Ненаполненные полимерные материалы

Это чисто полимерные материалы с небольшим количеством добавок - красителей, пластификаторов и стабилизаторов. К ним относятся следующие.

Органическое стекло (полиметилметакрилат). Обладает высокой светопрозрачностью (пропускает 91% солнечного света, до 75% ультрафиолетовых лучей), легче обычного стекла, не обладает хрупкостью, легко обрабатывается, применяется для остекления детских учреждений, больниц и санаториев. Недостаток органического стекла – низкая поверхностная прочность и старение.

Полистирол обладает химической стойкостью, высокими электроизоляционными свойствами, прозрачен, легко окрашивается. Применяется как отделочный материал для стен помещений с повышенной влажностью, для изготовления вентиляционных решеток, дверных ручек и получения пенопластов. К недостаткам следует отнести его хрупкость, низкую теплостойкость, старение.

Полиамиды (найлон, капрон и др.) обладают малой истираемостью, высокими электроизоляционными и антифрикционными свойствами. Применяются для изготовления мелких строительных деталей, санитарно-технических изделий, профилей, коврового покрытия полов.

Поливинилхлорид жесткий (винипласт) – термопластичный материал, выпускается в виде жесткого листа или профиля любой конфигурации. Бывает двух марок: ВН (непрозрачный) и ВП (прозрачный). Листовой непрозрачный винипласт используется для устройства антикоррозионных вентиляционных коробов в промышленном строительстве, водосточных труб, желобов, облицовки перегородок и дверей. Прозрачный материал применяется в светопрозрачных конструкциях-панелях, фонарях, перегородках.

Фиторопласты обладают высокой химической стойкостью, хорошими электроизоляционными и антифрикционными свойствами. Применяются в химическом машиностроении, мостостроении (в опорных частях и накаточных устройствах при надвижке пролетных строений мостов).

Пленочные материалы (пленки полиэтиленовые, поливинил-хлоридные и др.) получают экструзией или вальцево-каландровым способом. Полимерные пленки обладают водо-, паро- и газонепроницаемостью, являются гидроизоляционными материалами повышенного качества. Применяются для устройства гидроизоляции в тоннеле- и мостостроении, гидротехническом и промышленном строительстве. Выпускаются просвечивающиеся, полупрозрачные пленочные материалы. Они эластичны, легко моются, износо- и водостойки, поэтому их можно использовать для декоративной отделки стен помещений с влажным режимом работы.

Контрольные вопросы

1. Чем отличаются понятия “полимер” и “пластмасса”?

2. По каким признакам классифицируются полимеры и пластмассы?

3. Какие свойства пластмасс являются положительными и какие отрицательными?

4. Что такое слоистые пластики и где они применяются?

5. Чем отличаются древесностружечные плиты от стекловолокнитов и древесноволокнистых плит?

6. Какие рулонные материалы на основе полимеров применяются для покрытий полов?

7. Чем отличаются газонаполненные пластмассы от других видов пластмасс?

8. Укажите особенность ненаполненных полимерных материалов.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 1

ОПРЕДЕЛЕНИЕ КАЧЕСТВА ПЛАСТМАСС

Цель работы: изучение основных показателей качества пластмасс.

Оборудование и материалы: образцы пластмасс разных размеров; сушильный шкаф; дистиллированная вода; пресс для испытания на сжатие и изгиб; эксикатор, весы аналитические.

Задание 1

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВОДОПОГЛОЩЕНИЯ

Водопоглощение пластмасс определяют испытанием стандартных образцов в форме диска диаметром 50±1 мм и толщиной 3±0,2мм и квадрата со стороной 50±1 мм и толщиной, равной толщине листового или слоистого материала.

Из листового или слоистого материала вырезают не менее 5 образцов, затем их высушивают в сушильном шкафу при температуре 50±2 °С в течение 24 ч и охлаждают в эксикаторе при температуре 23±2°С.

Водопоглощение пластмасс определяют в холодной воде или методом кипячения.

При определении водопоглощения в холодной воде образцы полностью погружают в дистиллированную воду с температурой 23±0,5°С так, чтобы они не соприкасались со стенками сосуда и друг с другом. Через 24 ч образцы извлекают из воды, обтирают сухой не ворсистой тканью или фильтровальной бумагой не дольше 1мин и взвешивают.

При определении водопоглощения в кипящей воде образцы погружают в кипящую воду так, чтобы они не соприкасались друг с другом, со стенками и дном и выдерживают в ней в течение (30±1)мин мин. После кипячения образцы извлекают из сосуда и охлаждают в течение 15 мин в дистиллированной воде при 23±0,5°С. затем их вынимают из воды, обтирают и взвешивают. Водопоглощение, %, определяют по формуле

где: m₀ - масса высушенного образцы до погружения в воду, мг; m₁ - масса образца после выдерживания в воде, мг.

Задание 2

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРОЧНОСТИ ПРИ СЖАТИИ

Прочность при сжатии определяют по ГОСТ 4651–82 на образцах, изготовляемых различными способами: прессованием, литьем под давлением, вырезанием из готовых изделий. Образцы имеют форму цилиндра или параллелепипеда с квадратным или прямоугольным основанием.

Выбор вида и размеров образцов (табл. 1) устанавливается требованиями стандарта на материал. Образцы должны иметь ровную гладкую поверхность без вздутий, сколов, трещин, раковин и других дефектов.

Таблица 1

Вид образца	Модуль упругости материалов, МПа	Размеры образцов, мм
Н	А	b	d


Параллелепипед с квадратным основанием Параллелепипед с прямоугольным основанием Цилиндр	Более 1·10⁴ Более 1·10⁴ Более 1·10⁴	30±0,5 30±0,5 30±0,5	10±0,5 15±0,5 -	104±0,5 10±0,5 -	- - 12±0,5

Примечание. Н – высота образца; а, b – размеры сторон основания параллелепипеда; d – диаметр цилиндра.

Количество образцов, отбираемых от одной партии материала, должно быть не менее пяти.

От момента изготовления образца до испытания должно проходить не более 16ч. При испытании образец так устанавливают на пресс, чтобы его продольная ось совпадала с направлением действия силы. Скорость сближения площадок пресса должна быть 0,5...2 мм/мин.

Прочность пластмассы при сжатии определяется по формуле

где Р – разрушающая нагрузка, кгс; S – площадь поперечного сечения образца, см.

Задание 3

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРОЧНОСТИ НА РАСКОЛ

Прочность на раскол определяют при испытании слоистых пластмасс при статической нагрузке.

Образцы имеют форму прямоугольных параллелепипедов со стороной квадратного основания (40±1) мм и толщиной (10±0,5) мм. На одной из сторон образца фрезой делают прорез шириной 2 мм и глубиной 10, его направление должно совпадать с направлением длины плиты, из которой вырезан образец. Число образцов для каждого испытания должно быть не менее пяти.

Образец устанавливают на нижнюю плиту пресса. К верхней плите пресса прикрепляют клин из закаленной стали марки Э 48, угол при вершине которого составляет (60±1)°, ширина (44±0,5) мм и высота 40 мм. Клин вершиной вводят в прорез образца. Нагружение осуществляют с постоянной скоростью равной (5±0,5) кН/мин при температуре (20±5)°С.

Прочность на раскол определяют по формуле

где F – нагрузка, при которой проявляются первые признаки разрушения образца, кгс; а – ширина образца, см.

Задание 4

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРОЧНОСТИ ПРИ ИЗГИБЕ

Прочность при изгибе определяют при статической нагрузке (ГОСТ 4648–71) как отношение наибольшего изгибающего момента к моменту сопротивления поперечного сечения стандартного образца, свободно лежащего на двух опорах (рис. 1).

Размеры стандартного образца: длина не менее 80 мм, ширина (10±0,5) мм, толщина (4±0,2) мм. Образцы изготавливают формованием или механической обработкой. Количество образцов для испытания от одной партии материала в каждом из выбранных направлений должно быть не менее пяти.

Рис. 1 Устройство с нагружающим наконечником и опорами для испытания на статический изгиб

Перед испытанием образцы выдерживают при температуре (20±2)°С и относительной влажности (65±5) % в течение 88...94 ч.

В средней трети длины образца замеряют его ширину с точностью не менее 0,1 мм и толщину с точностью не менее 0,02 мм. Для испытания образец устанавливают широкой стороной на опоры, расстояние между которыми определяют по формуле

L=16h±0,5,

где h – высота образца, мм.

Если образец подвергается механической обработке с одной стороны, его следует помещать на опоры стороной, не подвергающейся обработке.

Для стандартных образцов скорость нагружения (2±0,5) мм/мин, для других – h/2 мм/мин.

В процессе нагружения непрерывно фиксируют нагрузку и соответствующий ей прогиб в середине пролета балки.

Разрушающее напряжение при изгибе определяют по формуле

где F – величина разрушающего или максимального изгибающего усилия, Н; 1 – расстояние между опорами, см; h – высота образца, см.

Задание 5

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРОЧНОСТИ ПРИ РАСТЯЖЕНИИ

Прочность при растяжении (по ГОСТ 11262–80) определяют на образца (табл. 2), полученных путем механической обработки листов, плит, отливок и стержней. Количество образцов от одного вида изделий должно быть не менее пяти.

Таблица 2

Параметр	Тип образца

Общая длина l₁, мм, не менее Расстояние между метками, определяющими положение кромок зажимов на образце 1₂, мм Длина рабочей части 1₃, мм Расчетная длина 1₀, мм Ширина головки b₁, мм Ширина рабочей части b₂, мм Толщина α, мм Большой радиус закругления r₁, мм Малый радиус закругления r₂, мм Радиус закругления г_з, мм не менее	80±5 33±1 25± 1 25±1 6±0,4 2±0,2 25±1 14±0,5 -	115±5 60±0,5 50±0,5 20±0,5 10±0,5 4±0,4 - -	- 500,5 250,5 - 20,2 - - -

Примечание. Допускается применение образцов типов 2 и 3 толщиной 1 мм при изготовлении их из листовых материалов.

Для испытаний образцы закрепляют зажимами в машине, которая при растяжении обеспечивает измерение нагрузки с погрешностью не более 1% и постоянную скорость раздвижения зажимов. Перед испытанием на образцы наносят необходимые метки в соответствии с табл. 2, которые не должны ухудшать качество или вызывать их разрыв.

Образцы измеряют в середине и на расстоянии 5 мм от меток и определяют среднее арифметическое значение.

При испытании измеряют нагрузку и удлинение образца непрерывно или в момент достижения предела текучести, максимальной нагрузки или разрушения.

Прочность при растяжении определяют по формуле

прочность при разрыве

где F_pm – максимальная нагрузка при испытании на растяжение, кгс; S₀ – начальное поперечное сечение образца, мм²; F_рр – нагрузка при которой происходит разрушение образца, кгс.

За окончательный результат принимают среднее арифметическое трех параллельных испытаний.

Контрольные вопросы

1. Какими методами определяют водопоглощение пластмасс?

2. На каких образцах определяют прочность при сжатии, раскол

и изгиб?

3. Для каких видов пластмасс необходимы испытания на растяжение?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 2