Файл: Materialoznavstvo_2013_pravl_1.doc

Лабораторна робота 5

ВИВЧЕННЯ ВЛАСТИВОСТЕЙ ПЛАСТМАС

Мета роботи: ознайомитися з призначенням та будовою приладів різних типів; навчитися практично визначати твердість пластмас, оволодіти методом випробування пластмас на розтяг.

Завдання: вивчити основні механічні властивості конструкційних пластмас і порівняти їх із механічними властивостями металів.

Устаткування, матеріали, посібники: твердомір ТШ (прилад Брінелля); твердомір ТК (прилад Роквелла); універсальна випробувальна машина УММ-10; штангенциркуль ШЦ-0,01; еталони твердості; зразки пластмас для визначення твердості.

Теоретичні відомості. Пластмаси є матеріалами, що складаються з одного полімеру (поліетилен, органічне скло та ін.) або з полімеру, наповнювача та інших добавок (склотекстоліт, текстоліт та ін.). Полімер у другому випадку є зв'язуючою складовою.

Наповнювач може бути органічного або неорганічного походження у вигляді порошку (деревинна або кварцова мука, тальк та ін.) або шаруватого матеріалу (скловолокно, бавовняна або скляна тканина та ін.).

Широке застосування разом із металами для виготовлення деталей машин знаходять такі пластмаси як волокніт, текстоліт, склотекстоліт, вінілпласт, органічне скло, капрон та інші. З пластмас виготовляють шестерні, підшипники, акумуляторні банки, рукоятки, панелі, щитки, кнопки, наконечники розпилюючих пристроїв, бункери і т. д.

За своєю питомою міцністю на розтягування, тобто міцністю на одиницю щільності , , деякі пластмаси (наприклад, склотекстоліт) перевершують сталі і чавуни. Проте слід враховувати, що більшість пластмас поки що мають порівняно низьку твердість і недостатню жорсткість.

Основними показниками механічних властивостей пластмас є твердість, межі міцності за розтягування, стиснення, згину і питома ударна в'язкість. У даній роботі визначаються тільки твердість і міцність за розтягування.

Для визначення механічних властивостей пластмас застосовують устаткування, яке за будовою і дією подібне до устаткування для випробування металів, але це устаткування має меншу потужність і велику чутливість.

Метод визначення твердості пластмас (ГОСТ 4670-67) полягає у втисканні у випробовуваний матеріал сталевої загартованої кульки діаметром 5 мм під навантаженням 2,25 кН (225 кгс) і обчислення твердості за виміром глибини втискання кульки за повного прикладання навантаження.

Метод випробування пластмас на розтягування (ГОСТ 11262-68) полягає у визначенні руйнуючої сили за розтягування зразка під навантаженням, що поступово збільшується. Для випробувань рекомендується застосовувати стандартні плоскі зразки з розмірами, вказаними на рис. Л.5.1. Такі зразки виготовляються з листового матеріалу завтовшки менше 10 мм. Кількість зразків для випробувань на розрив повинна бути не меншою трьох. Випробування проводять за температури повітря 20±2 °С.

Рис. Л.5.1. Зразок для випробування пластмас за розтягування

Порядок виконання роботи. Робота виконується окремими бригадами, що складаються з 5–6 студентів. Для визначення твердості і міцності на розрив необхідно мати зразки, вирізані з склотекстоліту, текстоліту, органічного скла і вініпласту.

Рекомендується наступний порядок виконання роботи для визначення твердості пластмас.

1. Встановити зразок із пластмаси на столик приладу і підтискати його до тих пір, поки мала стрілка індикатора поєднається з міткою на шкалі, що відповідає попередньому підтисканню.

2. Сумістити велику стрілку індикатора з нульовою позначкою шкали, ввімкнути прилад і створити повне навантаження на кульку.

Зняти показання індикатора за прикладеного повного навантаження, визначити глибину втискання кульки в пластмасу і підрахувати твердість НВ за формулою:

,

де: Р – навантаження, Н (кгс); D – діаметр кульки, мм; h – глибина втискання кульки, мм. Результати випробувань занести в протокол.

Для визначення межі міцності за розтягування рекомендується наступний порядок виконання роботи.

1. Виміряти штангенциркулем ширину b і товщину h робочої частини зразка з точністю до 0,1 мм.

2. Закріпити зразок у затискачах машини і встановити стрілку шкали на нуль.

3. Ввімкнути машину і стежити за переміщенням стрілки до моменту руйнування зразка.

4. Зняти показання за шкалою індикатора (максимальне руйнуюче навантаження) і визначити межу міцності пластмаси за розтягування за формулою:

,

де: Р – руйнуюче навантаження, Н (кгс); b – ширина зразка до випробування, см; h – товщина зразка до випробування, см.

5. У кожного зразка оцінити місце і характер руйнування і підрахувати питому міцність за розтягування з використанням даних таблиці Л.5.1.

6. Результати випробувань (середні за даними всіх бригад), отримані під час випробування пластмас на твердість і розрив, а також питому міцність за розтягування, занести в зведений протокол випробувань. У зведений протокол внести дані про твердість, міцність на розрив і питому міцність на розрив декількох металів (табл. Л.5.1).

На підставі даних звідного протоколу випробувань побудувати діаграми твердості і питомої міцності різних пластмас і металів. Зробити висновок про результати порівняння механічних властивостей пластмас і металів і про можливість використання пластмас як конструкційного матеріалу.

Зміст звіту. У звіт необхідно включити дані про види пластмас і області їх застосування; особливості фізико-механічних властивостей пластмас; основні показники властивостей пластмас; робочі протоколи випробувань пластмас на твердість і міцність за розтягування; протокол досліджених даних; діаграми порівняння твердості і питомої міцності за розтягування пластмас і металів. У висновках необхідно порівняти досліджені пластмаси з металами за твердістю і питомою міцністю і вказати, які з них можуть бути використані у якості конструкційного матеріалу.

Контрольні запитання для захисту роботи

1. Що таке пластмаси?

2. Які пластмаси ви знаєте?

3. Наведіть приклади використання пластмас.

4. Назвіть основні механічні властивості пластмас.

5. Яке обладнання використовують для визначення механічних властивостей пластмас?

6. Суть методу Брінелля для визначення твердості?

7. Яка методика визначення граничної міцності за розтягування?

8. Як готуються зразки пластмас для визначення твердості та граничної міцності за розтягування?

9. Які пластмаси можуть бути використані в якості конструкційного матеріалу?

Таблиця Л.5.1. Властивості та застосування деяких пластмас і металів

Л абораторна робота 6

Вивчення властивостей деревини

Мета роботи: вивчити макроструктури і мікроструктуру деревини хвойних і листяних порід, визначити їх фізичні властивості (вологість, середню густину), механічні властивості, міцність за стискання і згину з перерахунком до стандартної (12-відсоткової вологості), вивчити основні вади деревини і змалювати їх.

Завдання: вивчити основні механічні властивості деревини. З’ясувати, як змінюється міцність деревини залежно від вологості. Ознайомитися з основними групами вад деревини, замалювати деякі з них, дати коротку характеристику впливу їх на властивості деревини.

Устаткування, матеріали, посібники: зразки деревини, електрово-логомір ЕВ-2М, технічні ваги, штангенциркуль ШЦ-0,01, прес Р-5.

6.1. Теоретичні відомості. Лісові матеріали є джерелом деревини, яка є сировиною для лісопильної, фанерної, меблевої, деревообробної, целюлозно-паперової та інших галузей промисловості.

Деревина як будівельний матеріал широко використовується завдяки її міцності, пружності, легкості обробки, високим теплоізоляційним властивостям, відносно невеликій середній густині і поширеності.

Якість деревини залежить від породи дерева, умов його росту і наявності чи відсутності тих чи інших дефектів (тріщин, сучків тощо) (рис. Л.6.1.), тому міцність та інші властивості деревини коливаються в дуже широких межах. До того ж міцність значною мірою залежить від вологості й будови деревини. Волокниста анізотропна будова деревини зумовлює неоднакові її механічні, теплофізичні та інші властивості в різних напрямках.

Недоліком деревини є легка займистість і гниття, що відбувається під впливом грибкових уражень, анізотропність (неоднорідність будови), гігроскопічність (здатність вбирати і випаровувати вологу).

6.2. Будова деревини

6
.2.1. Макроструктура

Макроструктурою називають будову деревини, яку видно неозброєним оком або за допомогою лупи на площинах трьох зрізів стовбура (рис. Л.6.2): поперечного або торцевого (площина перпендикулярна осі стовбура), радіального (площина спрямована вздовж осі стовбура через серцевину) і тангенціального (площина проходить уздовж стовбура на певній відстані від осердя).

Необхідно замалювати види зрізів деревини, звернути увагу і відмітити на поперечному зрізі основні елементи її будови: кірку, луб, камбій, заболонь, ядро, осердя, річні кільця, серцевинні промені.

6.2.2. Мікроструктура

Мікроструктурою називають клітинну будову деревини, яку видно лише в мікроскоп.

Звернути увагу на три види клітин у деревині: провідні, запасаючі та опорні.

Провідні клітини проводять воду з розчиненими у ній поживними речовинами від кореня до гілок і листя. Запасаючі клітини призначені для зберігання поживних речовин. Провідні й опорні функції виконують у хвойних порід трахеїди, у листяних – судини.