1
Materiale polimerice avansate
conf.dr.ing. Paul Stănescu
Încercări mecanice asupra polimerilor
Proprietăţi mecanice şi de rezistenţă
Rezistenţa mecanică → capacitatea unui material de a suporta
acţiunea unei forţe fără a se rupe → este dată de obicei de efortul
care produce ruperea
Ruperea începe de la cele mai periculoase dintre aceste defecte şi se
propagă pe o traiectorie de minimă rezistenţă, de-a lungul căreia
există neomogenităţi, goluri, incluziuni, impurităţi.
Rezistenţa mecanică → depinde (teoretic) de energia de legătură
dintre elementele structurale.
Practic: rezistenţa reală este mai mică decât cea teoretică (până la
câteva sute de ori)
Cauza: defecte şi fisuri ce există în orice material.
2
Proprietăţi mecanice şi de rezistenţă
Ruperea are loc când se atinge o valoare critică a efortului, datorată
aplicării:
- forţă de mare intensitate
- forţă cu viteză mare
- forţă relativ mică, dar timp îndelungat
Rezistenţa materialului depinde de durata solicitării. Pentru durate
mari de timp, fenomenul se numeşte oboseală:
- oboseală statică → se aplică o solicitare statică
- oboseală dinamică → se aplică o solicitare dinamică
(oscilatorie)
Proprietăţi mecanice şi de rezistenţă
Principalele mărimi ce intervin:
Forţa (încărcarea) [N] – se aplică (acţionează) asupra epruvetei
(piesei) generând o deformare şi o tensiune în probă, ce poate duce
la rupere.
Deformaţia [adimensională sau %] – modificarea unei dimensiuni
de referinţă pe unitatea dimensiunii iniţiale.
Efortul (tensiunea) [Pa] – solicitarea ce apare în probă în momentul
în care forţa acţionează asupra acesteia.
Rezistenţa la rupere [Pa] – valoarea critică a efortului în probă la
care apare ruperea acesteia.
0
0
L
LL
3
Determinarea proprietăţilor de tracţiune
Încercările la tracţiune ale polimerilor se fac în conformitate
cu standardul SR EN ISO 527-1,2,3,4,5:2012
Principiu
Epruveta este alungită în lungul axei sale principale cu o viteză
constantă, până la rupere sau până când tensiunea (sarcina) sau
deformarea (alungirea) atinge o valoare prestabilită.
Măsurători
În timpul încercării sunt măsurate sarcina suportată de către
epruvetă şi alungirea ei.
Determinarea proprietăţilor de tracţiune
Formă şi dimensiuni
Tipul 1 (halteră) este destinat încercărilor materialelor
termoplastice sau termorigide simple sau armate (inclusiv cu fibre
scurte), dacă ruperea se produce în interiorul lungimii de referinţă.
Tipul 2 (dreptunghiular fără taloane) şi tipul 3 (dreptunghiular cu
taloane lipite) sunt destinate încercărilor materialelor termoplastice
sau termorigide armate cu fibre.
4
Determinarea proprietăţilor de tracţiune
Determinarea proprietăţilor de tracţiune
Viteză de încercare
Pentru epruvete de tip halteră:
- 10 mm/min pentru controale rutiniere ale calităţii
- 2 mm/min (sau 1 mm/min) pentru încercări de calificare, pentru
alungirea maximă sau modulul de elasticitate la tracţiune.
Pentru epruvete paralelipipedice din compozite de materiale
plastice armate cu fibre izotrope şi ortotrope (SR EN ISO 527-4
cap. 6.1 - tip 2 şi 3):
- 5 mm/min pentru controale rutiniere ale calităţii
- 2 mm/min pentru încercări de calificare, pentru alungirea
maximă sau modulul de elasticitate la tracţiune.
5
Determinarea proprietăţilor de tracţiune
Determinarea proprietăţilor de tracţiune
Raportul de încercare trebuie să conţină următoarele informaţii:
a) o referire la standardul ISO, cu indicarea tipului de
epruvetă şi a vitezei de încercare
b) identificarea completă a materialului de încercat, incluzând
tipul, sursa, producătorul, acolo unde sunt cunoscute
c) maşina de încercare utilizată şi clasa de precizie a acesteia
(conform ISO 5893)
d) tipul dispozitivului de strângere
e) tipul de indicator al alungirii sau deformării
f) condiţiile de încercare şi modul de condiţionare,
dacă este cazul
g) numărul de epruvete încercate
6
Determinarea proprietăţilor de tracţiune
Raportul de încercare trebuie să conţină următoarele informaţii
(continuare):
h) forma (tipul) şi dimensiunile epruvetelor (lăţime/grosime,
minim/maxim/medie)
i) viteza de încercare
j) măsurătorile individuale: diagrame efort-deformaţie
k) rezultatele încercării: valori individuale şi valoare medie
l) tipul de rupere obţinut
m) declaraţie privind epruvetele pentru încercare respinse şi,
dacă acestea există, motivele respingerii
n) abaterea standard şi intervalele de încredere 95% pentru
valorile medii, dacă se cer.
o) incertitudinea de măsurare
p) data încercării
Determinarea proprietăţilor de tracţiune
Curbă tip efort-deformare
a. material fragil
b,c. material ductil cu limită
de curgere
d. material ductil fără limită
de curgere
7
Determinarea proprietăţilor de tracţiune
Aplicaţii:
Determinarea proprietăţilor intrinseci (de material):
- materiale plastice
- elastomeri
- materiale compozite armate
Determinarea proprietăţilor de tracţiune pentru produsul finit:
- centuri de siguranţă
- fire si fibre sintetice (textile, industriale, sportive)
- bare, profile
- elastomeri (ex. curele de transmisie, benzi transportoare)
- rezistenţă la lipire
Determinarea proprietăţilor de tracţiune
Aplicaţii:
8
Determinarea proprietăţilor de tracţiune
Aplicaţii:
http://www.adhesivetest.com/intro_at.htm
http://www.mecmesin.com/peel-test-adhesion-testing
Determinarea proprietăţilor de încovoiere
Încercările la încovoiere ale polimerilor se fac în conformitate
cu standardele SR EN ISO 178:2003 şi SR EN ISO 14125:2000
Principiu
Epruveta, sprijinită ca o pârghie, este supusă la încovoiere cu viteză
constantă, până la rupere sau până când deformaţia atinge o valoare
prestabilită.
În timpul încercării sunt măsurate forţa aplicată pe epruvetă şi
săgeata.
9
Determinarea proprietăţilor de încovoiere
Se elimină orice epruvetă cu grosime care depăşeşte toleranţa de ± 2% faţă de valoarea
medie şi se înlocuieşte cu alta, aleasă la întâmplare.
Determinarea proprietăţilor de încovoiere
10
Determinarea proprietăţilor de încovoiere
Raportul de încercare trebuie să conţină următoarele informaţii:
a) o referire la prezentul standard ISO, cu indicarea metodei de încercare,
clasa de material şi viteza de încercare
b) identificarea completă a materialului de încercat, incluzând tipul, sursa,
producătorul, acolo unde sunt cunoscute
c) maşina de încercare utilizată şi clasa de precizie a acesteia (conform ISO 5893)
d) data încercării
e) condiţiile de încercare şi modul de condiţionare, dacă este cazul
f) numărul de epruvete încercate
g) forma şi dimensiunile epruvetelor (se notează dacă epruvetele nu se încadrează în
toleranţa prevăzută)
h) distanţa nominală între reazemele utilizate
i) viteza de încercare
j) măsurătorile individuale: diagrame efort-deformaţie
k) rezultatele încercării: valori individuale şi valoare medie
l) tipul de rupere obţinut
m) abaterea standard şi intervalele de încredere 95% pentru valorile madii, dacă se cer.
Determinarea proprietăţilor de încovoiere
Curbe tipice tensiune de încovoiere –
deformaţie de încovoiere sau săgeată
a. Epruvetă cu rupere înainte de curgere
b. Epruvetă cu maxim înainte de rupere
c. Epruvetă fără curgere şi fără rupere
înainte de săgeata convenţională
11
Determinarea proprietăţilor de încovoiere
Determinarea proprietăţilor de încovoiere
Aplicaţii:
Determinarea proprietăţilor intrinseci (de material):
- materiale plastice
- elastomeri
- materiale compozite armate
Determinarea proprietăţilor de încovoiere pentru produsul finit:
- material sportiv (cadru bicicletă, skiuri, undiţe)
- bare, profile
- materiale pentru construcţii
- piese auto (bare de protecţie)
- implanturi osoase artificiale
12
Determinarea proprietăţilor de încovoiere
Aplicaţii:
Determinarea proprietăţilor de compresiune
Încercările la compresiune ale polimerilor se fac în
conformitate cu standardul SR EN ISO 604:2004
Principiu
Epruveta este comprimată în lungul axei sale principale cu o
viteză constantă, până la rupere (spargere) sau până când tensiunea
(sarcina) sau deformarea (comprimarea) atinge o valoare
prestabilită.
Măsurători
În timpul încercării sunt măsurate sarcina
suportată de către epruvetă şi comprimarea ei.
13
Determinarea proprietăţilor de compresiune
Aplicaţii:
Determinarea proprietăţilor intrinseci (de material):
- materiale plastice
- elastomeri
- materiale compozite armate
Determinarea proprietăţilor de compresiune pentru produsul finit:
- material sportiv (skiuri, sănii, mingi)
- bare, profile
- materiale pentru construcţii (linoleum, pardoseli,
expandate)
- piese
- implanturi osoase artificiale, materiale dentare
Determinarea proprietăţilor de compresiune
Aplicaţii:
14
Determinarea rezistenţei la şoc
Încercările la şoc ale polimerilor se fac în conformitate cu
standardele SR EN ISO 179:2000 şi SR EN ISO 180:2000
PRINCIPIUL METODEI
Se pozitioneaza epruveta orizontal pe cele două reazeme ale
bacurilor si este supusa incercarii la soc printr-o lovitura unica.
Charpy: Epruveta este asezata astfel incat crestatura va fi in
partea opusa impactului.
Izod: Epruveta va avea un capat fix si celalalt liber si este
asezata astfel incat impactul sa fie pe aceeasi parte pe care se afla
crestatura.
Se determina energia absorbita (J), care caracterizeaza
rezistenta la soc Charpy a materialului (kJ / m2).
Determinarea rezistenţei la şoc
Charpy Izod
15
Determinarea rezistenţei la şoc
310
N
c
iN
bh
Ea
Forme şi dimensiuni
- lungime = 80 ± 2mm
- lăţime(b) = 10 ± 0,2 mm
- grosime (h) = 4 ± 0,2 mm
- latimea ramasa dupa efectuarea crestaturii este bN = 8,0 ± 0,2 mm.
Efectuarea crestaturii:
- raza de 0.25 ± 0.05 mm, unghi de 450±10.
- adancimea crestaturii este de 2 ± 0.02 mm si este efectuata in
mijlocul epruvetei.
Determinarea rezistenţei la şoc
Pot apare 4 tipuri de rupere:
Rupere completa (C): epruveta se separa in doua sau mai multe
bucati;
Rupere “in balama” (H): este o rupere incompleta, dar in care
resturile epruvetei raman unite printr-un strat periferic care mai are
o rezistenta reziduala;
Rupere partiala (P): este o rupere incompleta, dar care nu intruneste
conditiile pentru a fi o rupere “in balama”;
Nu se constata rupere (N): epruveta este doar indoita sau impinsa
intre suportii dispozitului de fixare.
16
Alte proprietăţi mecanice
Duritate
- elastomeri (Shore A, 10N)
- polimeri termoplastici (Shore D, 50N)
Alte proprietăţi mecanice
Rezistenţă la abraziune:
- pentru produse supuse acestui tip de uzură:
lacuri, vopsele, anvelope, tălpi de încălţăminte
17
Alte proprietăţi mecanice
Încercări dinamice:
- rezistenţă la flexiune (oboseală la flexiune)
(anvelope, mingii, tălpi de încălţăminte, filme şi folii, piele
artificială şi naturală)