Tworzywa polimerowe - laboratorium
Paweł Małecki
Cel ćwiczeń:
Celem ćwiczeń jest wyznaczenie dla wybranych tworzyw termoplastycznych (PE, PP)
masowego wskaźnika szybkości płynięcia (MFR), temperatury mięknienia wg. Vicata,
udarności wg. Charp’ego oraz twardości metodą Brinella.
1. Wyznaczanie masowego wskaźnika szybkości płynięcia (MFR)
Wykonanie ćwiczenia
Masowy wskaźnik szybkości płynięcia (MFR – Mass Flow Rate) określa norma PN –
EN ISO 1133. MFR jest miarą szybkości swobodnego przepływu uplastycznionego tworzywa
w czasie 10 min, przez dyszę o znormalizowanych wymiarach, pod obciążeniem i w zalecanej
temperaturze.
Wybrane tworzywo należy umieścić w ogrzewanym cylindrze plastometru, czas
ogrzewania wynosi 5 min. Następnie przyłożyć na tłok określone obciążenie. Wytłaczane
przez dysze tworzywo jest odcinane w określonych odstępach czasu. Czas odcinania i
obciążenie dobiera się tak, aby długość odcinków tworzywa mieściła się w zakresie 10-20
mm. Należy wykonać pomiary dla 8-10 odcinków. Wartość MFR określa się wg. wzoru (1):
(
)
, [g/10min]
(1)
gdzie:
θ – temperatura oznaczenia, ⁰C; m
nom
–nominalne obciążenie, kg; m – średnia masa
wytłoczonych odcinków tworzywa, g; t
ref
– czas odniesienia, s (10 min = 600 s); t – czas
odniesienia.
2. Temperatura mięknienia wg. Vicata.
Wykonanie ćwiczenia
Badanie polega na określeniu temperatury, w której znormalizowana tępa stalowa igła
o określonej powierzchni przekroju, pod działaniem określonego obciążenia, zagłębi się w
powierzchnię próbki na głębokość 1 mm przy równomiernym wzroście temperatury.
W termostacie szafkowym zaopatrzonym w zespół pionowych prętów obciążanych u
góry ( nacisk 5N) umieszcza się próbki. U dołu każdy pręt ma tępą stalową igłę o przekroju
poprzecznym 1 mm
2
. Próbkę umieszcza się na podstawce, manewrując śrubą należy podnieść
podstawkę tak aby próbka znajdowała się w odległości kilku milimetrów od końca igły.
Termometry umieszcza się tak aby ich końce znajdowały się na poziomie podstawek.
Następnie poprzez obrót śrub należy ustawić wskazówki w położeniu zerowym przy
jednoczesnym zetknięciu igły z powierzchnią próbki. Aparat wyposażony jest w termostat z
zegarem i termoregulatorem. Temperatura podczas badania zmienia się z prędkością 50 ⁰C w
ciągu godziny. Temperatura w której igła zagłębi w się w tworzywo na głębokość 1 mm
sygnalizowana jest dzwonkiem. Jako końcową temperaturę mięknienia przyjmuję się dla
każdej próbki średnią temperaturę z dwóch termometrów, a jako wynik końcowy średnią
temperaturę z trzech pomiarów.
3. Udarność wg Charp’ego
Wykonanie ćwiczenia
Udarność jest miarą kruchości materiałów, określaną przez pracę potrzebną do
dynamicznego złamania próbki i odnoszoną do wielkości poprzecznego przekroju próbki.
Zawieszony na osi młot spadając, wykonuje pełny obrót łamiąc próbkę, przy czym
wskazówka pokazuje wartość wykonanej siły (pracy potrzebnej do złamania próbki). W
metodzie Charp’ego należy przed pomiarem naciąć na beleczce karb zgodnie z normą.
Następnie zmierzyć szerokość próbki i grubość pod karbem. Sposób montowania próbki i
kierunek uderzania młota przedstawia rysunek nr1.
Dla danego tworzywa należy wykonać od 5-
10 pomiarów udarności.
Udarność z karbem oblicza się wg. Wzoru (2):
,
(2)
gdzie: a
k
- udarność z karbem; b- szerokość próbki w [mm]; t
k
- grubość (wysokość) próbki
pod karbem, [mm]; A
k
- energia zużyta na złamanie próbki z karbem, [kJ].
Rys. 1. Sposób montowania próbek do badania udarności metodą Charp’ego.
4. Twardość metodą Brinella.
Wykonanie ćwiczenia
Twardość tworzyw sztucznych określa się jako opór jaki stawia materiał, gdy wciska
się w jego powierzchnię pionowo odpowiedni wgłębnik o znormalizowanych wymiarach.
Metoda Brinella polega na wciskaniu w badane tworzywo stalowej kulki o
polerowanej powierzchni o średnicy 5±0,05 mm. Po pewnym czasie ustala się stan
równowagi pomiędzy powierzchnią odcisku a obciążeniem wywieranym przez wgłębiającą
się kulkę. W takim stanie stosunek siły obciążającej do powierzchni odcisku wgniecionego w
danym materiale określa jego twardość:
,
(3)
Próbkę należy ustawić na stoliku pomiarowym tak aby kulka znajdowała się na środku
beleczki. Stolik przesuwa się za pomocą dźwigni, tak aby wskazówka głębokości odcisku
wskazywała wartość 0. Następnie należy zadać obciążenie i po 30 s odczytać wartość
głębokości odcisku. W zależności od wielkości zadanego obciążenia należy odjąć od wyniku
poprawkę oraz odczytać z tabeli dołączonej do stanowiska, twardość tworzywa w zależności
od głębokości odcisku. W przypadku gdy odczytana po 30 s wartość głębokości odcisku nie
mieści się w zakresie wartości opisanych w tabeli, należy zwiększyć/ zmniejszyć obciążenie.
Należy zbadać co najmniej trzy próbki. Grubość próbki powinna wynosić co najmniej
4 mm. Wielkość próbki powinna być wystarczająca do wykonywania pomiarów co najmniej 5
mm od krawędzi próbki. Badana powierzchnia powinna być gładka, równa, bez pęcherzy, rys
i innych widocznych wad.
1. Wymagane przygotowanie teoretyczne
- definicja i sposób oznaczenia: masowego wskaźnika szybkości płynięcia, temperatury
mięknienia wg. Vicata, twardości metodą wciskania kulki, udarności wg. Charpy’ego;
- charakterystyka tworzyw: PP MOPLEN , PE MALE E;
- stany fizyczne tworzyw termoplastycznych, opis , charakterystyczne temperatury zmiany stanu
tworzywa
2. Literatura
[1] T. Broniewski, J. Kapko „Metody badań i ocena właściwości tworzyw sztucznych”, WNT, Warszawa 2000
[2] J. Pielichowski, A. Puszyński, „Technologia tworzyw sztucznych”, WNT, Warszawa 2003
[3] Praca zbiorowa pod redakcją Z. Floriańczyka i S. Penczka, „Chemia polimerów” tom II, Oficyna
Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, Warszawa 2002