Tworzywa sztuczne i kompozyty

UNIWERSYTET KAZIMIERZA WIELKIEGO
Wydział Matematyki, Fizyki i Techniki
Instrukcja do ćwiczeń laboratoryjnych
Kierunek MECHATRONIKA
Przedmiot:
Tworzywa sztuczne i kompozyty
Temat:
Podatności na pełzanie oraz relaksacja naprężeń
Nr ćwiczenia: 1
1. Zadanie:
wyznaczenie funkcji pełzania i relaksacji.
2. Wyposażenie stanowiska:
dynamiczny analizator termomechaniczny DMA model Q800
(TA Instruments, USA),
zestawy do ściskania, rozciągania, ścinania oraz zginania dwu- i trójpunktowego,
zestaw narzędzi, m.in.: elektroniczna suwmiarka, momentomierz sił, zestaw do
wycinania próbek,
próbki do badań.
3. Przebieg ćwiczenia:
umieszczenie i zamocowanie próbki w uchwytach,
zadanie stałej wartości odkształcenia - pomiar zmian wartości siły w czasie,
pomiar wartości odkształcenia w czasie - próbka obciążona i nieobciążona,
powyższe etapy przebiegu ćwiczenia należy wykonać dla 3 różnych temperatur.
4. Uwagi do sprawozdania:
opisać modele Voigt-Kelvina, Maxwella i trójelementowy funkcji pełzania i
relaksacji,
wyniki badań przedstawić na wykresach,
do punktów pomiarowych dopasować metodą najmniejszych kwadratów funkcję
odpowiedniego modelu matematycznego,
porównać dopasowania i wyciągnąć wnioski,
porównać wyniki badań dla różnych wartości temperatury wyciągnąć wnioski.
5. Literatura podstawowa:
norma badań: ASTM D 2990 2001, Standard Test Methods for Tensile,
Compressive, and Flexural Creep and Creep-Rupture of Plastics.
instrukcja obsługi aparatu Q800,
materiał dydaktyczny do ćw. 1.
6. Literatura uzupełniająca:
Ferry J. D.: „Lepkosprężystość polimerów”, WNT, Warszawa 1965
Menard K.: Dynamic Mechanical Analysis: A Practical Introduction”, CRC Press
Boca Raton, 1999.
Opracował:
Dr Piotr Rytlewski
UNIWERSYTET KAZIMIERZA WIELKIEGO
Wydział Matematyki, Fizyki i Techniki
Instrukcja do ćwiczeń laboratoryjnych
Kierunek MECHATRONIKA
Przedmiot:
Tworzywa sztuczne i kompozyty
Temat:
Analiza dynamiczno mechaniczna (DMA)
1. Zadanie:
2.
3.
4.
5.
6.
Nr ćwiczenia: 2
wyznaczenie modułów zachowawczego, stratności, współczynnika tłumienia
oraz temperatury zeszklenia.
Wyposażenie stanowiska:
analizator dynamiczno mechaniczny DMA model Q800 (TA Instruments, USA),
zestawy do ściskania, rozciągania, ścinania oraz zginania dwu- i
trójpunktowego,
zestaw narzędzi, m.in.: elektroniczna suwmiarka, momentomierz sił,
próbki do badań.
Przebieg ćwiczenia:
wybór zestawu uchwytów mocujących odpowiednio do rodzajów badanych
próbek,
wykonanie kalibracji siły i położenia.
umieszczenie i zamocowanie próbki w uchwytach,
ustalenie i wprowadzenie do programu sterującego następujących parametrów:
zakres temperatury, szybkość ogrzewania, wartość amplitudy i częstotliwość
odkształceń,
wykonanie pomiaru i rejestracja danych.
Uwagi do sprawozdania:
opisanie podstaw fizycznych techniki DMA, w tym wyjaśnienie pojęć modułu
zachowawczego, stratności oraz współczynnika tłumienia.
przedstawienie wyników obliczeń modułów zachowawczego, stratności,
współczynnika tłumienia, oraz ich analiza ze wskazaniem i wyjaśnieniem
zachodzących przejść makromolekularnych.
Literatura podstawowa:
norma ASTM D 4065 2001. Standard Terminology for: Plastics: Dynamic
Mechanical Properties.
norma PN-EN ISO 6721-1. Oznaczanie dynamicznych właściwości
mechanicznych, zasady ogólne,
instrukcja obsługi aparatu Q800,
materiał dydaktyczny.
Literatura uzupełniająca:
Ferry J. D.: „Lepkosprężystość polimerów”, WNT, Warszawa 1965.
Menard K.: Dynamic Mechanical Analysis: A Practical Introduction”, CRC
Press Boca Raton, 1999.
Opracował:
Dr Piotr Rytlewski
UNIWERSYTET KAZIMIERZA WIELKIEGO
Wydział Matematyki, Fizyki i Techniki
Instrukcja do ćwiczeń laboratoryjnych
Kierunek MECHATRONIKA
Przedmiot:
Tworzywa sztuczne i kompozyty
Temat:
Różnicowa kalorymetria skaningowa (DSC)
Nr ćwiczenia: 3
1. Zadanie:
obliczenie stopnia krystaliczności i wyznaczenie temperatury topnienia.
2. Wyposażenie stanowiska:
skaningowy kalorymetr różnicowy DSC model Q200 (TA Instruments, USA),
układy chłodzący (do -90°C) oraz przepływu gazów (azotu i tlenu syntetycznego),
zestaw ‘Tzero’ do hermetycznego zamykania próbek,
próbki do badań.
3. Przebieg ćwiczenia:
przygotowanie tygla z próbką badanego materiału (ważenie próbki z
dokładnością do 0,01mg),
tygle z tworzywem i bez umieścić w komorze pomiarowej,
ustalić zakres zmiany temperatury, szybkość ogrzewania/ochładzania, liczbę cykli,
wykonać pomiar.
4. Uwagi do sprawozdania:
opisać krystaliczność polimerów oraz jej wpływ na właściwości,
opisać podstawy fizyczne techniki DSC i sposób obliczania stopnia
krystaliczności,
przedstawić wyniki i wnioski z badań.
5. Literatura podstawowa:
norma PN-EN ISO 11357-1. Tworzywa sztuczne. Różnicowa kalorymetria
skaningowa DSC. Zasady ogólne,
instrukcja obsługi aparatu Q200,
materiał dydaktyczny do ćw. 3.
6. Literatura uzupełniająca:
Hatakeyama T., Quinn F.X.: “Thermal Analysis: Fundamentals and Applications
to Polimer Science”, Wiley, West Sussex 1999.
W. Przygocki, Metody fizyczne badań polimerów, PWN, Warszawa 1990.
Opracował:
Dr Piotr Rytlewski
UNIWERSYTET KAZIMIERZA WIELKIEGO
Wydział Matematyki, Fizyki i Techniki
Instrukcja do ćwiczeń laboratoryjnych
Kierunek MECHATRONIKA
Przedmiot:
Tworzywa sztuczne i kompozyty
Temat:
Temperatura ugięcia pod obciążeniem (HDT)
Nr ćwiczenia: 4
1. Zadanie:
wyznaczenie temperatury ugięcia (HDT).
2. Wyposażenie stanowiska:
analizator dynamiczno mechaniczny DMA model Q800 (TA Instruments, USA),
zestaw do zginania trójpunktowego,
zestaw narzędzi, m.in.: elektroniczna suwmiarka, momentomierz sił,
próbki do badań.
3. Przebieg ćwiczenia:
wykonanie kalibracji siły i położenia,
umieszczenie próbki na uchwycie do zginania trójpunktowego,
ustalenie i wprowadzenie do programu sterującego następujących parametrów:
zakres temperatury, szybkość ogrzewania, wartość siły uginającej próbkę,
trzykrotne wykonanie pomiaru i rejestracja temperatury ugięcia dla trzech
różnych próbek.
4. Uwagi do sprawozdania:
opisanie metod wyznaczania temperatury ugięcia Vicat’a oraz HDT,
przedstawienie wyników badań temperatury HDT,
obliczenie wartości średnich oraz odchyleń standardowych,
wnioski.
5. Literatura podstawowa:
norma PN-EN ISO 306 2002. Temperatura ugięcia pod obciążeniem,
instrukcja obsługi aparatu Q800,
materiał dydaktyczny do ćw. 4.
6. Literatura uzupełniająca:
Broniewski T., Kapko J., Płaczek W., Thomalla J.: „Metody badań i ocena
właściwości tworzyw sztucznych”, WNT, Warszawa 2000,
norma ASTM D 648 Standard Test Method for Deflection Temperature of
Plastics Under Flexural Load in the Edgewise,
Opracował:
Dr Piotr Rytlewski
UNIWERSYTET KAZIMIERZA WIELKIEGO
Wydział Matematyki, Fizyki i Techniki
Instrukcja do ćwiczeń laboratoryjnych
Kierunek MECHATRONIKA
Przedmiot:
Tworzywa sztuczne i kompozyty
Temat:
Badania termograwimetryczne (TGA)
Nr ćwiczenia: 5
1. Zadanie:
określenie temperatury rozkładu termicznego i ilości dodatków ceramicznych
2. Wyposażenie stanowiska:
termowaga TG Q500 (TA Instruments, USA),
próbki do badań.
3. Przebieg ćwiczenia:
wykonać kalibrację pomiaru temperatury aparatu Q500,
przygotować próbki materiału przeznaczonego do badań,
próbkę umieścić na szalce i wprowadzić do komory grzewczej,
określić zakres temperatury oraz szybkość ogrzewania materiału,
wykonać pomiar.
4. Uwagi do sprawozdania:
opisać zagadnienia dot. degradacji termicznej materiałów polimerowych,
opisać podstawy fizyczne techniki TGA,
przedstawić na wykresach zależności ubytku masy (∆m) od temperatury (T) oraz
pochodnych ubytku masy po temperaturze (d∆m/dT),
wyznaczyć ilość dodatków ceramicznych,
zinterpretować wyniki.
5. Literatura podstawowa:
norma PN-EN ISO 11358 2004. Tworzywa sztuczne. Termograwimetria (TG)
polimerów. Zasady ogólne,
instrukcja obsługi aparatu Q500,
materiał dydaktyczny do ćw. 5.
6. Literatura uzupełniająca:
Hatakeyama T., Quinn F.X.: “Thermal Analysis: Fundamentals and Applications
to Polimer Science”, Wiley, West Sussex 1999.
W. Przygocki, Metody fizyczne badań polimerów, PWN, Warszawa 1990.
Opracował:
Dr Piotr Rytlewski
UNIWERSYTET KAZIMIERZA WIELKIEGO
Wydział Matematyki, Fizyki i Techniki
Instrukcja do ćwiczeń laboratoryjnych
Kierunek MECHATRONIKA
Przedmiot:
Tworzywa sztuczne i kompozyty
Nr ćwiczenia: 6
Pomiary rezystywności skrośnej i powierzchniowej metodą
Temat:
zmiennej polarności napięcia elektrycznego
1. Zadanie:
wyznaczenie rezystywności skrośnej i powierzchniowej
2. Wyposażenie stanowiska:
elektrometr model 6517A (Keithley, USA),
zestaw elektrod model 8009 (Keithley, USA),
próbki do badań.
3. Przebieg ćwiczenia:
zmierzyć grubość badanej próbki,
wybrać konfigurację elektrod (pomiar prądu skrośnego lub powierzchniowego),
próbkę umieścić w komorze z elektrodami,
określić wartość napięcia, czas jego trwania oraz liczbę cykli zmiany polarności
napięcia,
uruchomić pomiar.
4. Uwagi do sprawozdania:
opisać właściwości elektryczne tworzyw polimerowych,
opisać metodę pomiaru rezystywności skrośnej i powierzchniowej przy
zastosowaniu zmiennej polarności napięcia elektrycznego.
wyniki przedstawić na wykresie i w tabeli,
zinterpretować wyniki badań.
5. Literatura podstawowa:
norma ASTM D257 1999. Standard Test Methods for DC Resistance or
Conductance of Insulating Materials,
materiał dydaktyczny do ćw. 6,
instrukcja obsługi aparatu.
6. Literatura uzupełniająca:
Broniewski T., Kapko J., Płaczek W., Thomalla J.: Metody badań i ocena
właściwości tworzyw sztucznych. WNT Warszawa 2000.
Szlezyngier W.: "Tworzywa sztuczne : chemia, technologia wytwarzania,
wlasciwosci, przetwórstwo, zastosowanie", WPL, Rzesz6w 1996.
Opracował:
Dr Piotr Rytlewski
UNIWERSYTET KAZIMIERZA WIELKIEGO
Wydział Matematyki, Fizyki i Techniki
Instrukcja do ćwiczeń laboratoryjnych
Kierunek MECHATRONIKA
Przedmiot:
Tworzywa sztuczne i kompozyty
Temat:
Badanie zwilżalności
1. Zadanie:
2.
3.
4.
5.
6.
Nr ćwiczenia: 7
wyznaczenie zwilżalności materiałów polimerowych metodami dynamicznego
napływu i cofania kropli wody i dijodometanu.
Wyposażenie stanowiska:
zestaw aparatury do pomiaru kata zwilżania, w tym goniometr DSA 100 (Krüss,
Niemcy),
instrukcja obsługi aparatury,
woda i dijodometan,
próbki do badań.
Przebieg ćwiczenia:
próbką umieścić na platformie pomiarowej,
wybrać rodzaj cieczy pomiarowej, zakres zmiany objętości kropli, interwał
czasowy między kolejnymi pomiarami, właściwą metodę dopasowania obwiedni
do obrysu kropli,
wykonać pomiar,
Uwagi do sprawozdania:
opisać właściwości adhezyjne tworzyw polimerowych,
opisać metody pomiaru kąta zwilżania dynamicznego napływu i cofania,
dla każdej serii pomiarowej obliczyć wartość średnią i odchylenie standardowe,
wykonać analizę wyników badań.
Literatura podstawowa:
Żenkiewicz M.: "Przetwórstwo tworzyw wielkocząsteczkowych.
Charakterystyka, podstawy fizyczne, metody", Wydawnictwo Akademii
Bydgoskiej, Bydgoszcz 2002.
instrukcja obsługi aparatu DSA100,
materiał dydaktyczny do ćw. 7.
Literatura uzupełniająca:
Żenkiewicz M.: „Adhezja i modyfikowanie warstwy wierzchniej tworzyw
wielkocząsteczkowych”, WNT, Warszawa 2000.
Opracował:
Dr Piotr Rytlewski
UNIWERSYTET KAZIMIERZA WIELKIEGO
Wydział Matematyki, Fizyki i Techniki
Instrukcja do ćwiczeń laboratoryjnych
Kierunek MECHATRONIKA
Przedmiot:
Tworzywa sztuczne i kompozyty
Temat:
Swobodna energia powierzchniowa
Nr ćwiczenia: 8
1. Zadanie:
wyznaczenie swobodnej energii metodą Owena-Wendta
2. Wyposażenie stanowiska:
zestaw aparatury do pomiaru kata zwilżania, w tym goniometr DSA 100 (Krüss,
Niemcy),
woda i dijodometan,
próbki do badań,
komputer z oprogramowaniem.
3. Przebieg ćwiczenia:
próbkę umieścić na platformie pomiarowej,
krople wody i dijodometanu umieścić na badanej próbce,
zmierzyć kąty zwilżania,
rozwiązać układu dwóch równań z dwoma niewiadomymi (metoda OwensaWendta),
podać wartości swobodnej energii powierzchniowej, jej składowych polarnej i
dyspersyjnej.
4. Uwagi do sprawozdania:
opisać właściwości adhezyjne tworzyw polimerowych,
zdefiniować pojęcie swobodnej energii powierzchniowej,
opisać sposób obliczenia swobodnej energii powierzchniowej metodą OwenaWendta.
podać wnioski z uzyskanych wyników.
5. Literatura podstawowa:
Żenkiewicz M.: "Przetwórstwo tworzyw wielkocząsteczkowych.
Charakterystyka, podstawy fizyczne, metody", Wydawnictwo Akademii
Bydgoskiej, Bydgoszcz 2002.
instrukcja obsługi aparatury,
materiał dydaktyczny do ćw. 7 i 8.
6. Literatura uzupełniająca:
Żenkiewicz M.: „Adhezja i modyfikowanie warstwy wierzchniej tworzyw
wielkocząsteczkowych”, WNT, Warszawa 2000.
Opracował:
Dr Piotr Rytlewski
UNIWERSYTET KAZIMIERZA WIELKIEGO
Wydział Matematyki, Fizyki i Techniki
Instrukcja do ćwiczeń laboratoryjnych
Kierunek MECHATRONIKA
Przedmiot:
Tworzywa sztuczne i kompozyty
Temat:
Masowy wskaźnik szybkości płynięcia (MFR)
Nr ćwiczenia: 9
1. Zadanie:
wyznaczenie wartości MFR
2. Wyposażenie stanowiska:
plastomer MP600 (Tinius Olsen, USA),
zestaw elementów obciążających,
waga laboratoryjna.
3. Przebieg ćwiczenia:
ustalenie odpowiednich wartości: masy elementu obciążającego, temperatury
oraz czasu odcięcia,
umieszczenie granulatu w cylindrze,
umieszczenie tłoka z obciążeniem w cylindrze,
odcinanie wytłaczanego tworzywa w wyznaczonych momentach czasu,
ważenie wytłoczonych fragmentów materiału,
obliczenie wskaźnika MFR.
4. Uwagi do sprawozdania:
zdefiniować pojęcie lepkości polimerów,
opisać rodzaje wskaźników płynięcia oraz ich znaczenie w procesach
przetwórstwa materiałów polimerowych,
przedstawić wyniki, obliczyć wartość średnią i odchylenie standardowe wskaźnika
MFR.
5. Literatura podstawowa:
norma PN-EN ISO 1133, 2006. Tworzywa sztuczne. Oznaczanie masowego
wskaźnika szybkości płynięcia (MFR) i objętościowego wskaźnika szybkości
płynięcia (MVR) tworzyw termoplastycznych,
instrukcja obsługi aparatury,
materiał dydaktyczny do ćw. 9.
6. Literatura uzupełniająca:
Szlezyngier W.: "Tworzywa sztuczne", WPL, Rzeszów 1999.
Żenkiewicz M.: "Przetwórstwo tworzyw wielkocząsteczkowych.
Charakterystyka, podstawy fizyczne, metody", Wydawnictwo Akademii
Bydgoskiej, Bydgoszcz 2002.
Opracował:
Dr Piotr Rytlewski
UNIWERSYTET KAZIMIERZA WIELKIEGO
Wydział Matematyki, Fizyki i Techniki
Instrukcja do ćwiczeń laboratoryjnych
Kierunek MECHATRONIKA
Przedmiot:
Tworzywa sztuczne i kompozyty
Temat:
Spektroskopia w podczerwieni z transformacją Fouriera (FTIR)
Nr ćwiczenia: 10
1. Zadanie:
identyfikacja polimerów.
2. Wyposażenie stanowiska:
spektrofotometr FTIR Nicolet iS10 (Thermo Fisher Scientific, USA),
oprogramowanie OMINIC do identyfikowania widm
(Thermo Fisher Scientific, USA),
próbki do badań.
3. Przebieg ćwiczenia:
wycięcie próbek do badań,
skalibrowanie urządzenie przy użyciu próbki wzorcowej z polistyrenu,
umieszczenie próbki w komorze pomiarowej,
usytuowanie kryształu na powierzchni badanej próbki (zapewnić dobre
przyleganie)
wykonanie pomiaru
4. Uwagi do sprawozdania:
opisać podstawy fizyczne spektroskopii FTIR,
wyniki przedstawić na wykresie,
wskazać grupy funkcyjne, którym odpowiadają zarejestrowane na wykresie
pasma absorpcji,
na podstawie przeprowadzonej analizy badań podać nazwę polimeru, który mógł
być przedmiotem badań.
5. Literatura podstawowa:
Z. Kęcki „Podstawy spektroskopii molekularnej” PWN Warszawa 1998.
instrukcja obsługi aparatu Nicolet iS10,
materiał dydaktyczny do ćw. 10.
6. Literatura uzupełniająca:
J.F. Rabek: „Podstawy fizykochemii polimerów”, Wyd. Politechnika
Wrocławska 1977.
P.W. Atkins „Chemia fizyczna”, ” PWN Warszawa 2003.
Opracował:
Dr Piotr Rytlewski
UNIWERSYTET KAZIMIERZA WIELKIEGO
Wydział Matematyki, Fizyki i Techniki
Instrukcja do ćwiczeń laboratoryjnych
Kierunek MECHATRONIKA
Przedmiot:
Tworzywa sztuczne i kompozyty
Temat:
Pomiar współczynników tarcia
Nr ćwiczenia: 11
1. Zadanie:
ƒ
wyznaczenie współczynników tarcia folii.
2. Wyposażenie stanowiska:
ƒ
ƒ
aparat do pomiaru współczynników tarcia 6196/000 (Ceast/Instron, Italy),
próbki do badań.
3. Przebieg ćwiczenia:
ƒ
umieszczanie pierwszego kawałka badanej foli na płycie podstawy i
zamocowanie go w uchwycie,
ƒ umieszczenie drugiego kawałka badanej folii na powierzchni pierwszego i
obciążenie go ciężarkiem,
ƒ rozpoczęcie pomiaru po przez naciśniecie guzika START,
ƒ rejestrowanie wyników odpowiadających:
- tarciu statycznemu,
- tarciu dynamicznemu.
ƒ w pomiarach tarcia dynamicznego dokonywać odczytu wyników co 3 sekundy
celem określenia rozrzutu uzyskiwanych wyników.
4. Uwagi do sprawozdania:
ƒ
opisanie metody wyznaczania współczynników tarcia statycznego i
dynamicznego,
ƒ przedstawienie wyników badań współczynników tarcia,
ƒ obliczenie wartości średnich oraz odchyleń standardowych,
ƒ wnioski.
5. Literatura podstawowa:
ƒ
ƒ
instrukcja obsługi 6196/000,
norma ASTM D1894, 2000r.
6. Literatura uzupełniająca:
ƒ
Broniewski T., Kapko J., Płaczek W., Thomalla J.: „Metody badań i ocena
właściwości tworzyw sztucznych”, WNT, Warszawa 2000,
Opracował:
Dr Piotr Rytlewski