Теплостойкость по Мартенсу

Теплостойкость по Мартенсу - температура, при которой изгиб стандартного полимерного образца достигает определенной величины. Метод не распространяется на материалы, у которых теплостойкость ниже 40^оС или у которых кривая деформации от температуры имеет S-образную форму. Скорость повышения температуры 50 град/час от 25^оС, схема нагружения - см. рис. ниже.

240

L₃

Po

Рис.13. Схема определения теплостойкости по Мартенсу.

Образец, закрепленный в нижней зажимной головке, нагружен изгибающим моментом с помощью верхней зажимной головки, рычага и груза. Положение груза Р_о (6,5 Н) на рычаге выбирается так, чтобы в испытуемых образцах максимальное изгибающее напряжение составляло 4,9±0,5 МПа. В процессе измерения регистрируется прогиб образца по перемещению конца рычага. Фиксируется температура, при которой в ходе нагревания со скоростью 50±5^оС в час от начальной температуры 25^оС конец рычага переместиться на 6±0,1 мм.

Положение подвижного груза на рычаге L₃ рассчитывают по формуле

L₃=(5bs²)/(6Р_о).

где b- ширина образца, мм; s-толщина образца, мм; 5 Н/мм² - изгибающее напряжение, Р_о - нагрузка, создаваемая подвижным грузом;

Для повышения точности вносят корректировку, для этого следует учесть нагрузку от зажимов, указателя деформации: (F_нl_н+F_Al_A )/Ро; Fн- нагрузка, создаваемая верхней зажимной головкой, l_н- ее центр тяжести; F_А- нагрузка, создаваемая указателем деформации и lА- ее центр тяжести.)

Рекомендуемые ГОСТ 21341-78 размеры образцов приведены ниже.

№ Обр. Длина,мм Ширина,мм Толщина,мм Масса груза, кГ

1 120 15 10 0,65

2 80 10 4 0,2

3 50 6 4 0,1

Номер типа образца рекомендуется приводить в НТД на материал.

Есть и другие методы определения теплостойкости при других способах приложения нагрузка при изгибе, при растяжении и др. видах деформации. Вообще, Тм зависит от нагрузки:

Тм=То-qs

где q - показатель влияния нагрузки на температуру размягчения Тм. Если провести измерения при разных нагрузках, то можно экстраполяцией найти То - теплостойкость по Мартенсу при нулевой нагрузке. При разных видах нагружения температура размягчения будет разной: Наибольшая величина То при сжатии, наименьшая при изгибе, Ео при растяжении посередине. Для полиформальдегида эти значения равны соответственно: 180, 70 и 120^оС.

Метод определения теплостойкости при изгибе не применим для пленок и тонких материалов тоньше 1,5 мм. Поэтому для них используют метод определения при растяжении.

В случае испытания материалов с высокой жесткости рекомендуется использовать изгибающее напряжение 7,4 Мпа вместо 4,9 Мпа.

Метод определения теплостойкости по Мартенсу первоначально был разработан для жестких полимерных материалов, поэтому он характеризуется высоким уровнем напряжений и схемой испытания, принципиально не пригодной для конструкционных термопластичных материалов. В этой области применения он был заменен методом измерения теплостойкости при изгибе (ГОСТ 12021-84), который позволил упростить схему испытания и реализовать малые нагрузки.

Испытания проводят на приборе, показанном на рис. ниже.

Рис.14. Схема определения теплостойкости при изгибе.

В стандарте установлены два рекомендуемых напряжения s, вызывающие изгиб, равные 0,45 и 1,80 МПа. Получаемую теплостойкость обозначают Т_(0,45) или Т_(1,80).

Нагрузку Р, прикладываемую к образцу, рассчитывают по формуле

Р=2sbh²/(3L)

где s-заданное напряжение, L-расстояние между опорами (рекомендуют 100 мм), b-ширина образца (3-13 мм), h-высота образца (9,8-15 мм). Испытания проводят при непрерывном нагреве со скоростью 2 ^оС/мин. Рекомендуется применять жидкостной термостат, но сам образец находится в воздушной среде. Основная определяемая характеристика - температура, при которой достигается стандартный прогиб - 0,33 мм (при толщине образца 10 мм), при более высоких толщинах заданной прогиб снижается: при 12 мм 0,27 мм и при 15 мм 0,21 мм. Температуру определяют как среднее арифметическое из показаний двух термометров, а показатель для партии как среднее арифметическое из значений температур размягчения для (не менее) двух испытанных образцов.

При введении усиливающих наполнителей (например, стекловолокна в полиамиды) температура перехода, определяемая в области 50^оС для ненаполненных полиамидов, не чувствуется при этой температуре после наполнения и сдвигается до температуры плавления полимера.

Иногда определяют зависимость температуры перехода от отношения напряжения к модулю упругости. Экстраполяция этой зависимости к s/Еу=0 дает точную температуру перехода, не зависящую от вида деформации (сжатие, растяжение, изгиб). Таким образом, введение стекловолокна увеличивает модуль упругости, но не увеличивает температуру перехода.