Работа 2. Испытание механических свойств пластиков и керамики.

Цель работы.

1. Ознакомиться с методами определения важнейших прочностных свойств неметаллических материалов.

2. Определить предел прочности при растяжении и ударную вязкость различных пластмасс и керамики.

3. Определить удельную прочность испытанных материалов и сравнить с другими конструкционными материалами.

4. Заучить таблицу основных механических свойств материалов.

5. Уяснить понятие, построить икдикатриссу анизотропии оболочек из композиционных материалов и объяснить влияние типа и расположения волокнистого наполнителя на эту характеристику.

6. Построить графики, уяснить характер температурной зависимости прочности и работы разрушения пластиков

Общие сведения.

Механические свойства конструкционных материалов оцениваются и сравниваются в первую очередь по пределу прочности при растяжении _р , сжатии_сжт , изгибе_изг, измеряемых в МПа, а для деталей, работающих при динамическом нагружении, - по ударной вязкости КС(кДж/м²или кгс/см²).

При оценке поведения неметаллических материалов под нагрузкой большую роль играет также зависимость деформаций материала от напряжения, характеризуемая модулем упругости E(МПа).

Механические свойства полимерных и композиционных материалов связаны с их составом и строением, они зависят от:

1. вида и структуры наполнителя (порошки, газовые включения, дискретные волокна, расположенные хаотически, непрерывные волокна, ориентированные в выбранном направлении, ткани различного переплетения и др.).

2. типа связующего, которое передает нагрузку на волокна наполнителя, обеспечивает монолитность и форму изделия. Оно также определяет теплостойкость (Т_{раб.мах}материала).

3. адгезии (прилипания) связующего и наполнителя.

4. метода и режима изготовления пластмассы.

5. температуры эксплуатации.

Роль связующего.

При пористом связующем и плохой адгезии к наполнителю прочность композитов невысокая, поэтому надо применять эпоксидные и полиимидные смолы.

Роль наполнителя.

Для ненаполненных органических полимерных материалов с линейной и сетчатой структурой предел прочности и модуль упругости по сравнению с металлами весьма низки и лежат в пределах 10-150 и 500-5000 МПа соответственно.

Для повышения механических свойств пластмасс вводят упрочняющие наполнители (таблица 1 к лаб. раб. 1).

Изделия из прессовочных порошков(карболитов) (рис. 1а) по прочностным характеристикам практически не отличаются от чистых полимеров. Эти детали – изотропные, несиловые, преимущественно электроизоляционного и декоративного назначения.

При неорганических наполнителях и теплостойком (например, кремнийорганическом или полиимидном) связующем они характеризуются высокими рабочими температурами до 300-500C.

Рис. 1 Структура пластмасс и композиционных материалов (связующее условно

показано прозрачным).

а - порошковые пластики; б - неориентированные волокниты (расположение волокон хаотическое); в - слоистый пластик гетинакс; г - слоистый пластик стеклотекстолит; д - композиционный материал, однонаправленно армированный; е - композиционный атериал, перекрестно (ортогонально) армированный системой двух нитей; ж - композиционный материал, армированный в объеме системой четырех нитей (I-IV); з - композиционный материал для обтекателей, армированный системой трех нитей (I-III).

Волокнистые хаотически расположенные наполнители(рис. 1б) повышают преимущественно ударную вязкость смол – связующих.

Листовые наполнителив виде бумаги (гетинакс), ткани (текстолит) сами по себе обладают сравнительно высокой прочностью (рис. 1 в, г). Наполнитель несет основную нагрузку, и прочность пластика зависит от сорта бумаги или ткани.

Композиционные материалы, состоящие из полимерной матрицы, упрочненной ориентированными высокопрочными волокнами, например стекловолокном, волокнами бора и углерода или полимерным (арамидным) волокном.