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±2оС 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…115оС. 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 (Sо, 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 rн и кажущейся плотности rк 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 (Sп» 30 см2). Для перевода силы в ньютоны это произведение надо умножить на 9,8 (можно округлить до 10).
Сила, таким образом, равна:
Р = рSп×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 Рпр;
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 s50сж 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?