Sprawozdanie_Badanie_udarnosci_tworzyw_sztucznych.pdf

(169 KB) Pobierz
 
POLITECHNIKA WARSZAWSKA 
WYDZIAŁ SAMOCHODÓW I MASZYN ROBOCZYCH 
 
 
 
 
Laboratorium zawansowanych materiałów konstrukcyjnych. 
 
Ćwiczenie nr. 4 
„Badanie udarności tworzyw sztucznych” 
 
Studia stacjonarne magisterskie 
Grupa: 1.1 
Zespół: B 
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
 
 
Adam Kutrowski 
Anna Mackojć 
Dominika Nocuń 
Robert Kopka 
Paweł Szczeglacki 
Przemysław Świętochowski 
Piotr Trzpil 
Krzysztof Pacewski 
Stanisław Słowiański 
Cel i opis ćwiczenia.
Celem 
ćwiczenia 
jest  zbadanie  udarności  tworzyw  sztucznych  na  przykładzie 
polimerów, kopolimerów i kompozytów pultuzyjnych. Do oznaczenia udarności tworzyw 
sztucznych  wykorzystano  metodę  Charpy’ego  na  urządzeniu  zwanym  młotem 
wahadłowym będącym na wyposażeniu laboratorium. Badaniom zostało pddane 7 próbek 
z następujących materiałów:  
PET
Poli(tereftalan  etylenu) 
(
C
10
H
8
O
4
)
n
 
jest  to  termoplastyczny  polimer  z  grupy 
poliestrów  stosowany  na  dużą  skalę  m.in.  do  produkcji  włókien  sztucznych  i  butelek  do 
napojów. 
Poliuretan 
Cechą  wyróżniającą  poliuretany  od  innych  polimerów  jest  występowanie  w  ich 
głównych łańcuchach ugrupowania uretanowego [−O−CO−NH−].  
Z  poliuretanów  produkuje  się  włókna  elastyczne  typu  spandeks  (lycra, 
elastan), 
elastomery  do  najróżniejszych  zastosowań  —  od  podeszew  butów  po  elementy 
zawieszenia  samochodów  —  oraz  różnego  rodzaju  pianki  oparte  na 
żywicach 
poliuretanowych. Ilościowo najważniejszym zastosowaniem poliuretanów są pianki. 
 
ABS
Poli(akrylonitryl‐co‐butadien‐co‐styren) 
‐ 
Tworzywo  amorficzne.  Gęstość  1,05  g/cm
3
. 
Duża  udarność,  twardość  oraz  odporność  na  zarysowania.  Brak  odporności  na  działanie 
światła 
i  promieniowania  UV.  Dobre  właściwości  izolacyjne.  Zadowalająca  odporność  na 
działanie 
ługów, 
rozcieńczonych  kwasów,  węglowodorów  alifatycznych,  olejów  i 
tłuszczów. Nieodporny na działanie kwasów, estrów oraz ketonów. Jest jednym z niewielu 
tworzyw  sztucznych,  które  można  pokrywać  warstwami  metalicznymi  podczas  obróbki 
galwanicznej. 
Zakres temperatur dla pracy ciągłej: od ‐40 °C do +85 °C. 
 
Tarnamid
Tarnamid  jest  nazwą  handlową  Poliamidu  –  polimery,  które  posiadają  wiązania 
amidowe ‐C(O)‐NH‐ w swoich głównych łańcuchach. 
Poliamidy  mają  bardzo  silną  tendencję  do  krystalizacji  dodatkowo  wzmacnianą 
tworzeniem się wiązań wodorowych między atomem tlenu i azotu z dwóch różnych grup 
amidowych. Dzięki temu poliamidy są twardsze i trudniej topliwe niż poliestry nie mówiąc 
już  o  polimerach  winylowych.  Z  poliamidów  produkuje  się  przede  wszystkim  włókna 
zwane często nylonami i aramidami oraz tworzywa sztuczne o podwyższonej odporności 
mechanicznej (tworzywa konstrukcyjne) nadające się np. do produkcji kół zębatych. 
Poliwęglan
Materiał  amorficzny  (Ciało  będące  w  stanie  amorficznym  jest  ciałem  stałym,  ale 
tworzące  je  cząsteczki  są  ułożone  w  sposób  dość  chaotyczny,  bardziej  zbliżony  do 
spotykanego  w  cieczach.),  termoplastyczny  (formowanymi  przez  wtryskiwanie  i 
wytłaczanie  na  gorąco)  tworzywem  sztucznym  o  bardzo  dobrych  własnościach 
mechanicznych,  szczególnie  udarności  i  dużej  przezroczystości.  Własności  poliwęglanów 
są  podobne  nieco  do  pleksiglasu,  ale  poliwęglan  jest  dużo  bardziej  wytrzymały 
mechanicznie i jednocześnie droższy. Jego twardość i odporność na ściskanie jest zbliżona 
do aluminium. 
Poliwęglan jest stosowany wszędzie tam, gdzie potrzebne jest przezroczyste tworzywo 
o  wyjątkowo  dobrych  parametrach  mechanicznych.  Najbardziej  rozpowszechnionym 
zastosowaniem  są  warstwy  uodporniające  szklane  szyby  na  stłuczenie,  a  nawet 
przestrzelenie  z  broni  palnej.  Szyby  z  czystego  poliwęglanu  są  też  stosowane  w 
batyskafach,  samolotach,  szybach  hełmów  astronautów,  kierowców  Formuły  1  i  innych 
miejscach, gdzie potrzebny jest materiał wytrzymujący znaczne różnice ciśnień albo duże 
obciążenia  mechaniczne.  Poliwęglan  był  też  stosowany  przy  produkcji  butelek 
jednorazowych,  jednak  ze  względów  ekonomicznych  został  wycofany,  nadal  jednak 
używany  jest  do  produkcji  butelek dla  niemowląt,  nośników  informacji,  takich  jak płyta 
CD. 
 
Materiał kompozytowy
Kompozyt 
− 
materiał  o  strukturze  niejednorodnej,  złożony  z  dwóch  lub  więcej 
komponentów  (faz)  o  różnych  właściwościach.  Właściwości  kompozytów  nigdy  nie  są 
sumą, czy średnią właściwości jego składników. Najczęściej jeden z komponentów stanowi 
lepiszcze,  które  gwarantuje  jego  spójność,  twardość,  elastyczność  i  odporność  na 
ściskanie, 
a  drugi,  tzw.  komponent  konstrukcyjny  zapewnia  większość  pozostałych 
własności mechanicznych kompozytu.  
Jednymi  z  najczęściej  stosowanych  komponentów  konstrukcyjnych  są  silne  włókna 
takie  jak  włókno  szklane,  kwarc,  azbest,  kevlar  czy  włókna  węglowe  dając  materiałowi 
dużą odporność na rozciąganie. Do najczęściej stosowanych lepiszczy zaliczają się żywice 
syntetyczne  oparte  na  poliestrach,  polieterach  (epoksydach),  poliuretanach  i 
żywicach 
silikonowych. 
Kompozyty  mają  zastosowanie  jako  materiały  konstrukcyjne  w  wielu  dziedzinach 
techniki,  m.in.  w  budownictwie  (np.  beton, 
żelbet), 
w  technice  lotniczej  i  astronautyce 
(np. elementy samolotów, rakiet, sztucznych satelitów), w przemyśle środków transportu 
kołowego  i  szynowego  (np.  resory  i  zderzaki  samochodowe,  okładziny  hamulcowe),  w 
produkcji  części  maszyn,  urządzeń  i  wyrobów  sprzętu  sportowego  (np. 
łodzie, 
narty, 
tyczki, oszczepy). 
Polistyren
Polistyren  jako  tworzywo  lite  jest  stosowane  do  produkcji  sztucznej  biżuterii, 
szczoteczek do zębów, pudełek do płyt CD, elementów zabawek. Posiada jednak znacznie 
mniejszą  odporność  chemiczną  od  polietylenu  i  dlatego  nie  stosuje  się  go  raczej  do 
produkcji opakowań produktów żywnościowych zawierających tłuszcze. 
Najbardziej  masowym  zastosowaniem  polistyrenu  jest  produkcja  jego  formy 
spienionej,  nazywanej  styropianem.  Styropian  otrzymuje  się  w  wyniku  gwałtownego 
ogrzewania  parą  wodną  polistyrenu  w  formie  granulek,  wewnątrz  których  znajduje  się 
niewielka  ilość  czynnika  spieniającego.  Jest  nim  mieszanina  n‐pentanu  i  izo‐pentanu. 
Styropian  jest  masowo  stosowany  do  produkcji  styropianowych  płyt  izolacyjnych  dla 
budownictwa, do produkcji opakowań w tym również do żywności. 
 
Pomiary.
 
Przed  wykonaniem  prób  udarności,  dla  każdej  z  próbek  został  wykonany  pomiar 
przekroju za pomocą suwmiarki analogowej.  
Dodatkowo  przeprowadziliśmy  cechowanie  młota  wahadłowego  na  którym  był 
wykonywany  pomiar.  Sprowadziło  się  ono  do  trzykrotnego  pomiaru  udarności  bez 
umieszczania próbki w aparacie. 
Uzyskane wyniki: 1J, 1J, 1J.  
Na  podstawie  wyników  zauważamy 
że 
należy  nanieść  poprawkę  na  wyniki    
pomiarów ‐1J. 
Na  podstawie  uzyskanych  wartości  z  prób  na  poszczególnych  materiałach  została 
wyznaczona  udarność  która  zgodnie  z  PN  jest  stosunkiem  energii  zużytej  na  złamanie 
próbki za pomocą jednorazowego uderzenia do pola przekroju poprzecznego próbki: 
U
�½
L
 
A
Gdzie: 
L         
[J ]
             ‐ praca potrzebna do złamania próbki, 
A        
[
cm
2
]
        ‐ pole przekroju poprzecznego próbki, 
J
U       
2
       ‐ udarność. 
cm
 
Wyniki z pomiarów przedstawia poniższa tabela: 
 
Materiał: 
Pole przekroju: 
Praca 
uderzenia: 
Praca  uderzenia  Udarność: 
po  uwzględnieniu 
cechowania: 
14
[J ]
 
27,451
PET 
0,51
[
cm
2
]
 
15
[J ]
 
J
 
2
cm
POLIURETAN 
0,6
[
cm
2
]
 
4
[J ]
 
3
[J ]
 
5
J
 
2
cm
J
 
2
cm
J
 
2
cm
J
 
2
cm
J
 
2
cm
J
 
2
cm
ABS 
0,4182
[
cm
2
]
 
3,5
[J ]
 
2,5
[J ]
 
5,978
TARNAMID 
0,4242
[
cm
2
]
 
8
[J ]
 
7
[J ]
 
16,502
POLIWĘGLAN 
0,35805
[
cm
2
]
 
15
[J ]
 
14
[J ]
 
39,101
KOMPOZYT 
0,42
[
cm
2
]
 
7
[J ]
 
6
[J ]
 
14,286
POLISTYREN 
0,412
[
cm
2
]
 
12
[J ]
 
11
[J ]
 
26,699
 

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika:

Zgłoś jeśli naruszono regulamin