Цель работы:
установление влияния направления 3D печати внутренней структуры материала на механические свойства пластиковых конструкций.
Теоретическая часть:
для установления влияния структуры пластиковых конструкций, получаемых при 3D печати, рассматриваются образцы двух типов, в которых печатная головка обеспечивала продольно-поперечное структурирование относительно продольной оси образца (тип 1), а также структурирование под углом 45 градусов к продольной оси образца (тип 2).
для данных образцов снимаются диаграммы растяжения с записью усилия деформирования и абсолютного удлинения при деформации.
Диаграмма растяжения — это график, который строят при нагружении образца до разрушения. По нему определяют такие характеристики материала, как предел прочности при растяжении, удлинение при разрыве и модуль упругости. Пример диаграммы растяжения полимерного материала на рис. далее.
Для разных типов материалов диаграммы растяжения могут иметь различные виды:
- a — материал без предела текучести (ориентированные плёнки, например, БОПП);
- b — материал с пределом текучести (плёнки из ПЭНП);
- c — материал с условным пределом текучести (стрейч-плёнки).
На свойства пластмасс при растяжении сильно влияют скорость деформирования и условия окружающей среды.
ГОСТ испытания пластмасс на растяжение
Образцы для испытаний термопластов и армированных пластиков должны соответствовать типу и размерам, указанным на рисунке и в таблице.
Рисунок 1: Образцы для испытаний материалов на растяжение (Числовые значения параметров приведены в таблице 1)
Образец типа 1 применяют для испытаний пластмасс с высоким относительным удлинением при разрыве (полиэтилен, пластифицированный поливинилхлорид), образец типа 2 – для испытаний большинства материалов (термореактивные, термопластичные и слоистые пластики), образец типа 3 в форме полоски – для испытаний стеклопластиков.
Таблица 1
| Размеры образцов, мм |
Образец типа |
| 1 |
2 |
3 |
| Общая длина l1, не менее |
115 |
150 |
250 |
| Расстояние между метками, определяющими положение кромок зажимов на образце, l2 |
80±5 |
115±5 |
170±5 |
| Длина рабочей части l3 |
33±1 |
60±1 |
– |
| Расчетная длина l0 |
25±1 |
50±1 |
50±1 |
| Ширина головки b1 |
25±0,5 |
20±0,5 |
25±0,5 |
| Ширина рабочей части b2 |
6±0,4 |
10±0,5 |
– |
| Толщина h |
2±0,2(от 1 до 3) |
4±0,4(от 1 до 10) |
2±0,2(от 1 до 6) |
Диаграмму растяжения строят при нагружении образца до разрушения. Скорость нагружения – 2,0±0,4 мм/мин. По удлинению в момент разрушения Dl определяют относительно удлинение при разрыве e.
По максимальному значению нагрузки Fp вычисляют предел прочности при растяжении.
Удлинение измеряют прибором с погрешностью не более 2% в диапазоне 0,1–0,5 мм. База преобразователя перемещения L0, устанавливаемого на образец, не менее 20 мм.
По диаграмме деформирования определяют значения нагрузок F1 и F2 и удлинение Dl1 и Dl2, соответствующих относительному удлинению 0,1% и 0,3% и рассчитывают модуль упругости при растяжении.
При невозможности записи диаграммы деформирования модуль упругости определяют при циклическом нагружении образца (до получения стабильных приращений) в диапазоне усилий F1 = (0,05–0,1)×Fр до F2 = 0,2×Fр. При значениях нагрузки F1 и F2 определяют приращение Dl на базе L0.
Испытания на растяжение полимерных материалов проводят при температуре 23±2°С.
Перед испытанием замеряют ширину и толщину образцов в рабочей части с точностью до 0,01 мм не менее чем в трех местах и вычисляют площадь поперечного сечения. В расчет принимают наименьшую площадь поперечного сечения.
Перед испытанием на образец наносят необходимые метки (без повреждения образцов), ограничивающие его базу и положение кромок захватов (таблица).
Образцы закрепляют в зажимы испытательной машины по меткам, определяющим положение кромок зажимов, таким образом, чтобы продольные оси зажимов и ось образца совпадали между собой и с направлением движения подвижного зажима. Зажимы затягивают равномерно, чтобы не было проскальзывания образца в процессе испытания, но при этом не происходило его разрушение в месте закрепления. Далее настраивают прибор для замера деформаций.
Затем образец нагружают возрастающей нагрузкой, величину которой фиксируют по шкале динамометра. Скорость нагружения составляет 25 мм/мин при определении прочности и относительного остаточного удлинения. В момент разрушения фиксируют наибольшее усилие и определяют прочность при растяжении по формуле
где Fp – нагрузка, при которой образец разрушился, Н; S0 = b×h – начальное поперечное сечение образца, мм2; b, h – ширина и толщина образца соответственно, мм.
Образцы, разрушившиеся за пределами рабочей части, за результат не принимают.
По удлинению в момент разрушения Dl определяют относительное удлинение при разрыве e:
где Dl – изменение расчетной длины образца в момент разрыва, мм; l0 – расчетная длина, мм.
Модуль упругости определяют по формуле
где F1, F2 – значения нагрузок, соответствующих относительному удлинению 0,1% и 0,3%, Н; Dl1, Dl2 – удлинение при нагрузках F1, F2 соответственно, мм.
За результат измерения прочности, относительного удлинения и модуля упругости принимают среднее арифметическое значение для всех образцов.
Результаты испытаний заносят в протокол.
Практическая часть:
Форма и размеры образцов, используемых в данной работе, представлены на рис. далее. Материал образцов: PLA-пластик.
 
Перед испытаниями производится замер толщины и ширины каждого образца в трех местах на рабочей части, данные заносятся в таблицу. Также замеряется длина и ширина головки каждого образца для последующего определения продольной и поперечной усадки пластика при печати.
После испытаний по полученным диаграммам растяжения в координатах F=f(delta_l) строятся диаграммы деформирования в координатах sigma=f(epsilon), по которым определяются значения предела прочности и модуля упругости материала.
Кроме того, вычисляются данные по продольной и поперечной усадке пластика при печати.
Далее вычисляется относительная разница в пределах прочности, модуля упругости, продольной и поперечной усадки образцов типа 1 и 2 с различной ориентацией структуры при печати.
Параметры, которые необходимо определить в ходе лабораторной работы для каждого образца:
- Предел прочности (МПа);
- Модуль упругости (ГПа):
- Предельное относительное удлинение (%);
- Продольная усадка материала (%);
- Поперечная усадка материала (%);
- относительное изменение каждого из вышеуказанных параметров по образцам (%);
Выводы:
1 - по цели;
2 - по результатам: проанализировать влияние ориентации внутренней структуры пластиковых образов на предел прочности, модуль упругости, продольную и поперечную усадку образцов;
Особенности организации внутренней структуры образцов:
  
Коэффициенты заполнения внутреннего объема 40%, наружной части 100%; | 
Главная 
