Испытания на изгиб и сжатие

Механическая прочность полимеров определяется их способностью сопротивляться различным видам деформаций. Испытания на изгиб и сжатие являются ключевыми методами для оценки этих свойств, особенно для конструкционных материалов, где нагрузка не ограничивается только растяжением или сдвигом.

Испытания на изгиб

Испытания на изгиб полимерных образцов позволяют определить модуль упругости при изгибе и предел прочности на изгиб. Основные методы:

1. Трёхточечный изгиб Образец устанавливается на двух опорах, а нагрузка прикладывается в средней точке.

   • Вычисление напряжений: [ = ] где (F) — сила нагрузки, (L) — расстояние между опорами, (b) — ширина, (h) — толщина образца.
   • Деформация определяется по формуле: [ = ] где () — прогиб в средней точке.

2. Четырёхточечный изгиб Образец нагружается двумя силами, расположенными симметрично на определённом расстоянии, что позволяет получить однородное распределение изгибающего момента на центральной части образца. Этот метод более точно моделирует рабочие условия конструкций.

Особенности полимеров при изгибе:

• Нелинейная зависимость напряжение-деформация характерна для термопластов.
• Полимеры с высокой кристалличностью демонстрируют более резкую границу прочности.
• Повышенная температура снижает модуль упругости и предел прочности на изгиб.

Испытания на сжатие

Сжатие является важным видом нагрузки для пористых, пенистых и аморфных полимеров, где предел прочности на растяжение не отражает реальное поведение материала.

Основные характеристики:

• **Предел прочности на сжатие ((_c))** — максимальное напряжение, которое выдерживает образец перед разрушением.
• Модуль упругости при сжатии ((E_c)) — определяется из линейного участка кривой напряжение-деформация: [ E_c = ]

Методы испытаний:

1. Осевое сжатие цилиндрических образцов

   • Образец помещается между плитами пресса, нагрузка увеличивается равномерно.
   • Для точного измерения деформации используются тензодатчики или LVDT.

2. Сжатие призматических образцов

   • Позволяет оценить влияние формы и соотношения сторон на распределение напряжений.
   • Важна предварительная обработка торцов для исключения эффектов локального смятия.

Особенности полимеров при сжатии:

• Аморфные полимеры демонстрируют значительные упругие деформации перед пластическим течением.
• Пенистые материалы могут испытывать эффект ячеистого разрушения при высоких нагрузках.
• Температура и скорость приложения нагрузки существенно влияют на характер разрушения: при высоких скоростях часто наблюдается хрупкое разрушение, при низких — вязкое течение.

Анализ результатов и их применение

Результаты испытаний на изгиб и сжатие позволяют:

• Определять конструкционную пригодность полимеров в инженерных системах.
• Сравнивать эффективность модификаций полимеров, таких как армирование волокнами или пластификаторы.
• Прогнозировать поведение при многоточечных нагрузках, где комбинируются растяжение, сжатие и изгиб.

Ключевые показатели:

• Предел прочности на изгиб и сжатие ((_f), (_c))
• Модуль упругости при изгибе и сжатии ((E_f), (E_c))
• Деформация при разрушении ((_f), (_c))

Эти данные входят в расчет долговечности, жесткости и устойчивости полимерных деталей, особенно в авиационной, автомобильной и строительной промышленности.