Определение массы материалов

Показатели плотности. От плотности материалов зависит ряд показателей механических свойств, которые определяют важные технологические и эксплуатационные свойства и назначение материалов. Плотность зависит от структуры исходного сырья и особенностей производства материалов.

Плотность характеризуется массой вещества в единице количества материала. Исходя из этого, принято различать линейную плотность, поверхностную плотность и собственно плотность.

Линейная плотность материала ML –это масса 1 м длины ℓ искусственной кожи или полимерной пленки при ее фактической ширине.

Может быть определена путем пересчета массы точечной пробы m, г, длиной L, мм, по формуле

M_L=m·l0³/L.(2.1)

Поверхностная плотность материалаМ_s, г/м² - это масса единицы площади искусственной кожи или полимерной пленки, то есть одного квадратного метра материала.

Поверхностную плотность определяют путем пересчета массы точечной пробы длиной L, мм, и шириной В, мм, на площадь 1 м² по формуле:

М_s = m·l0⁶ / (L·В).(2.2)

Плотность объемная — отношение массы материала т к его объему V, г/см³:

М_v = m/V (2.3)

В связи с наличием в пористых искусственных кожах пор принято различать истинную и кажущуюся плотность.

Истинной плотностью ρ_и называется отношение массы материала к объему его плотного вещества V_и:

ρ_и = m/ V_и. (2.4)

Кажущаяся плотность ρ_к - это отношение массы материала к его полному объему К_к, включающему объем пор:

ρ_к = m/ V_к., (2.5)

где т - масса образца, г; V_K - объем образца, включая объем пор, см³.

Материалы, приборы, инструменты. Искусственная кожа (не менее трёх видов), аналитические весы, масштабная линейка. Для определения показателей плотности обувных материалов применяют измерительные металлические линейки, штангенциркули, микрометры, толщиномеры, волюмометры, весы, сообщающиеся сосуды с мерными делениями.

Методика проведения работы

Из каждого вида искусственной кожи вырезать 2 образца размером 50х50мм каждый. Взвесить каждый из образцов на аналитических весах с точностью до 0,01 г.

Обработка результатов. Вычисляют массу 1 м² искусственной кожи.

За результат испытания принимают среднее арифметическое результатов параллельных испытаний всех образцов данного вида искусственной кожи, вычисленное с точностью до 0,1 г и округлённое до 1 г. Результаты испытания оформить в виде формы 2.2.

Форма 2.2

Материал	Номер образца	Масса образца, г	Длина образца, м	Ширина образца, м	Масса 1 м2 искусственной кожи, г

Выводы. Сделать заключение о соответствии поверхностной плотности различных видов искусственных кож их назначению и требованиям стандартов.

Вопросы для самоподготовки

1. Каковы устройства для измерения линейных размеров материалов?

2. Как устроен толщиномер ТР и какова методика работы на нем?

3. Как определяется толщина искожи, пленок, картона?

4. Как определяется масса (плотность) искожи и пленок?

5. Какие характеристики плотности вы знаете?

Лабораторная работа 3

ПОЛУЦИКЛОВЫЕ НЕРАЗРЫВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ. ЖЕСТКОСТЬ ПРИ ИЗГИБЕ ИСКУССТВЕННЫХ КОЖ И ПОЛИМЕРНЫХ ПЛЕНОК

Цель работы. Изучение методов и приборов для определения жесткости при изгибе искусственных кож и пленочных материалов.

Задания: 1.Подготовить пробы материалов к испытанию.

2. Изучить приборы и методики определения показателей при изгибе методом консоли и методом кольца.

3. Определить характеристики свойств материалов при изгибе.

Основные понятия

Деформация материала при изгибе возникает под действием сил, направленных либо перпендикулярно его плоскости (поперечный изгиб), либо навстречу друг другу параллельно плоскости материала (продольный изгиб). Сила, действующая на материал, может быть сосредоточенной на отдельном участке или распространенной по всей плоскости материала.

Жесткость при изгибе – это способность материала сопротивляться изменению формы при действии внешней изгибающей силы.

Жесткость при изгибе D (Н∙м²)выражается произведением модуля продольной упругости Е (Па) на момент инерции поперечного сечения тела относительно нейтральной оси I= b∙ h³/12 (м²):

D=ЕI

b — ширина образца, м; h — толщина образца, м.

Момент инерции характеризует способность тела сопротивляться изгибу в зависимости от размеров и формы поперечного сечения.

Модуль продольной упругостиЕ = σ/ε, характеризуя упругие свойства твердых тел, находится в прямолинейной зависимости от напряжения σ и деформации ε.

Однако эта формула может быть справедлива лишь для очень малых, кратковременных нагружений материалов, при которых доля условно-упругой деформации составляет большую часть. Поэтому большинство методов оценки жесткости при изгибе основано на экспериментальном определении некоторых параметров материала при изгибе, а рассчитываемые значения жесткости имеют условный характер.

Показатели жесткости при изгибе играют важную роль при оценке качества материалов. В зависимости от значения этих показателей определяют назначение материала, модельные и конструктивные особенности одежды, технологию их изготовления.

Определение свойств при изгибе на приборе ПЖУ-12М (рис. 3.1). Метод кольца (ГОСТ 8977-74) предназначен для определения жесткости и упругости искусственной и синтетической кожи, пленочных и клеевых материалов, пакетов одежды. Основу прибора составляют технические весы с коро-

Рис. 3.1. Схема прибора ПЖУ-12М

мыслом 12, левая чаша 8 имеет нажимную площад-ку 7 для передачи нагрузки на пробу, закрепленную в виде кольца на съемной площадке 6. Столик 5 подни-мается и опускается с помощью ручки 2 зубчато-реечного маховика. Шкала 4, закрепленная на оси маховика, служит для измерения высоты подъема столика с пробой.

Зажим 3 предназначен для фиксирования столика 5 в заданном положении. Из бункера 11 на левую чашу 8 весов с помощью электродвигателя 13 и переключателя 10 ручного управления через трубку-штуцер 9 подаются металлические шарики диаметром 4,00±0,02 или 6,00±0,02 мм и массой 0,26±0,01 и 0,88±0,02 г, соответственно. Шарики из бункера в чашу весов падают с высоты 26 ±2мм; частота падения шариков массой 0,26 г – (40±2) мин^-1 и массой 0,88 г - (28±1) мин^-1. Сигнальные лампы 19 и 20 загораются соответственно при включении прибора в электросеть с помощью тумблера 17 и пуске электродвигателя.

Методика выполнения работы

Для определения жесткости материала готовят пробы: в двух взаимно-перпендикулярных направлениях: для мягких искусственных и синтетических кож и пленок - вдоль и поперек машинного направления. Число проб (если это не оговорено в НТД) должно быть не менее двух.

Размеры проб для испытания следующие: размер элементарной пробы 20х70 мм рекомендуется для искусственных кож и пленочных материалов, жесткость которых при размере элементарной пробы 20х95 ниже 5 гс;

размер элементарной пробы 20х160 мм рекомендуется для искусственных кож и пленочных материалов, жесткость которых выше 70-80 гс;

для искусственных кож и пленочных материалов одинакового назначения следует применять элементарные пробы одного и того же размера.

Перед испытанием пробу кондиционируют при нормальных условиях. Затем пробу изгибают в виде кольца лицевой стороной наружу и закрепляют с помощью пластины шириной 10±0,2 мм на съемной площадке 6. При этом проверяют диаметр кольца в вертикальном положении: он должен быть соответственно 22, 30 и 51 мм.

Подвижной контакт 15 устанавливают в положение, соответствующее заданному прогибу пробы (при прогибе на 1/3 диаметра кольца заданный прогиб должен быть соответственно 7, 10, и 17 мм).

Перед началом испытания на левую чашу прибора помещают груз массой 100 мг, необходимый для соприкосновения нажимной площадки с кольцом, и поднимают коромысло вверх, доводят кольцо до соприкосновения с нажимной площадкой и выводят стрелку весов в нулевое положение.

Кнопкой 18 включают электродвигатель подачи шариков и нагружают чашу весов шариками до момента автоматического выключения электродвигателя при соприкосновении стрелки 14 с подвижным контактом 15. Коромысло весов опускают и по электромагнитному счетчику 1 определяют количество шариков в чаше, подсчитывают их общую массу.

Жесткость D_и, сН, с погрешностью не более 0,1 сН рассчитывают умножением количества шариков на массу одного шарика. За показатель жесткости принимают среднее арифметическое результатов испытания трех проб.

D_и=n∙p

где n- число шариков, шт; p – вес одного шарика, сН.

На приборе ПЖУ-12М можно определять упругость материала. Для этого при определении жесткости пробу, достигшую заданной деформации (прогиба кольца), выдерживают в течение 30 с под нагрузкой. По шкале 16 отмечают положение стрелки 14, тем самым определяя полную деформацию пробы (кольца).

Затем пробу разгружают, столик опускают, одновременно опускают и коромысло весов, ссыпают шарики в бункер. После 30 с отдыха пробы, столик поднимают на прежнюю высоту по шкале 4. На левую чашу весов помещают груз массой 100 мг, необходимый для соприкосновения нажимной площадки с отрелаксированной пробой (кольцом).

На шкале деформации отмечают значение деформации (прогиба) пробы после отдыха.

Упругость Y, %, определяют по формуле:

Y = 100 (H₀ - H₁) / H₀,

где H₀ – прогиб пробы материала на заданную величину при действии силы Р_и,, мм; H₁ –значение прогиба пробы после распрямления, мм.

Для характеристики равномерности (изотропности)механических свойств искож и пленок по площади применяют коэффициент жесткости или равномерности k_р:

k_р = D_{и прод}/ D_{и попер},

Результаты испытаний на приборе ПЖУ-12 и расчета продольных и поперечных проб заносят в табличную форму 3.1.

Форма 3.1

Вид пробы направление	Число шариков в чашке	Масса одного шарика, г	Жест-кость, Dи сН	Коэффи-циент жесткости, КР	Прогиб пробы H0, мм	Прогиб пробы после распрямления H1, мм	Упру-гостьY, %
Продольное Поперечное

Выводы: сравните полученные результаты с нормативными требованиями и дайте оценку качества исследуемых материалов.

Прибор ПТ-2 (рис. 3.2). Метод консоли (ГОСТ 10550-93) предназначен для определения жесткости при изгибе тканей, трикотажных и нетканых полотен, комплексных (дублированных) материалов, искусственой кожи и пленочных материалов.

Рис. 3.3. Схема прибора ПТ-2

Предварительно готовят по 5 продольных и поперечных пробных полосок размером 160х30 мм каждая. Взвешиванием определяют массу 5 пробных полосок в граммах, отдельно продольных и поперечных, с погрешностью 0.01 г. Пробу 6 укладывают симметрично по шкале 9 лицевой стороной вверх на опорную горизонтальную площадку 6, совмещая при этом наружный край пробы и площадки.

В центре пробу закрепляют грузом 8 шириной 2 см и массой 500 г. средняя часть опорной площадки 6 неподвижна, а ее боковые участки могут плавно и равномерно опускаться с помощью механизма 2, включаемого кнопкой 1. при опускании боковых участков опорной площадки концы пробы начинают прогибаться и в какой-то момент отделяются от опускающихся боковых участков. По истечении 1 мин с момента отделения концов пробы от поверхности боковых участков опорной площадки с помощью указателей прогиба линейки 4, перемещающейся винтом 3, по школе 5 измеряют прогибы концов пробной полоски с погрешностью не более 1 мм. За окончательный результат принимают среднее арифметическое 10 определений прогиба пробной полоски с погрешностью на более 0,1 мм.

Жесткость EI, мкН·см², вычисляют отдельно для проб продольного и поперечного направления по формуле:

EI = 42046 m/A,

где m-масса 5 пробных полосок; г,

А - функция относительного прогиба f₀, определяемая по табл. 3.1.

Относительный прогиб f₀ вычисляют по формуле:

f₀ = f / l = f / 7,

где f – окончательный прогиб проб;

l – длина свешивающихся концов проб, равная 7 см.

Коэффициент жесткости K_EI материала определяют как отношение величин жесткости в продольном EI _прод и EI _попер поперечном направлениях:

K_EI = EI_прод / EI_попер

Результаты испытаний на приборе ПТ-2 заносят в таблицу форма 3.2.

Форма 3.2

Направление испытания в образце	Масса 5 проб m, г	Прогиб, см	А	Жесткость EI, мкН·см2	Коэффициент жесткости, KEI
					fср	f0
Продольное Поперечное

Таблица 3.1

f0	A	f0	A	f0	A	f0	A
0.01	0.08	0.26	2.22	0.51	5.28	0.76	13.34
0.02	0.16	0.27	2.32	0.52	5.44	0.77	14.04
0.03	0.24	0.28	2.41	0.53	5.62	0.78	14.79
0.04	0.32	0.29	2.51	0.54	5.79	0.79	15.63
0.05	0.40	0.30	2.60	0.55	5.97	0.80	16.57
0.06	0.48	0.31	2.70	0.56	6.15	-.81	17.65
0.07	0.56	0.32	2.80	0.57	6.34	0.82	18.92
0.08	0.64	0.33	2.90	0.58	6.54	0.83	20.43
0.09	0.72	0.34	3.00	0.59	6.74	0.84	22.26
0.10	0.80	0.35	3.10	0.60	6.96	0.85	24.53
0.11	0.88	0.36	3.21	0.61	7.18	0.86	27.35
0.12	0.96	0.37	3.31	0.62	7.42	0.87	30.92
0.13	1.04	0.38	3.48	0.63	7.66	0.88	35.49
0.14	1.12	0.39	3.54	0.64	7.46	0.89	41.17
0.15	1.21	0.40	3.66	0.65	8.24	0.90	48.46
0.16	1.29	0.41	3.79	0.66	8.56	0.91	57.70
0.17	1.38	0.42	3.92	0.67	8.90	0.92	69.40
0.18	1.47	0.43	4.06	0.68	9.27	0.93	84.14
0.19	1.56	0.44	4.19	0.69	9.66	0.94	102.16
0.20	1.66	0.45	4.34	0.70	10.08	0.95	125.81
0.21	1.75	0.46	4.49	0.71	10.54	0.96	154.60
0.22	1.84	0.47	4.64	0.72	11.08	0.97	190.24
0.23	1.94	0.48	4.79	0.73	11.55	0.98	234.14
0.24	2.03	0.49	4.95	0.74	12.10	0.99	288.00
0.25	2.13	0.50	5.11	0.75	12.70	-	-

Выводы: Проанализировать соответствие материала нормативным требованиям по показателю жесткости. Дать рекомендации по его применению в производстве одежды.

Вопросы для самоподготовки

1. Какие основные параметры структуры материалов влияют на показатель жесткости?

2. В чем состоят основные принципиальные различия приборов, применяемых для определения жесткости материалов?

3. Каков принцип работы приборов ПЖУ-12М и ПТ-2?

4. Каковы показатели жесткости для искусственных кож и пленочных материалов различного назначения?

Лабораторная работа 4