Тема 1. Классификация полимерных материалов и их область применения

Конспект лекций

по МДК 05.01Физико-механические испытания сырья, материалов и готовой продукции

для специальности: 240125 Технология производства и переработки пластических масс и эластомеров

Балаково, 2015

Одобрено предметно-цикловой комиссией химико – технологических дисциплин Председатель: __________________ Горбатова М.А. Протокол №___ «_____» _______________________

Составлено в соответствии с ФГОС среднего профессионального образования по специальности 240125 Технология производства и переработки пластических масс и эластомеров Зам. директора по учебной работе   _________________ Хаустова Л.Б.

 

Подготовила: преподаватель первой категории Костюченко Елена Александровна

Тема 1. Классификация полимерных материалов и их область применения

Полимеры известны лишь на протяжении последних 100 лет и являются наиболее молодой группой материалов. Наряду с такими традиционными материалами, как металл, дерево или керамика, полимеры прочно заняли свое место во всех сферах промышленного производства и повседневной жизни. В этой главе мы постараемся дать ответ на вопрос «Что такое полимеры? »

Полимеры - высокомолекулярные соединения, молекулы которых состоят из большого числа элементарных звеньев одинаковой структуры (мономеров). Существует два основных метода получения полимеров: полимеризация и поликонденсация.

 

Образование полимеров происходит в результате химических реакций. При этом используют би- или многофункциональные низкомолекулярные вещества (мономе­ры), взаимодействующие по одной из трех реакций образования полимеров:

1.Полимеризация

Рис 1. Классификация полимеров

Полимеризаация — процесс образования высокомолекулярного вещества(полимера) путём многократного присоединения молекул низкомолекулярного вещества (мономера, олигомера) к активным центрам в растущей молекуле полимера. Молекула мономера, входящая в состав полимера, образует так называемое мономерное (структурное) звено.

Например, полимеризация этилена записывается следующим образом:

n CH₂=CH₂ → (–CH₂–CH₂–)_n

2.Поликонденсаци

Поликонденсация — процесс синтеза полимеров из полифункциональных (чаще всего бифункциональных) соединений, обычно сопровождающийся выделением низкомолекулярных побочных продуктов (воды, спиртов и т. п.) при взаимодействии функциональных групп.

получение лавсана из терефталевой кислоты и этиленгликоля:

n HOOC-C₆H₄-COOH + n HO-CH₂CH₂-OH →

→ HO-(-CO-C₆H₄-CO-O-CH₂CH₂-O-)_n-H + (n-1) H₂O

Классификация полимеров

СВОЙСТВА ПОЛИМЕРОВ

Наибольшие отличия полимеров от низкомолекулярных соединений и веществ немолекулярного строения проявляются в механических свойствах, в поведении растворов и в некоторых химических свойствах.

Особые механические свойства:

- эластичность - способность к высоким обратимым деформациям при относительно небольшой нагрузке (каучуки);

- малая хрупкость стеклообразных и кристаллических полимеров (пластмассы, органическое стекло);

- способность макромолекул к ориентации под действием направленного механического поля (используется при изготовлении волокон и пленок).

Особенности растворов полимеров:

- высокая вязкость раствора при малой концентрации полимера;

- растворение полимера происходит через стадию набухания.

Особые химические свойства:

- способность резко изменять свои физико-механические свойства под действием малых количеств реагента (вулканизация каучука, дубление кож и т.п.).

Особые свойства полимеров объясняются не только большой молекулярной массой, но и тем, что макромолекулы имеют цепное строение и обладают уникальным для неживой природы свойством - гибкостью.

Применение полимеров

Благодаря механической прочности, эластичности, электроизоляционным и другим свойствам изделия из полимеров применяют в различных отраслях промышленности и в быту. Основные типы полимерных материалов — пластические массы, резины, волокна, лаки, краски, клеи, ионообменные смолы. В технике полимеры нашли широкое применение в качестве электроизоляционных и конструкционных материалов. Полимеры – хорошие электроизоляторы, широко используются в производстве разнообразных по конструкции и назначению электрических конденсаторов, проводов, кабелей, Синтетические полимеры используют либо в чистом виде, либо в сочетании с другими материалами (наполнителями, красителями, стабилизаторами и т.п.), придающими им специфические свойства. Так, например, сочетая фенолформальдегидную смолу с хлопчатобумажной тканью получают текстолит, со стекловолокном – стеклопласт, с бумагой – гетинакс.

На основе полимеров получены материалы, обладающие полупроводниковыми и магнитными свойствами. Значение биополимеров определяется тем, что они составляют основу всех живых организмов и участвуют практически во всех процессах жизнедеятельности.

Вопросы для закрепления знаний

1. Что такое ВМС?

2. Что такое мономер?

3. Что такое степень полимеризации?

4. Особые механические свойства полимеров?

5. Особые химические свойства полимеров?

6. Физические состояния полимеров?

7. Применение полимеров?

 

Тема 4. Технологические свойства пластмасс и резин

Пластические и эластические свойства

Твердость резины

Твердость резины характеризуется сопротивлением вдавливанию в резину металлической иглы или шарика (индентора) под действием усилия сжатой пружины или под действием груза.

Для определения твердости резины применяются различные твердомеры.
Часто для определения твердости резины используется твердомер ТМ-2 (типа Шора), который имеет притупленную иглу, связанную с пружиной, находящейся внутри прибора.
Твердость определяется глубиной вдавливания иглы в образец под действием сжатой пружины при соприкосновении плоскости основания прибора с поверхностью образца (ГОСТ 263—75). Вдавливание иглы вызывает пропорциональное перемещение стрелки по шкале прибора.
Максимальная твердость, соответствующая твердости стекла или металла, равна 100 условным единицам.
Резина в зависимости от состава и степени вулканизации имеет твердость в пределах от 40 до 90 условных единиц.
С увеличением содержания наполнителей и увеличением продолжительности вулканизации твердость повышается; мягчители (масла) снижают твердость резины.

Теплостойкость

О стабильности механических свойств резины при повышенных температурах судят по показателю ее теплостойкости. Испытания на теплостойкость производят при повышенной температуре (70 °С и выше) после прогрева образцов при температуре испытания в течение не более 15 мин (во избежание необратимых изменений) с последующим сопоставлением полученных результатов с результатами испытаний при нормальных условиях (23±2°С).

Количественной характеристикой теплостойкости эластомеров служит коэффициент теплостойкости, равный отношению значений прочности при растяжении, относительного удлинения при разрыве и других показателей, определенных при повышенной температуре, к соответствующим показателям, определенным при нормальных условиях. Чем ниже показатели при повышенной температуре по сравнению с показателями при нормальных условиях, тем ниже коэффициент теплостойкости.

Полярные каучуки обладают пониженной теплостойкостью.
Наполнители значительно повышают теплостойкость резин.

Износостойкость

Основным показателем износостойкости является истираемость и сопротивление истиранию, которые определяются в условиях качения с проскальзыванием (ГОСТ 12251—77) или в условиях скольжения по истирающей поверхности, обычно, как и в предыдущем случае, по шлифовальной шкурке (ГОСТ 426—77).
Истираемость ( определяется как отношение уменьшения объема образца при истирании к работе, затраченной на истирание, и выражается в м3/МДж [см3/(кВт(ч)].
Сопротивление истиранию ( определяется как отношение затраченной работы на истирание к уменьшению объема образца при истирании и выражается в МДж/м3 [см3/(кВт(ч)].

Истирание кольцевых образцов при качении с проскальзыванием более соответствует условиям износа протекторов шин при эксплуатации и поэтому применяется при испытаниям на износостойкость протекторных резин.

Теплообразование при многократном сжатии

Теплообразование резины при многократном сжатии цилиндрических образцови характеризуется температурой, развивающейся в образце вследствие внутреннего трения (или повышением температуры при испытании).

Морозостойкость резины

Морозостойкость—способность резины сохранять высокоэластические свойства при пониженных температурах. Свойства резин при пониженных температурах характеризуются коэффициентом морозостойкости при растяжении, температурой хрупкости и температурой механического стеклования.

Коэффициент морозостойкости при растяжении (ГОСТ 408—66) представляет собой отношение удлинения образца при пониженной температуре к удлинению его (равному 100%) при температуре 23±2°С под действием той же нагрузки.

Резина считается морозостойкой при данной температуре, если коэффициент морозостойкости выше 0, 1.

Температура хрупкости Тхр—максимальная минусовая температура, при которой консольно закрепленный образец резины разрушается или дает трещину при изгибе под действием удара( ГОСТ 7912—74). Температура хрупкости резин зависит от полярности и гибкости макромолекул, с повышением гибкости молекулярных цепей она понижается.

Температурой механического стеклования называется температура, при которой каучук или резина теряют способность к высокоэластическим деформациям.
По ГОСТ 12254—66 этот показатель определяется на образцах, замороженных при температуре ниже температуры стеклования. Образец резины цилиндрической формы нагружают (после предварительного замораживания) и затем медленно размораживают со скоростью 1 °С в минуту и находят температуру, при которой деформация образца начинает резко возрастать.

РАБОТА НА ПРИБОРЕ

Испытания проводить следующим образом: на стол уста­новить испытуемое изделие и вращением маховика 8 поджи­мать к наконечнику до тех пор, пока малая стрелка ин­дикатора не встанет против красной точки, а большая, с по­грешностью ±5 делений, —на нуль шкалы индикатора, если работать без ограничителя.

При работе с ограничителем, когда большая стрелка ин­дикатора точно установлена на нуле, опустить до образца ограничитель, прижать его к образцу и законтрить гайкой.

Если большая стрелка отклонилась больше чем на 5 де­лений относительно нулевого штриха шкалы, необходимо за­кончить испытание в обычном порядке, однако результат из­мерения в расчет не принимать, как недействительный.

Вращением барабана 7, который связан с рантом индика­тора тросом 10, установить нуль шкалы против конца боль­шой стрелки индикатора.

Плавным нажатием руки на клавишу включить в работу привод механизма нагружения. После окончания цикла нагруження произвести отсчет твердости по шкале индикатора.

С индикатора считывается непосредственная твердость испытуемого образца.

Вращением маховика против часовой стрелки испытуемое изделие отвести от наконечника и снять со стола.

Для каждой детали рекомендуется провести не менее трех испытаний.

Первые два испытания после смены наконечника (шарико­вого или алмазного) во внимание не принимать.

Вопросы для закрепления знаний

1. Твердость-это?

2. Методы определения твердости их единицы измерения?

3. Устройство и принцип работы твердомера ТМ -2?

4. Устройства и принцип работы твердомера ТК-2?

5.

Тема 8.Назначение и технические характеристики станка Пресс П-10

Назначение: Пресс лабораторный испытательный гидравлический П-10 предназначен для испытаний образцов изделий на сжатие

Описание: Пресс П-10 оснащен торсионным силоизмерителем. Отображение создаваемой на образец нагрузки выводится на аналоговый циферблат. Нагружающий модуль пресса оснащен двумя вертикальными колоннами, с помощью центрального винта в ручную перемещается подвижная траверса. Особенность пресса по сравнению с другими машинами ИП-100.0, МС-100 в увеличенном рабочем пространстве. Пресс лабораторный П-10 устанавливается на фундамент высотой не менее 300 мм.

Основные технические характеристики пресса испытательного П-10

 

 

Характеристика	Значение
Наибольшая создаваемая нагрузка, кН
Тип привода и силоизмерителя	Электрогидравлический, торсионный
Отображение данных испытания	Аналоговый циферблат
Диапазон измерения основной/дополнительный, кН	10-100
Погрешность при нагружении, %	±2
Рабочий ход гидравлического поршня, мм.
Высота рабочего пространства, включая ход гидравлического поршня, мм.
Максимальная скорость перемещения гидравлического поршня, мм/мин.
Расстояние между колоннами, мм.
Размеры плит сжатия, мм.	210х210
Габаритные размеры (ДхШхВ), мм.	880х650х1530
Масса испытательной машины, кг.
Мощность, кВт.	1, 2
Электропитание	~380V/50Hz (с нулевым проводом)

 

Определение проводят по ГОСТ 4651-82 «Пластмассы. Метод испыта­ния на сжатие». Испытание проводят на пяти образцах, имеющих форму цилиндра диаметром 10 мм и высотой 15 или 30 мм. Для слоистых поли­мерных материалов образцы имеют форму бруска с основанием размером 10х10 мм и высотой 15 мм.

Рис.12 Пресс П-10

Перед испытанием измеряют каждый образец и вычисляют площадь его поперечного сечения. Испытание проводят на универсальных испытатель­ных машинах различных марок. Образец помещают между двумя плитами ма­шины и подвергают действию равномерно возрастающего сжимающего усилия со скоростью нагружения 2, 5 МПа/с до полного разрушения образца. По шкале машины определяют нагрузку в Н, при которой образец разрушает­ся.

По окончанию опыта проводят расчет прочности при сжатии.

Вопросы для закрепления знаний

1. Аппарат для испытания на сжатие?

2. Характеристики пресса П-10?

3. Методика испытания на сжатие?

 

Проведение испытания

Перед испытанием на образцы наносят необходимые метки в соответствии с табл. Метки не должны ухудшать качество образцов или вызывать разрыв образцов в местах меток.

Толщину и ширину образцов измеряют в трех местах, в середине и на расстоянии 5 мм от

меток. Из полученных значений вычисляют средние арифметические величины, по которым

вычисляют начальное поперечное сечение А₀.

Образцы, у которых минимальное и максимальное значения толщины или ширины различаются более чем на 0, 2 мм, не испытывают.

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 направлениям движения подвижного зажима. Зажимы равномерно затягивают, чтобы исключалось скольжение образца в процессе испытания, но при этом не происходило его разрушения в месте закрепления.

Испытания проводят при температуре (296±2) К (23±2)°С и относительной влажности

(50±5)%, если в нормативно-технической документации на материал нет других указаний.

При растяжении образца происходит его раздир в направлении, перпендикулярном направлению растяжения, до разделения образца на части. Фиксируют нагрузку, соответствующую полному разруше­нию образца. От каждой пробы должно быть испытано не менее пяти образцов.

Подготовка образцов.

Образцами для испытания на разрывных машинах являются двухсторонние лопатки. Размеры образцов долж­ны соответствовать данным, представленным в ГОСТ. Форма двухсторонней лопатки обеспечивает надежное закрепление в зажи­мах разрывной машины (рис.14).

 

Обработка результатов.

Рис. 14 Формы и размеры двухсторонних лопаток

На основании экспериментальных данных рассчитывают следующие показатели:

1.Условное напряжение при заданном удлинении (модуль при заданном удлинении) выражают величиной нагрузки при уд­линении (Р), отнесенной к площади первоначального сечения

2.Относительное удлинение при разрыве: снимают со шкалы удлинений или рассчитывают по формуле: процентным отношением приращения длины рабочего участка образца (11) в момент разрыва к первоначальной его длине

3.Относительное остаточное удлинение

4.Истинное напряжение в образце

5.Истинное напряжение при заданном удлинении

А: Предел пропорциональности.
B: Предел текучести.
С: Предел прочности.
Х: Разрушение.
0-А: Область предела текучести, упругие свойства.
После А: Пластичные свойства.

 

Представленная зависимость имеет прямолинейный участок, на котором приращение деформации

сопровождается прямопропорциональным приращением приложенного усилия, что соответствует закону Гука.

Эта деформация упругая. Упругие свойства проявляются пластмассами при очень малых численных значениях относительных деформаций. Форма образца и размер сечения рабочей части не изменяются (участок 0-А, рис. ).

Следующий участок А – В криволинеен. Отклонение от прямолинейности свидетельствует о проявлении

пластической составляющей, вклад которой по мере приближения к точке В возрастает. В точке В происходит резкое изменение хода зависимости, когда приращение деформации происходит без увеличения силы. Это вызвано изменением поперечного сечения образца, которое сужается.

Участок В – С снижения приложенного усилия, сопровождается развитием деформации. В точке

минимального напряжения появляется так называемая шейка. Её сечение меньше начального по крайней мере в 10 раз.

После образования шейки, вся рабочая часть образца вытягивается до перехода по всей длине в ленту. При этом происходит сближение соседних макроцепей полимера, усиливается межмолекулярное взаимодействие и наблюдается рост приложенного усилия.

 

Ориентационные эффекты не являются полностью необратимыми. После снятия нагрузки

восстанавливаются упругие деформации, определенные действием сил межмолекулярного взаимодействия.

Вопросы для закрепления знаний

1. Разрывная машина -это?

2. Устройство и принцип работы разрывной машины?

3. Методика работы на разрывной машине?

4. Обработка данных?

Тема 10. Назначение и технические характеристики станка Пресс-ножницы НВ – 5121

Ножницы предназначены для резки листового, сортового и фасонного проката, а также для выполнения операции вырубки прямоугольных и трехугольных пазов в листовом и фасонном прокате. Позволяют делать отрезку углового профиля под углом.

Характеристики

Временное сопротивление разрыву обрабатываемого материала кгс/мм - 50

Число ходов ползуна в минуту, ход/мин-непрерывных - 56

-одиночных -18

Габаритные размеры, мм

-длина -1600

Рис. 15 Пресс-ножницы НВ 5121 1-Передний лист станины, 2- задний лист станины, 3-шпильки, 4-основание станины, 5-прижимы, 6-шпонка, 7-листовой нож, 8-направляющие, 9-кронштейн, 10-капроновые вкладыши, 11-винты, 12-пружина, 13-ось, 14-шпилька, 15-стойка, 16, 17- тяга, 18-шпилька

-ширина – 700

-высота – 1400

Масса, кг - 1550

 

Принцип работы ножниц представлен рис. 15. Ползун с установленными на нем ножевыми плитами для резки сортового и профильного проката и ножами дли резки листа и вырубки пазов приводится в движение от шатуна, сво­бодно посаженного на эксцентриковый вал. Вращение на эксцент­риковый вал передается от электродвигателя через клиноременную передачу и одноступенчатую зубчатую передачу. Включение шатуна производится электромагнитом через систему тяг.

Станина предназначена для обеспечения взаимного расположе­нии и надежного крепления всех сборочных единиц ножниц, а так же для восприятия усилий, возникающих при резке металла

Станина выполнена разборной и представляет собой два листа передний 1 и задний 2, соединенных между собой при помощи шпилек 3. Передний лист приварен к основанию станины 4. В станине имеется отверстие для установки втулок-подшипников скольжения эксцентрикового вала, оси качения ползуна, инструменталь­ных плит.

Крепление плит осуществляется прижимами 5 и шпонкой 6. В нижней части станины имеется специальная выборка с отверстиями для крепления листового ножа 7. Спереди на станине приваре­ны две направляющие 8, на которых устанавливается параллель с передним упором. Сверху между двумя листами станины при по­мощи двух шпилек прикреплен кронштейн 9. в котором размеща­ется вал-шестерня привода с подшипниками Внутри станины на переднем и заднем листах а выборках размещены 6 капроновых вкладышей 10, которые служат направляющими для ползуна. Поджим вкладышей производится с помощью винтов 11.

Вопросы для закрепления знаний

1. Назначение пресс-ножниц?

2. Характеристики пресс-ножниц?

3. Устройство и принцип работы пресс-ножниц?

Глоссарий

1.Что такое полимер?

2.Способы синтеза полимеров?

3.Классификация полимеров по строению?

4.Классификация полимеров по составу основной цепи?

5.Классификация полимеров по структуре полимера?

6.Способы производства полимерных материалов?

7.Что такое степень полимеризации?

8.Что такое низкомолекулярные соединения?

9.Перечислите технологические свойства пластмасс?

10.Перечислите технологические свойства резин?

11.Какие испытания проводят на копрах?

12.В чем принцип работы копра?

13.Виды шлифовальных- заточных станков?

14.Назанчение шлифовально-заточных станков?

15.Что такое твердость?

16.Методы испытания полимеров на твердость?

17. Твердость поБринеллю, единицы измерения?

18. Твердость поВиккерсу, единицы измерения?

19.Твердость по Роквеллу, единицы измерения?

20.Твердость по Шору, единицы измерения?

21.Принцип работы на твердомере?

22. Назначение пресса П-10?

23.Принцип работы на прессе П-10?

24.Назначение разрывной машины?

25.Принцип работы разрывной машины?

26.Назначение пресс-ножниц?

27.ОТК-?

28.Виды технического анализа?

29. Виды полимеров по отношению к нагреву?

30. Что такое облой?

 

 

Конспект лекций

по МДК 05.01Физико-механические испытания сырья, материалов и готовой продукции

для специальности: 240125 Технология производства и переработки пластических масс и эластомеров

Балаково, 2015

Одобрено предметно-цикловой комиссией химико – технологических дисциплин Председатель: __________________ Горбатова М.А. Протокол №___ «_____» _______________________

Составлено в соответствии с ФГОС среднего профессионального образования по специальности 240125 Технология производства и переработки пластических масс и эластомеров Зам. директора по учебной работе   _________________ Хаустова Л.Б.

 

Подготовила: преподаватель первой категории Костюченко Елена Александровна

Тема 1. Классификация полимерных материалов и их область применения

Полимеры известны лишь на протяжении последних 100 лет и являются наиболее молодой группой материалов. Наряду с такими традиционными материалами, как металл, дерево или керамика, полимеры прочно заняли свое место во всех сферах промышленного производства и повседневной жизни. В этой главе мы постараемся дать ответ на вопрос «Что такое полимеры? »

Полимеры - высокомолекулярные соединения, молекулы которых состоят из большого числа элементарных звеньев одинаковой структуры (мономеров). Существует два основных метода получения полимеров: полимеризация и поликонденсация.

 

Образование полимеров происходит в результате химических реакций. При этом используют би- или многофункциональные низкомолекулярные вещества (мономе­ры), взаимодействующие по одной из трех реакций образования полимеров:

1.Полимеризация

Рис 1. Классификация полимеров

Полимеризаация — процесс образования высокомолекулярного вещества(полимера) путём многократного присоединения молекул низкомолекулярного вещества (мономера, олигомера) к активным центрам в растущей молекуле полимера. Молекула мономера, входящая в состав полимера, образует так называемое мономерное (структурное) звено.

Например, полимеризация этилена записывается следующим образом:

n CH₂=CH₂ → (–CH₂–CH₂–)_n

2.Поликонденсаци

Поликонденсация — процесс синтеза полимеров из полифункциональных (чаще всего бифункциональных) соединений, обычно сопровождающийся выделением низкомолекулярных побочных продуктов (воды, спиртов и т. п.) при взаимодействии функциональных групп.

получение лавсана из терефталевой кислоты и этиленгликоля:

n HOOC-C₆H₄-COOH + n HO-CH₂CH₂-OH →

→ HO-(-CO-C₆H₄-CO-O-CH₂CH₂-O-)_n-H + (n-1) H₂O

Классификация полимеров

123456789Следующая ⇒

Поделиться: