Порядок выполнения работы

1. Получить пенополистирол с различной кажущейся плотностью вспениванием гранул, содержащих низкокипящую жидкость.

1.1. Провести предварительное вспенивание гранул. Изменяя продолжительность вспенивания, получить гранулы с различной насыпной плотностью. Для этого необходимо полимер марки ПСВ (полистирол самовспенивающийся без добавок) в количестве 5…7 г рассыпать равномерно на тонкий металлический противень и поместить его в термопечь, где выдержать при температуре 102±2^оС в течение 3 мин. Затем противень извлечь из печи и гранулы высыпать на лист фильтровальной бумаги (партия  1).

Описанную операцию повторить еще два раза, увеличив продолжительность предварительного вспенивания до 4 и 5 минут (партия 2 и 3).

Предварительно вспененный полистирол необходимо оставить созревать в комнатных условиях не менее 4 часов.

1.2. Определить насыпную плотность вспененных гранул.

Из каждой партии гранул взять навеску около 2 г (с точностью до 0.01 г), высыпать ее в мерный цилиндр на 100 мл и замерить объем, занимаемый гранулами. Насыпную плотность рассчитать по формуле

                                     кг/м³,                                    (1.1)

где  - масса гранул, кг,

 - объем, занимаемый гранулами, м³.

Результаты занести в табл. 1.1.

1.3. Заключительное вспенивание.

Заключительное вспенивание провести в специальных цилиндрических формах.

Каждую партию гранул (1 – 3) засыпать в формы, предварительно смазанные мыльной пеной, до верхнего уровня. Формы закрыть, сжать и поместить на 10 – 15 минут в термопечь при температуре 110…115^оС. Формы вынуть из шкафа и охладить на воздухе до комнатной температуры, после чего полученные образцы пенопласта извлечь из форм.

1.4. Определить кажущуюся плотность готовых образцов пенопласта.

Измерить размеры образцов пенопласта штангенциркулем с точностью до 0,2 мм не менее чем в трех местах, используя в дальнейших расчетах среднеарифметическое значение. Определить среднюю высоту образцов и среднюю площадь их поперечного сечения (S_о, м²). Результаты занести в табл. 1.1.

Взвесить образцы на весах с точностью до 0,01 г и рассчитать их кажущуюся плотность  по формуле

                                          кг/м³,                                      (1.2)

где  - масса образца, кг.

 - объем образца, м³.

Результаты занести в табл. 1.1.

Построить график зависимости насыпной плотности гранул r_н и кажущейся плотности r_к пенополистирола от продолжительности предварительного вспенивания.

2. Изучить структуру пенополистирола с различной кажущейся плотностью.

2.1. Изучить и зарисовать макроструктуру пенополистирола.

2.2. Изучить структуру оболочки и центральной части ячейки пенополистирола под микроскопом.

Из середины плиты лезвием безопасной бритвы вырезать тонкий слой пенопласта. После чего полученный образец поместить на предметный столик микроскопа, выбрав объектив с семи-восьмикратным увеличением и окуляр с увеличением в 10-12 раз. В окуляр вставить стеклышко с сеткой, цена деления которой известна. Зарисовать увиденное в микроскоп изображение оболочки и центральной части ячейки пенопласта.

3. Провести испытания полученных образцов пенопласта на сжатие, построить графики зависимости силы от деформации Р = f(e) для образцов с различным временем предварительного вспенивания.

Поочередно провести испытания трех образцов на ручном гидравлическом прессе, фиксируя высоту образцов (h) через каждые две атмосферы по манометру.

Усилие сжатия в каждый момент определяется как произведение давления по манометру р, кгс/см², на площадь поперечного сечения поршня, на который это давление действует (S_п» 30 см²). Для перевода силы в ньютоны это произведение надо умножить на 9,8 (можно округлить до 10).

Сила, таким образом, равна:

                                   Р = рS_п×10 Н.                                                  (1.3)

Результаты испытаний занести в табл. 1.2.

Деформацию в процессе испытаний определить по формуле

                                e=(Dh/h₀)×100%.                                                (1.4)

Условные напряжения  в каждый момент сжатия определить по формуле                     

                                      ,                                    (1.5)

где S₀ – площадь поперечного сечения пенопластового образца,  м².

По результатам испытаний построить диаграммы сжатия пенопластов Р=f(e) для трех образцов (рис.1.1).

Рис. 1.1. Диаграмма сжатия пенопластов:

1, 2 – с резким изменением характера диаграммы при Р_пр;

3 – без резкого изменения характера диаграммы

 

4. Определить условное разрушающее напряжение сжатия образцов пенополистирола.

Условным разрушающим напряжением пенопласта (пределом прочности при сжатии) называется напряжение, приводящее к резкому уменьшению начальной жесткости пенопласта.

Из диаграммы сжатия определить предельное усилие  (рис. 1.1, кривые 1 и 2). При отсутствии резкого изменения характера диаграммы сжатия определить усилие , вызывающее 10%-ную деформацию образца  (рис. 1.1, кривая 3).

Условное разрушающее напряжение при сжатии рассчитать по формуле

                                            МПа,                                (1.6)

где  - предельная нагрузка, Н;

  S₀ – площадь поперечного сечения образца,  м².

Напряжения сжатия при 10%-ной деформации определить по формуле

 

                                                 МПа,                          (1.7)

где  – усилие сжатия при 10%-ной деформации.

5. Определить принадлежность образцов к соответствующему классу по жесткости.

Определить напряжения сжатия s_50сж во всех образцах при 50%-ной деформации.

Результаты расчетов занести в табл. 1.3.

Сделать выводы о принадлежности пенопластов к тому или иному классу по жесткости (табл. 1.3).

  6. Оформить отчет по лабораторной работе.

Контрольные вопросы

1. Что представляют собой пенопласты, каковы их свойства и применение?

2. Дайте классификацию пенопластов по всем признакам.                                                                                                                                                                                                                                          

3. Дайте характеристику основных способов производства пенопластов и деталей из них.

4. На основе каких полимеров изготавливают пенопласты?           

5. Каковы состав, свойства, методы производства, маркировка и применение пенопластов на основе различных полимеров?                                                             6. Какова цель предварительного вспенивания ПСВ? Какие свойства пенополистирола зависят от времени и степени предварительного вспенивания?               

7. Что представляет собой условное разрушающее напряжение

пенопласта?

8. Как определяется принадлежность пенопласта к тому или иному классу по кажущейся плотности и жесткости?