Зависимость «напряжение —деформация» 884

Твердость 888

Ударное разрушение 889

Хрупкость .... 890

Теплостойкость 890

Упруго-гистерезисные свойства и релаксация напряжений . . 891

Ползучесть и длительная прочность 892

Динамическая усталость 893

Фрикционные свойства . 894

Механические испытания пластических масс — экспериментальные определения свойств пластмасс, позволяющие оценить поведение материала в поле механич. сил. В узком смысле под И. п. м. понимают проводимые по унифицированным методикам испытания, результаты к-рых позволяют сравнивать поведение различных пластмасс в одинаковых условиях. Именно этот аспект рассматривается в данной статье.

Подавляющее большинство механич. характеристик пластмасс, как и др. полимерных материалов, существенно зависит от условий опыта. Это связано с ярко выраженным релаксационным и активационно-кинетич. характером процессов, определяющих поведение полимеров во внешнем поле, приводящих к весьма заметной зависимости любой характеристики полимеров от времени, скорости нагружения и, в особенности, от темп-ры. Кроме того, пластмассы проявляют способность к вынужденной высокоэластичности (см. Высокоэластичность вынужденная), а их релаксационные характери-I стики сильно зависят от напряжения. Поэтому механические свойства пластмасс приходится оценивать множеством показателей, используя большое количество методов испытаний и разнообразную аппаратуру.

Полученные в результате И. п. м. характеристики применяют для различных целей: при разработке новых материалов, для технич. контроля материала при выпуске серийной продукции, его инженерной оценке (при выборе материала для создания изделия), а также для конструкторских расчетов изделий.

Широкий комплекс характеристик используют при инженерной оценке материала. К ним относятся: плотность, диаграмма «напряжение — деформация» при растяжении или сжатии, деформация при разрушении, прочность (разрушающее напряжение), твердость, модуль упругости (статический), динамич. модуль, зависимость деформации от времени (ползучесть) при растяжении или сжатии, релаксация напряжения прн заданной деформации, остаточная деформация сжатия, показатель механич. потерь (декремент затухания или тангенс угла потерь), длительная прочность, усталостная прочность (или выносливость), сопротивление раздиру, ударная вязкость, коэфф. трения, износостойкость, теплостойкость (темп-ра стеклования, темп-ра размягчения), коэфф. морозостойкости, темп-ра хрупкости. Нек-рые из этих показателей применяют также для технич. контроля (напр., прочность, ударную вязкость, остаточную деформацию сжатия, темп-ру хрупкости) или для конструкторских расчетов (напр., модуль упругости, коэфф. трения).

Основные стандарты для различных методов И. п. м. приведены в таблице. Во многих случаях даже для одного показателя эти методы в различных странах отличаются качественно (по принципу испытания), что не дает возможности сопоставлять результаты испытаний.

Зависимость «напряжение — деформация» . Испытания для определения вида зависимости «напряжение (нагрузка)— деформация» или отдельных показателей свойств, определяемых на основе этой зависимости, проводят при растяжении, сжатии, изгибе,

Стандарты различных стран и международных организаций на методы определения важнейших механических показателей полимерных материалов

DIN (ФРГ)

ASTM (США)

ГОСТ (СССР)

527—66 184—70 500—66 1519—68 11

14 262—68 236—69 D638, D882 Ш923 53 45570, 844—68 178—61 400—65 1007-67 4 4 17 651—68 648—71 302—71 D695, D1621 D790 D732 53 454 53 452 - 13 537—68 D229 53 463

66, 604—67, 178—61 — 9 550 — 71 D638, D747, D790 53 455

66, DR— 469 — — D2236 —

868—68 501—66 4 13 670—67 323—67 D785 D2240 53 456

179—61 180—61 498—66 499-66 4 14 647—69 235—69 D256

D256 D1822 53 453 53 453

53 448

— — — D1709 —

306-68 75-58 497—66 1005-67

1006—67 15 15 15 12 089—69 065—69, 088—69 021—66 D1525 D648 53 458 53 460

53 461

974-69 899—68 2489-70 16 16 782—71, 783-71 D746 D674 —

— 494-66 11 11 012—69 629—65 D1044, D1242 D1894 53 516

— - 14 359—69 — —

двумя сближающимися при постоянной скорости параллельными плитами пз закаленной стали; отношение высоты параллелепипеда к минимальному размеру основания составляет 1,5 или 2,9.

Испытания на изгиб проводят, нагружая образец, свободно лежащий на двух опорах, по середине с помощью нагружающего наконечника, движущегося с постоянной скоростью относительно опор; отношение расстояния между опорами к толщине образца равняется 16 (ГОСТ 4648—71).

Примечание: R —рекомендации ИСО (Международной Организации по Стандартизации), DR—проект рекомендации, одобренный большинством членов ИСО, PC — рекомендация Постоянной Комиссии СЭВ по стандартизации.

Испытание на сдвиг

(рис. 1, а) и срез (рис.

1, б) проводят по схемам, приведенным на

этих рисунках. Испытание на раскалывание (рис. 1, в)

проводят, как показано

на рисунке, а также путем внедрения клина

прямо в торцовую поверхность слоистого

пластика, так что действующее ребро клина

устанавливается параллельно слоям. Испытания на сдвиг требуют сложного крепления образцов, поэтому для снятия диаграммы «напряжение сдвига — деформация» вплоть до разрушения часто используют кручение тонкостенных труб, а для определения

модуля сдвига — кручение тонких полосок. t ft.

Наиболее полно свойства пластмасс при таких испытаниях выражаются зависимостями «напряжение — дефорРис. 2 Типичные кривые «нагрузка — деформация», иллюстрирующие разрушение 1 — при малых деформациях без текучести, 2 — при малых деформациях с текучестью или максимальным напряжением, з — при больших деформациях с реализацией условного (смещенного) предела текучести, 4— при больших деформациях с реализацией текучести, а — точка, ограничивающая пропорциональность между усилием и деформацией, б, г — точки, соответствующие моменту разделения образца на части, в — точка, соответствующая максимальной нагрузке при деформировании или пределу текучести; д — точка, соответствующая условному (смещенному) пределу текучести, е — точка, соответствующая пределу текучести, к — точка, отвечающая нагрузке при произвольно заданной деформации (кривые выполнены в различных масштабах).

мация», к-рые определяют по экспериментальным кривым «нагрузка — деформация». Во многих случаях при различных видах деформации наблюдаются сходные

кривые этого типа, наиболее характерные из к-рых представлены на рис. 2. На основании этих кривых определяют основные показатели материала. Напряжения и деформации рассчитывают, как правило, по отношению к исходным размерам образца. При обычных испытаниях не анализируют всю совокупность точек на кривой, позволяющую выразить аналитически связь между напряжением и деформацией, а рассчитывают показатели по значениям напряжений и деформаций, соответствующим характерным участкам или точкам, выделенным на кривых.

Кривая 1 (см, рис. 2) встречается практически при всех видах деформирования когда материал ведет себя хрупко и разрушается, сразу разделяясь на части, уже при малых деформациях. На кривой такого вида определяют разрушающую (максимальную) нагрузку в точке б, по к-рой рассчитывают прочность при растяжении, сжатии и изгибе. Площадь под кривой позволяет определить работу разрушения, а положение точки о — напряжение и деформацию, соответствующие пределу пропорциональности. По тангенсу угла наклона прямой Оа к оси деформации определяют модуль упругости. Поскольку форма кривой 1 повторяет начальные участки всех остальных кривых, модуль упругости и предел пропорциональности м. б. определены аналогично по начальным участкам др. кривых. Модуль упругости можно определить, когда удается рассчитать напряжения и соответствующие им деформации, напр. при растяжении, сжатии и изгибе, в диапазоне деформаций 0,1—0,3%.

Кривая 2 также встречается при всех видах деформирования. Причиной спада нагрузки между точками виг может быть частичное разрушение образца или возникновение текучести с образованием шейки и разрушением. В первом случае, к-рый наиболее типичен при изгибе, срезе, раскалывании и встречается при сжатии, показатели разрушения (прочность при изгибе, временное сопротивление срезу, разрушающие напряжения при сжатии и сопротивление раскалыванию) рассчитывают по нагрузке, соответствующей точке е. Во втором случае, к-рый наиболее типичен для растяжения термопластов, по нагрузке в точке в рассчитывают напряжение предела текучести, а по нагрузке в точке г — разрушающее напряжение при растяжении. В этом случае максимальное напряжение совпадает с пределом текучести.

Кривая з характерна для растяжения нек-рых термопластов, а также материалов, не разрушающихся при сжатии. На ней обычно выделяют напряжение, соответствующее условному (смещенному) пределу текучести, определяемому точкой 9, и напряжение при заданной деформации при растяжении, сжатии и изгибе в точке к. Разрушающее напряжение при растяжении или сжатии определяют в точке г.

Кривая 4 наблюдается в большинстве случаев при растяжении материалов, образующих локальное сужение — шейку. Предел текучести определяют по нагрузке, соответствующей точке е, а разрушающее напряжение — по нагрузке в точке г Если большая деформация развивается после образования шейки, то участок кривой 4 Ое повторяет по форме кривую 2.

Показатели, выражающиеся через напряжение (о) при растяжении, сжатии, сдвиге и срезе, вычисляют по ф-ле:

F

где F — сила, S — исходная площадь сечения, на к-рое действует сила. Деформацию (е,%) определяют по ф-ле:

Б = А1.Ю0

' о

где Al — приращение расстояния между проекциями точек, ограничивающих базу, на направление деформации; 10— исходная длина базы, на к-рой измеряется деформация. Напряжения при изгибе определяют по ф-ле:

где Р — изгибающее усилие, I — расстояние между опорами, Ь и h — соответственно ширина и толщина образца. Расчеты напряжения по этой ф-ле позволяют судить о значении напряжений только в пределах пропорциональности между напряжением и деформацией. Сопротивление раскалыванию