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 |
Навантаження вибирають так, щоб воно створювало в матеріалі деформацію в межах 0,2–0,6 мм. Втискування кульки здійснюється на приладі, що забезпечує плавність і постійність прикладання навантаження протягом однієї хвилини і має індикаторну голівку для вимірювання глибини відбитку з точністю до 0,01 мм. Зразок повинен бути плоско-паралельною пластиною завтовшки не менше 7 мм. Твердість кожного зразка заміряється в трьох місцях за температури повітря 20±2 °С.
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 bі 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
| Назва та марка матеріалу | Складові матеріалу | Щільність, г/см3 | Твердість за Бринеллем, кгс/мм2 | Межа міцності за розтягування | Видовження, % | Застосування |
| Склотекстоліт КАСТ-В | Склотканина і фенолформаль-дегідна смола | 1,8–1,9 | 25–36 | 2700–3000 | 1,5–2,8 | Кузови, кабіни, кожухи, балони, панелі та інше |
| Текстоліт (ПТ у ПТК) | Х.-б. тканина і фенолформаль-дегідна смола | 1,3–1,4 | 850–1000 | Щитки, труби, прокладки, під-шипники та інше | ||
| Волокніт | Бавовняні очеси і фенолформаль-дегідна смола | 1,35–1,45 | 300–600 | 0,38 | Рукоятки, стійки фланці, шестер-ні, перемикачі та інше | |
| Органічне скло (ПА, ПБ, ПВ) | Поліметилме-такрилат | 1,2 | 15–20 | 2,5 | Трубопроводи, скло кабін, лінзи, щитки, моделі | |
| Вініпласт (листовий) | Поліхлорвіні-лова смола | 1,35–1,40 | 15–16 | 400–600 | 10–25 | Бункери, труби, крани, вентилі, плити |
| Поліетилен низького тиску | Полімер етилену | 0,94 | 4,5-5,5 | 220–320 | 150–500 | Деталі радіоапаратури, труби, плівки, ізоляція дротів |
Лабораторна робота 6