Читать книгу Технология кровельных и гидроизоляционных материалов - В. И. Турчанинов - Страница 6

Механические свойства характеризуют способность материала сопротивляться силовым, температурным, усадочным и другим внутренним напряжениям без нарушения установившейся структуры и при полном сохранении сплошности.

Между характером структуры и механическими свойствами наблюдается непосредственная взаимосвязь.

Механические (структурно-механические) свойства разделяются на деформационные и прочностные.

Деформационные свойства характеризуются наличием деформаций; могут быть обратимыми и необратимыми. Обратимые – упругие и эластичные, – характеризуются полным спадом деформаций, соответственно мгновенным или в течение длительного времени после снятия нагрузок. Величина обратимой деформации – важный показатель качества ГИМ, содержащих каучук и другие каучукообразные компоненты.

Необратимые деформации – пластические, ползучесть – не только не исчезают после снятия нагрузки, но могут даже возрастать, например, под влиянием собственной массы (ползучесть).

Под воздействием силовых факторов наблюдаются как обратимые, так и необратимые деформации.

Характер деформации наиболее четко проявляется после снятия нагрузок по величине и продолжительности их спада (упругому последействию).

Графические зависимости деформаций от времени действия нагрузок представлены на рисунке 4.

Пластическая деформация, медленно нарастающая без увеличения напряжений в материале, называется текучестью.

С повышением температуры, уменьшением скорости деформирования, пластическая деформация возрастает (при одинаковой нагрузке).

Ползучесть большинства ГИМ достигает значительных размеров и возрастает с повышением температуры, поэтому деформации ползучести определяются при наивысшей температуре, при которой будет работать материал в конструкции.

При изучении реологических свойств материалов (реология – наука о текучести материалов) пользуются величиной вязкости или обратной ей величиной – текучестью.

Вязкость характеризует внутреннее трение жидкости или сопротивление перемещения одного слоя жидкого вещества относительно другого.

а – упругая деформация; б – упругоэластическая деформация; в – пластическая деформация; г – упруговязкопластическая деформация

Р – нагрузка; ε_о – упругая деформация; ε_э – эластическая деформация; ε_пл – пластическая деформация

Рисунок 4 – Графики зависимости деформаций (ε) от времени (τ) действия нагрузок

Рисунок 5 – График текучести (а) и ползучести (б)

Материал, подвергшийся воздействию внешних сил, способен самопроизвольно снимать часть внутренних напряжений за счет молекулярных перемещений и перестройки структуры со снижением упругой энергии и переходом ее в теплоту до состояния устойчивого равновесия в новых условиях. Процесс снижения напряжений в материале при постоянной деформации, строго зафиксированной жесткими связями, называется релаксацией. Время, в течение которого напряжение в материале понижается в е=2,72 раза, называется временем или периодом релаксации (Q). У жидких ГИМ Q~10^±10 с, у твердых Q~10¹⁰ с и более (т. е. десятки, сотни лет). С повышением температуры и при отсутствии химических превращений период релаксации уменьшается.

При малых периодах наблюдения (нагружения), значительно (в несколько десятичных порядков) меньших периода релаксации материал ведет себя как упругохрупкое тело, а при длительных периодах воздействия нагрузки (наблюдения) тот же материал, даже под воздействием собственной массы, обнаруживает ньютоновское (вязкое) течение (лед).

Вязкое течение может наблюдаться при эксплуатации ГИМ на вертикальных поверхностях. Его значение рассчитывают по формуле

где Е – жесткость;

Q – период релаксации.

Таким образом, удлинение материала без разрывов будет зависеть от жесткости Е и времени релаксации Q.

Прочностные свойства характеризуют способность материала не разрушаясь сопротивляться внутренним напряжениям, возникающим под воздействием механических, тепловых и других факторов. Для ГИМ прочность выражается пределом прочности при разрыве, сжатии, сдвиге, пределом упругости и т.д.

Эти величины являются условными, т.к. зависят от методики испытания материалов и, как правило, не учитывают продолжительности действия нагрузки.

Если для ГИМ с кристаллизационной структурой эти условные показатели хрупкого разрушения можно считать достоверными вследствие огромных периодов релаксации, то в отношении вязко-пластичных материалов при испытании следует учитывать фактор времени.

В случае нехрупко-пластичного разрушения образца обычно определяют лишь условный предел прочности, принимая за него величину частного от деления нагрузки, при которой происходит нарастание деформаций без увеличения усилия (регистрируется на шкале силоизмерителя), на площадь начального поперечного сечения образца в форме цилиндра или призмы. Полимеры испытывают при температуре 20 °C.

Изучая кинетику развития деформаций при постоянной нагрузке или кинетику развития напряжений при постоянных деформациях, получают числовые данные для построения реологических кривых в системе координат ε/σ, где ε – градиент скорости деформации.

По реологической кривой устанавливается предельное напряжение сдвига σ_к, соответствующее пределу текучести материала.

Сопротивление материала ударному действию нагрузки измеряется количеством работы, затрачиваемой на разрушение образца, принятого по стандарту, отнесенной к единице его объема (кг·см/см³) или к площади поперечного сечения (кг·см/см²).

σ_s – предел упругости; σт – преде л текучести; σ_р – предел прочности

Рисунок 6 – График предельных напряжений

где σ – напряжения; ε – деформации; η – текучесть

Рисунок 7 – Реологическая кривая

Твердость – способность материала сопротивляться проникновению в него других, более твердых тел. Метод определения твердости основан на вдавливании в испытуемый образец стального шарика или на перемещении по поверхности образца специального твердого наконечника (индентора). Мерой твердости служит отношение нагрузки к площади отпечатка.

Гибкость – для рулонных ГИМ определяется путем огибания вокруг бруска с криволинейной поверхностью образцов-полосок стандартной ширины на угол 180° при определенной температуре. Качество оценивают по нарушению сплошности материала при изгибе.

Технологические свойства или удобообрабатываемость также отражают механические свойства. Основные среди них – подвижность смесей, жесткость их, уплотняемость, укрывистость.