Порядок и методика выполнения работы

Физико-механические свойства электроизоляционных материалов (табл. 8. 2) относятся к характеристикам, от которых зависят выходные параметры, надежность и долговечность электроизоляционных материалов. Механические испытания пластмасс различаются типом деформации (растяжение, сжатие, изгиб, сдвиг, кручение и т.д.) и режимом нагружения (динамический или статический).

Таблица 8. 2

Физико-механические свойства полимеров

Показа-тели	ПЭВД	ПЭНД	ПЭСД	ПП	ПВХ	ПММА
σр ,МПа	17-10	45-18	40-18	30-40	40-60	60-90
σизг ,МПа	20-17	40-20	40-25	90-120	80-120	80-120
ан, КДж/м^2	Не лом.	2-150	7-120	100-110	2-10	8-20
НВ, МПа	17-25	49-60	60-68	60-65	130-160	170-240

Работа выполняется в следующей последовательности.

8. 1. Определение прочности при растяжении

Прочность при растяжении (разрушающее напряжение при растяжении) характеризуется нагрузкой, при которой разрушается образец, отнесенной к площади начального поперечного сечения образца. Для испытания на растяжение используют образцы, имеющие форму двухсторонней лопатки, толщина которой равна толщине листа испытуемого материала. После замеров поперечного сечения и длины рабочего участка образца, он закрепляется в зажимах разрывной машины и растягивается с постоянно возрастающей силой Р. Предел прочности при растяжении определяют по формуле:

, МПа

где P - наибольшая нагрузка, при которой произошел разрыв образца, Н; F₀ – площадь поперечного сечения образца до испытания, м².

Величину относительного удлинения образца при разрыве в процентах к первоначальной длине образца определяют следующим образом:

= ∆l/l₀·100%,

где - удлинение образца, %; ∆l - приращение длины; l0 - первоначальная длина.

8. 2. Определение прочности при сжатии.

Прочность при сжатии (разрушающее напряжение при сжатии) характеризуется напряжением при сжатии, соответствующем нагрузке, вызывающей разрушение образца. Метод заключается в следующем. Образец в форме прямоугольной призмы, прямого цилиндра или прямой трубки стандартных размеров помещается между двумя плитами, которые сближаются с постоянной скоростью. В момент разрушения фиксируется нагрузка, при которой это разрушение произошло.

Разрушающее напряжение при сжатии рассчитывают по формуле:

, МПа

где P - наибольшая нагрузка, при которой произошло разрушение образца, Н; F₀ – площадь поперечного сечения образца до испытания, м².

8. 3. Испытание на ударный изгиб (определение удельной ударной вязкости).

Удельная ударная вязкость определяется работой удара, необходимой для разрушения стандартного образца, свободно лежащего на двух опорах, при испытании его на изгиб ударной нагрузкой. Испытание проводится на маятниковом копре. Образец в форме бруска размером 10х15х120 мм. устанавливается на двух опорах копра так, чтобы удар пришелся по его широкой стороне. Маятник поднимается до верхнего исходного положения, в котором он фиксируется соответствующей защелкой. Стрелка устанавливается в начальное (нулевое) положение. Маятник освобождается, и, свободно падая, ударяет по образцу, разрушая его. Работа А, затраченная на разрушение образца, определяется по формуле

, Дж,

где Р - вес маятника, Н ; l - длина маятника, т.е. расстояние от его оси до центра тяжести, м; и - углы подъема маятника соответственно до и после излома образца в градусах.

Ударная вязкость а_н определяется по формуле:

а_н =А/FДж/м² ,

где А – работа, поглощенная образцом при его изломе, Дж;F – площадь поперечного сечения образца, м².

Чтобы не вычислять величину А по формуле, пользуются специальной таблицей (Таб. 8. 3), в которой для каждого угла и указана величина работы А.

8. 4. Определение прочности при статическом изгибе

Прочность при изгибе (разрушающее напряжение при изгибе) характеризуется изгибающим напряжением, возникающим в момент разрушения образца. При испытании на изгиб образцы из полимерных материалов в форме брусков размером 10х15х120 мм своей широкой стороной свободно устанавливают на опоры гидравлического пресса. Середина образца должна совпадать с осью наконечника, передающего нагрузку. Образец подвергают действию разрушающей силы, создаваемой плунжером насоса. Скорость приложения нагрузки к образцу должна находится в пределах 20 – 60 мм/мин. Испытание проводят на ручном прессе. Предел прочности при статическом изгибе определяется по формуле

= 3Рl/2вh² МПа,

где Р– величина разрушающей силы,Н;l –расстояние между опорами, м;в–ширина образца, м;h – толщина образца, м.

Величина разрушающей силы определяется по формуле:

Р = f_пл ·( Р_м − Р₁ ) Н,

где f_пл - площадь плунжера ручного пресса, м²;Р_м -показание манометра при разрушении образца, Па;Р₁ – показание манометра при холостом ходе, Па.

8. 5. Определение твердости материалов.

Твердость (поверхностная прочность) характеризуется способностью материала сопротивляться внедрению инородного тела.

Таблица 8. 3

Зависимость работы удара от угла подъема маятника

до и после излома образца

Угол подъё-ма маятника после изло-ма образца, градусы	Работа удара, Дж (кгс м), при угле подъёма маятника до излома образца, градусы.				Угол подъёма маятника после из-лома об-разца, градусы	Работа удара, Дж (кгс м), при угле подъёма маятника до излома образца, градусы
	69	90	107	130		69	90	107	130
2	1,97	3,07	3,97	5,04	66	0,15	1,25	2,15	3,22
4	1,96	3,06	3,96	5,04	68	0,05	1,15	2,05	3,12
6	1,95	3,05	3,95	5,03	70		1,05	1,95	3,02
8	1,94	3,04	3,94	5,01	72		0,95	1,85	2,92
10	1,92	3,02	3,92	5,00	74		0,86	1,79	2,82
12	1,90	3,00	3,90	4,98	76		0,74	169	2,72
14	1,88	2,98	3,88	4,95	78		0,64	1,54	2,61
16	1,85	2,95	3,85	4,92	80		0,53	1,43	2,51
18	1,82	2,92	3,82	4,89	82		0,43	1,32	2,40
20	1,77	2,87	3,77	4,85	84		0,32	1,22	2,29
22	1,75	2,85	3,74	4,82	86		0,21	1,11	2,19
24	1,70	2,80	3,70	4,78	88		0,11	1,00	2,08
26	1,66	2,76	3,66	4,73	90		0,00	0,90	1,97
28	1,61	2,71	3,61	4,68	92			0,79	1,87
30	1,56	2,66	3,56	4,63	94			0,68	1,76
32	1,50	2,60	3,50	4,58	96			0,58	1,65
34	1,44	2,55	3,44	4,52	98			0,47	1,55
36	1,38	2,48	3,38	4,48	100			0,36	1,44
38	1,32	2,42	3,32	4,39	102			0,26	1,34
40	1,25	2,35	3,25	4,33	104			0,15	1,23
42	1,18	2,28	3,18	4,25	106			0,05	1,13
44	1,11	2,21	3,11	4,18	108				1,05
46	1,03	2,13	3,03	4,11	110				0,92
48	0,95	2,05	2,95	4,03	112				0,82
50	0,87	1,97	2,87	3,95	114				0,72
52	0,79	1,89	2,79	3,86	116				0,63
54	0,70	1,80	2,70	3,78	118				0,53
56	0,62	1,72	2,61	3,69	120				0,44
58	0,53	1,63	2,52	3,60	122				0,35
60	0,43	1,54	2,43	3,51	124				0,26
62	0,34	1,44	2,34	3,41	126				0,17
64	0,24	1,35	2,24	3,32	128				0,08

Твердость оценивают как отношение силы, под действием которой внедряется инородное тело, к размеру отпечатка, образовавшегося при его внедрении. Существует несколько методов определения твердости, которые различаются по значениям нагрузок, глубины внедрения, времени приложения нагрузки и по форме инородного тела, внедряемого в образец.

Наиболее распространенным методом определения твердости полимерных материалов является метод Бринелля. Он заключается во вдавливании в материал стального шарика под заданной нагрузкой и измерении глубины его вдавливания в поверхность образца через определенное время действия нагрузки, приложенной после предварительного нагружения.

Твердость по Бринеллю НВ(МПа) определяют по формуле:

где Р– нагрузка при испытании, Н;D– диаметр шарика, мм;d– диаметр лунки, мм.

Проведение эксперимента

Подготовить образцы полимерных материалов для испытаний (зачистить образцы, произвести необходимые замеры). По описанным методикам произвести испытания на растяжение, сжатие, ударный и статический изгиб, определить твердость по методу Бринелля.

Рассчитать значения . Полученные данные занести в таблицу 8. 4.

Таблица 8. 4.

Материал	, МПа	, МПа	, МПа	ан,кДж/м^2	НВ, МПа