
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

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

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

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.