高分子材料の引張試験

Structural Engineering

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Summary

ソース: ロベルト ・ レオン、ブラックスバーグ, バージニア バージニア工科大学土木環境工学科

高分子材料は、用途で水および廃水システムでより堅い管非常に柔らかいシーリング材に至る土木構造物で広く使用されます。高分子の最も基本的な定義は、サブユニットを繰り返すと分子構造です。"Poly"が多くのことを意味ここに、ギリシャ語から来ている言葉高分子と"-mer"基本単位を意味します。モノマーまたは単一の mers は、特定の繰り返しの単位です。ポリマー、炭素バックボーンとさまざまな柔軟性の長さを含め、構造はポリマーの特性を定めます。ポリマーは 3 のサブカテゴリに分類されます: プラスチック、エラストマー、そして剛直高分子。プラスチックを行う加熱し、冷却の強化を和らげるか暖房と熱可塑性樹脂、軟化しない熱硬化性樹脂にさらに細分されます。さらに、熱可塑性樹脂、主に線形熱硬化性樹脂 3 D 構造を展示し、広範な架橋があるに対し、ほとんどない架橋高分子を分岐または。エラストマーやゴムが長いコイル状のチェーンと、元の長さを 2 倍に伸ばすことができるが、剛直ポリマー伸縮せず、強力に対し、結晶構造をリリース元のサイズに戻る契約が。

この研究所の幅広さと応力-ひずみの多様性を理解するために、高密度ポリエチレン (HDPE)、塩化ビニル (PVC)、ナイロン、メタクリル酸メチル (アクリル) を含むいくつかの異なる高分子材料になりますこれらの材料とその機械的特性が彼らのパフォーマンスにどのように影響するかの曲線です。

Cite this Video

JoVE Science Education Database. 構造工学. 高分子材料の引張試験. JoVE, Cambridge, MA, (2018).

  1. アクリル、ナイロン、PVC HPDE の典型的な引張試験片を得る高分子材料。
  2. マイクロメータを使用して、測定の幅と厚さ平均断面寸法を決定する各試験片の軸に沿っていくつかの場所で。レコードの平均幅とデータ シートに各試験片の厚さを測定しました。
  3. グリップに供試体を配置します。両端の少なくとも 80% は読み込み操作中にずれに対してようにグリップにしっかりと接続されていることを確認します。サンドペーパーがありますサンプルの握りを改善する (粒サンプル側) を使用します。
  4. グリップ間試験体の長さを測定します。この値は、ゲージの長さ、ひずみを計算するために使用されます。
  5. 製造元の仕様に従って試料を安全に電子の伸縮計を取り付けます。メモ: 伸縮ブレード ゲージ マーク、試料上に正確に配置する必要はありませんが、試料のほぼ中央が。
  6. 試験片に引張荷重を適用するを開始、コンピューターのディスプレイの応用負荷のライブ読書を観察します。測定負荷が向上しない場合、試料はグリップをすり抜けてとを再アタッチする必要があります。このインスタンスで、講師はテストを停止し、ステップ 2 から手順を繰り返します。
  7. 読み込み中の変位グラフ対コンピューターで生成された負荷の形状を観察すること、ゆっくりと引張荷重の適用を続行します。
  8. いつかサンプル失敗の前に試料をアンロードせずテストを自動的に一時停止されます。この時点で、伸縮計を削除します。供試体は、場所で、伸縮計と中断したら、伸縮計、大変高価な機器を破壊します。
  9. 障害まで試料をロードします。最大負荷と障害への荷重を記録します。
  10. 壊れたマシンから取り外します。観察し、ドキュメントの場所および破壊の文字。
  11. 幅および障害の各試験片の厚さを測定し、最終的な測定を記録します。

ポリマーは、硬質の水パイプに柔らかいシーリング材からのすべてで発見されて、世界で最も広く使用されている材料のいくつかを表しています。高分子の最も基本的な定義は、繰り返しサブユニットまたは単量体の長い鎖の分子構造です。ポリマーは、多くのサブカテゴリに分類できます。2 つの最も基本的な形態保持プラスチックと柔軟性のあるエラストマー。

プラスチックは、熱可塑性樹脂と熱硬化性樹脂にさらに細分されます。熱可塑性樹脂は、主に直線と非常に小さな架橋を展示します。通常、熱硬化性樹脂には広範な架橋による通常の三次元構造物が複雑します。

として知られているゴム、エラストマー、長いコイル状ポリマー鎖から成り、元休憩の長さを越えて伸びることができる、リリース元のサイズに戻る契約が。

このビデオでは、その機械的特性が彼らのパフォーマンスに与える影響を理解するために、異なる高分子材料の応力ひずみ曲線を決定します。

ポリマーの特徴は最も基本的な方法の 1 つは、応力-ひずみ曲線の解析です。これには、標本に既知の負荷を適用し、結果の変形を観察することが含まれます。

高分子材料の応力-ひずみ挙動は分析対象物質の種類によって大きく異なります。応力軸ひずみ曲線は、このストレスのため相対変形を表す間、材料に適用されるフォースの量を表します。カーブの最後の点は、どこ材料最終的に失敗した、適用力のためポイントを表します。

応力ひずみ曲線の線形領域では、斜面はその材料のヤング率を表します。これは、物質の固有の特性です。この線形領域内の変形は弾性変形として知られている、リバーシブルです。過去のこの地域の変形、塑性変形と呼ばれます、永続的なです。

高分子材料とその特性を理解すると、後は引張試験機を使用して異なる高分子材料をテストします。

アクリル、ナイロン、HPDE と PVC の高分子材料の典型的な引張試験片を入手します。マイクロメータを使用して、測定の幅と厚さ平均断面寸法を決定する各試験片の軸に沿っていくつかの場所で。レコードの平均幅とデータ シートに各試験片の厚さを測定しました。

鋼の応力-ひずみ特性に関するビデオ、ゼウスに示すように、万能試験機を設定します。次に、引張試験機のグリップに供試体を配置します。両端の少なくとも 80% は読み込み操作中に滑りを防ぐことができますグリップにしっかりと接続されていることを確認します。サンドペーパーは、サンプルのグリップを改善するために使用する可能性があります。

製造元の指示に従って試料を安全に電子の伸縮計を取り付けます。次に、グリップの間試験体の長さを測定します。この値は、ゲージの長さ、ひずみを計算するために使用されます。今、引張荷重を供試体に適用を開始、コンピューターのディスプレイの応用負荷のライブの読み取りを観察します。測定負荷が向上しない場合、試料はグリップをすり抜けてと再添付する必要があります。この場合、テストは停止し、グリップに試料を再アタッチします。

読み込み中の変位グラフ対コンピューターで生成された負荷の形状を観察すること、ゆっくりと引張荷重の適用を続行します。いつかサンプル失敗の前に、ソフトウェアが自動的にテストを一時停止します。テスト コンピューターでサンプルを残すし、伸縮計を削除します。失敗するまで引張荷重を適用するを再開します。最大負荷と障害への荷重を記録します。壊れたマシンから取り外します。観察し、ドキュメントの場所および破壊の文字。幅と障害の地域の試験片の厚さを測定し、最終的な測定を記録します。

残りの標本は、文書化し、骨折の場所を特徴付けることを確かめるため、このプロトコルを繰り返します。

テスト完了、今を見てみましょう引張試験の結果。ここでは、我々 は高密度ポリエチレンのサンプル内の障害の進行を参照してください。引張試験中に高分子鎖を伸ばす、HDPE の延性を展示として供試体上下くびれのかなりの量があります。この現象はさらにもっと顕著な場合は素材がゆっくりと、読み込まれる HDPE サンプルで数回の初期の長さを伸ばすことができます。

PVC は、HDPE が多く高いヤングの率と低い延性を持つ同様の障害の進行を示しています。

高としてほとんど持っていたナイロン サンプル、完成品としてのヤングがもっと同様に HDPE の試験片を伸長、はるか延性材料であった。

対照的に、アクリル標本は基本的に非線形変形することがなく失敗します。サンプルのない目に見える伸長結果ブレークが発生します。

次に、標本の線形地域のためのヤング率を計算してみましょう。3 組の点を弾性変形領域でサンプル、各ペアの傾きを計算します。これらの 3 つの斜面の平均値は、その材料のおおよそのヤング率になります。

それは見ることができる、2 つの最高のヤング率は分割するより多くの力を必要とする材料に対応します。この例では、これは塩化ビニルやアクリル サンプルを表します。これらの材料はまた HDPE やナイロン、し、比較的脆性材料と比較すると、少しは塑性変形を受けた。HDPE とナイロンのサンプルは、低ヤング率、必要なほど変形する力の意味を持っていた。これらのサンプルは、サンプル材料の中で最も延性それらを作る、重要なくびれを経験しました。

異なるポリマーの一般的なアプリケーションのいくつかを見てみましょう。ほぼすべての専門分野は、医療機器に高強度の建築材料から、使用されているプラスチックを見つけるでしょう。

土木工学では、ポリマーは広くシーリング材、配管やホース、サイディング、塗装、接着剤に使用されます。ポリマーの多様なプロパティはそれらにほぼすべての仕事のための潜在的な候補を確認します。

エラストマーが特定の種類のポリマー、広く彼らのユニークな特性求めたです。彼らは大きい伸張の比率を持っていると、非導電性、非常に防水、絶縁電線からニトロ手袋ラボ環境で使用するアプリケーションで役立ちます。

高分子材料の引張試験のゼウスの概要を見てきただけ。高分子科学の基礎を理解し、異なる高分子材料の応力-ひずみ関係を決定するためのテスト標準研究室を知っている今。

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