Уcтанoвка для иcпытаний плаcтикoвых материалoв на раcтяжение
Автoры:Смирнoв Юрий Геннадьевич, Ягoдин Виктoр Владимирoвич, Бурдакoв Валерий Павлoвич
Изoбретение oтнocитcя к oблаcти иcпытательнoй техники, предназначеннoй для иcпытаний плаcтикoвых материалoв на раcтяжение. Уcтанoвка для иcпытаний плаcтикoвых материалов на раcтяжение cодержит термоcтатирующую емкоcть, механизм нагружения образца c элементами крепления образца, измеритель уcилий разрыва и измеритель температур. Кроме того, в нее введен механизм распределения нагрузки, размещенный в термостатирующей емкости, выполненный в виде размещенных между элементами крепления образца барабанов с намотанными на них n витками (где n
1) образца, преимущественно пластикового нитевидного материала, при этом поверхность барабана выполнена из материала, эластичность которого меньше эластичности испытуемого материала. Технический результат дает возможность уменьшить время испытаний нитей в 10-15 раз, повысить эффективность испытаний и увеличить чувствительность испытаний в момент ручного нагружения нитевидных материалов, а главное возможность проведения экспресс испытаний нитевидных материалов. 3 ил.
Известна установка для испытаний листовых материалов на растяжение [1], используемая для испытаний тонких листовых пластмассовых материалов (толщина листа не менее 1 мм), в зажимах которой закрепляют образец с нанесенными на него метками для измерения удлинения, выдерживают (кондиционируют) не менее 16 часов при температуре 23±2°С и относительной влажности 50+5%, а затем разрывают при скорости от 100 до 500 мм/мин, замеряя при этом усилия предела текучести и разрыва, используя измеритель усилий разрыва.
Недостатками являются невозможность испытаний нитевидных образцов тоньше 1 мм и невозможность снятия температурных кривых текучести и прочности образцов (не предусматривается их охлаждение).
Также известна установка для испытаний листовых материалов на растяжение - «Тиратест 2300» [2], которая содержит термостатирующую емкость в виде герметичной темперирующей камеры, соединенной с сосудом Дьюара с охлаждающей жидкостью, например с жидким азотом. Образец размещен внутри камеры в вертикальном положении с зажимами.
Недостатками являются: закрепление образца в вертикальном положении, обуславливающие большой объем и герметичность камеры, значительный расход жидкого азота, который наиболее часто используют в качестве охлаждающей жидкости, большое время для проведения одного замера, большую стоимость испытаний тонких образцов с толщиной листа 0,1-0,5 мм.
Наиболее близким из аналогов - прототипом является установка для испытаний пластиковых материалов на растяжение, которая предназначена для испытаний листовых материалов [3] или [4] и содержит механизм нагружения образца с элементами крепления образца в виде зажимов, термостатирующую емкость с охлаждающей жидкостью, измеритель усилий разрыва и измеритель температур, причем термостатирующая емкость выполнена в виде кюветы из материала с низкой теплопроводностью и низкой теплоемкостью, зажимы образца размещены горизонтально как и кювета, а механизм нагружения образца выполнен в виде лебедки, трос которой прикреплен к одному из зажимов образца для обеспечения его перемещения относительно второго зажима через измеритель усилий разрыва, выполненный в виде динамометра с фиксатором усилий разрыва.
Недостатками прототипа является невозможность испытаний образцов пластиковых материалов нитевидной формы, так как при применении зажима для закрепления образца, используемого в прототипе, разрыв происходит близко к зажиму, что не дает возможности измерить момент наступления предела текучести и усилие сопротивления разрыву.
Задачей изобретения является создание установки для испытаний пластиковых материалов на растяжение из тонких толщиной 0,1-0,5 мм нитевидных пластиков (волокон) в широком диапазоне температур при охлаждении со всех сторон.
Технический результат с получением указанных технических данных достигается тем, что в установку для испытаний пластиковых материалов на растяжение, содержащую термостатирующую емкость, механизм нагружения образца с элементами крепления образца, измеритель усилий разрыва и измеритель температур, в отличие от прототипа введен механизм распределения нагрузки, размещенный в термостатирующей емкости, выполненный в виде размещенных между элементами крепления образца барабанов с намотанными на них n витками (где n
1) образца, преимущественно пластикового нитевидного материала (волокна), при этом поверхность барабана выполнена из материала, эластичность которого не больше эластичности испытуемого материала. Использование механизма распределения нагрузки в виде барабанов позволяет избежать возникновения концентрации напряжения в местах крепления испытуемого образца, причем для предварительного (грубого) определения разрывающих усилий можно ограничиться намоткой 1-2 витков. С увеличением количества витков намотки волокна на барабаны уменьшаются поперечные усилия и усилия на изгиб, действующие на волокно и искажающие результаты замеров разрывающих усилий, т.е. оптимальное количество витков намотки на барабаны 3 и более. Материал поверхности барабана выбирается в соответствии с характеристиками возможных испытуемых образцов. При проведении испытаний в момент нагружения испытуемого образца, он должен скользить по поверхности барабана, чтобы силы трения не влияли на достоверность испытаний, поэтому эластичность поверхности барабана не должна быть больше эластичности испытуемого материала.
Суть предлагаемого решения поясняется фиг.1-3, на которых приведены:
на фиг.1 - вид установки для испытаний пластиковых материалов на растяжение сбоку;
на фиг.2 - вид установки для испытаний пластиковых материалов на растяжение сверху;
на фиг.3 - вид по разрезу А-А.
Заявленная установка для испытаний пластиковых материалов на растяжение состоит из термостатирующей емкости в виде заполненной охлаждающей жидкостью кюветы 1, изготовленной из материала с низкой теплопроводностью и низкой теплоемкостью, измерителя температуры 2 охлаждающей жидкости. Кювета 1 жестко прикреплена к основанию 3 и снабжена крышкой 4. Если используется интенсивно испаряющаяся охлаждающаяся жидкость, такая как жидкий азот, в крышке 4 может быть предусмотрено стекло с нанесенными на него рисками для наблюдения за поведением испытуемого образца 5 в момент, когда наступает предел текучести. В другой части крышки 4 выполнена прорезь 6 для перемещения проушины 7, прикрепленной к каретке 8, которая установлена с возможностью перемещения по направляющим 9, для этого снизу каретки предусмотрены полые цилиндры 10, вставленные в направляющие 9, которые прикреплены к стенке кюветы 1.
Для измерения усилий разрыва испытуемого образца 5 предназначен пружинный динамометр 11, соединенный тросом 12 с механизмом нагружения образца в виде лебедки 13. Динамометр 11 снабжен перемещающейся стрелкой 14 с фиксатором усилий разрыва в виде ползуна 15. Динамометр 11 зацеплен за выступающую над кюветой проушину 7. На каретке 8 жестко установлены первая проушина для закрепления образца 16 и свободно вращающийся первый барабан 17 для намотки испытуемого образца 5. Вторая проушина для закрепления образца 18 и второй барабан 19 (также свободновращающийся вокруг своей оси) расположены на неподвижной каретке 20, которая жестко прикреплена к стенке кюветы 1. Первая проушина 16 и вторая проушина 18 для закрепления образца имеют смещение относительно центра каретки 8 и центра неподвижной каретки 20 соответственно в разные стороны, для того чтобы испытуемый образец 5 в исследуемой части был перпендикулярно натянут относительно первого барабана 17 и второго барабана 19. Смещение определяется количеством витков и толщиной испытуемого образца 5.
Испытание осуществляется следующим образом: испытуемый образец 5 из пластиковых волокон (нитей) толщиной 0,1-0,5 мм произвольного сечения наматывают на первый барабан 17 и второй барабан 19, образуя n витков (где n
1), и закрепляют соответственно в первой проушине 16 и второй проушине 18 для закрепления образца. Термостатирующая емкость, выполненная в виде кюветы 1, заполняется охлаждающей жидкостью, температура которой измеряется термометром 2.
Для измерения усилий разрыва используется пружинный динамометр 11, соединенный тросом 12 с лебедкой 13, которая приводится во вращательное движение вручную или механически. Для точной фиксации усилия при разрыве испытуемого образца 5 используется ползун 15, перемещаемый стрелкой 14 динамометра, при этом ползун 15 в силу горизонтального его расположения не сползает и остается на месте после разрыва образца 5 и возвращения стрелки 14 в нулевое положение. Уровень охлаждающей жидкости незначительно на 5-10 мм превышает уровень расположения образца 5. Испытуемый образец 5 выдерживают 2-3 мин, затем начинают нагружать растягивающим усилием - вращением лебедки 13; под воздействием натяжения троса 12 через динамометр 11, зацепленный за проушину 7 на каретке 8, обеспечивающей перемещение первой проушины для закрепления испытуемого образца 16 и первого барабана 17, усилие передается на испытуемый образец 5, и он растягивается. Стрелка 14 динамометра перемещается, фиксируя величину усилия при наступлении предела текучести и предела прочности на разрыв и воздействуя на ползун 15, который в момент разрыва остается на отметке, соответствующей усилию разрыва образца 5, и регистрируется визуально или с помощью записывающего устройства, тогда как стрелка 14 возвращается на нулевую отметку.
Использование заявленной установки дает возможность уменьшить время испытаний нитей в 10-15 раз, повысить эффективность испытаний и увеличить чувствительность испытаний в момент ручного нагружения нитевидных материалов, а главное возможность проведения экспресс испытаний нитевидных материалов.
Источники информации
1. ГОСТ 11150-84. «Металлы. Испытания на растяжение при пониженных температурах»
2. RU 2089873 С1, G01N 3/08, 10.09 1997.
3. ГОСТ 11262-80. Пластмассы. Метод испытания на растяжение.
4. Устройство для испытания на прочность. Тирастер 2300. Тюрингер Индустриверк, Рауэнштайн, ГДР, 1989 - прототип.
