyższonej temperatury. Własności te ogólnie noszą nazwę odporności cieplnej. Porównawcze i podawane w katalogach kryteria odporności cieplnej stanowią wskaźniki temperatury mięknienia tworzyw sztucznych. Ściślej, oznacza się w ten sposób przedział temperatury, w którym tworzywo przechodzi z podstanu wysokoelastycznego do podstanu wysokoplastycznego w zakresie stanu fizycznego zwanego kauczukopodobnym. Standardowymi wskaźnikami odporności cieplnej materiałów polimerowych są: - Temperatura ugięcia pod obciążeniem (TM), jako temperatura, przy której znormalizowana próbka pod umownym obciążeniem osiągnie ugięcie o ściśle określonej wartości. Stosuje się tu dwie metody: Martensa ze zginaniem próbki w postaci belki wspornikowej, HDT ze zginaniem próbki w postaci belki na dwu podporach. - Temperatura mięknięcia według Vicata (TV), jako temperatura, przy której trzpień o powierzchni l mm2, pod określoną siłą zagłębi się w próbkę do umownej głębokości. Orientacyjnie można przyjąć, że temperatura ugięcia pod obciążeniem określa dolny zakres temperatury mięknienia i jest wskaźnikiem maksymalnej temperatury użytkowania tworzywa. Z kolei temperatura według Vicata oznacza górny zakres temperatury mięknienia i jest wskaźnikiem minimalnej temperatury przetwórstwa tworzywa przez plastyczne formowanie.

Ogólna charakterystyka termomechniczna stanów fizycznych polimeru

Oznaczenie temperatury mięknienia tworzyw termoplastycznych według Vicata (PN-EN ISO 306:2002 (U)) Temperatura mięknienia według Vicata jest to temperatura, przy której igła z hartowanej stali o kołowym przekroju poprzecznym 1 mm2 zagłębi się w badaną próbkę tworzywa na głębokość 1 mm pod działaniem określonego obciążenia, przy określonej szybkości wzrostu temperatury. W zależności od zastosowanego obciążenia rozróżnia się dwie metody oznaczania temperatury mięknienia wg Vicata: Metoda A – wykonywana przy obciążeniu 10±0,2N, Metoda B - wykonywana przy obciążeniu 50±0,5N. W zależności od zastosowanej szybkości wzrostu temperatury w każdej metodzie rozróżnia się dwa warianty oznaczania temperatury mięknienia według Vicata: I – wykonywany przy szybkości wzrostu temperatury wynoszącym 50±5°C/h, II – wykonywany przy szybkości wzrostu temperatury wynoszącym 120±10°C/h. Do wykonywania pomiaru stosuje się przyrząd przedstawiony schematycznie na rysunku 1.

Rys. 1. Schemat urządzenia do oznaczania temperatury mięknienia wg Vicata.1-czujnik zegarowy, 2-obciążenia zmienne, 3-płytka na obciążniki, 4-zestaw pręta i wgłębnika utrzymującego płytkę na obciążniku, 5-końcówka wgłębnika, 6płytka badana.

Składa się on z pręta zamocowanego w sztywnej obudowie, do którego przymocowana jest płytka do umieszczania obciążników. Na podstawie obudowy umieszcza się próbkę, a w dolnej części pręta zamocowuje się igłę z nierdzewnej hartowanej stali w kształcie walca o dł. 3 mm i powierzchni przekroju poprzecznego 1 ± 0,015 mm2. U góry pręta zamocowany jest czujnik o dokładności 0,01 mm i określonym nacisku sprężyny. Na płytce znajduje się obciążnik o ciężarze 1025 ± 25 g lub 5025 ± 25 g. Obciążniki powinny być tak ułożone, aby środek ich ciężkości znajdował się w osi pręta. Nacisk wywierany na próbkę przez pręt, igłę, płytkę i sprężynę czujnika nie może przekraczać 100 g. Urządzenie to umieszcza się w łaźni olejowej lub glicerynowej, zaopatrzonej w urządzenie grzejne z automatycznym regulatorem przyrostu temperatury, jak w metodzie Martensa. Odchylenia od prostoliniowego przebiegu temperatury w zależności od czasu nie mogą przekraczać ± 1°C. Ciecz w łaźni musi być całkowicie obojętna w stosunku do badanego tworzywa i nie może ulegać rozkładowi w temperaturze badania. Poziom cieczy powinien się znajdować 35 mm nad próbką. Temperaturę mierzy się z dokładnością 1°C. Ciecz w łaźni w czasie pomiaru należy mieszać. Próbki przygotowuje się w kształcie krążków o średnicy co najmniej 10 mm lub płytek prostokątnych o długości boku co najmniej 10 mm i grubości 3 - 6,5 mm. Próbki wykonuje się zależnie od rodzaju wyjściowego tworzywa przez wtrysk, prasowanie lub wycinanie. Powierzchnie poziome muszą być płaskorównoległe, w przeciwnym przypadku próbki należy odpowiednio obrobić, próbki z wyraźnymi wadami należy odrzucić. Przed badaniem próbki poddaje się klimatyzacji zgodnie z wytycznymi podanymi w normie lub ze wskaźnikami odnośnych norm przedmiotowych.

W opracowaniu wyników pomiarów należy podać: wymiary próbek Badane tworzywo: obciążenie: szybkość wzrostu temperatury TMV1 =

TMV2 =

.

. .