Лаба 3 - Расчет параметров стадий процесса прессования и их экспериментальная проверка (1022724), страница 2

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 2)

ρ_нас = ; У_уд = , [2, стр. 20]

где m₁ – масса измерительного цилиндра, кг; m₂ – суммарная масса пробы и измерительного цилиндра, кг.

За окончательный результат принимаем среднеарифметическое значение из результатов трех измерений.

2. По чертежу пресс-формы “Б” изображенному в ГОСТ 15882-84 рассчитываем объем изделия и находим массу навески.

Массу навески (m) в граммах для испытаний вычисляем по формуле:

m =ρ*V_ф, где

ρ- плотность фенопласта новолачного типа марки О3-010-02, г/см³,

ρ=1,4 г/см³

V_ф- объем формы на изделие (образец), см³.

V_ф=πh*(r²_нар-r²_внут)+ (2/3)π*(r³_нар-r³_внут), где

r_нар – наружный радиус изделия, мм

r_внут – внутренний радиус изделия, мм

h – высота цилиндрической части изделия, мм

3.Установливаем пуансон в держатель, а матрицу в обойму. Тип матрицы и пуансона выбирается по указанию преподавателя. Нажатием кнопки “Пуансон” опускаем его в матрицу. Нагреваем прибор до заданной температуры (контроль по показаниям прибора на измерительной панели).

4.Нажатием кнопки “Пуансон - вверх” переводим шток вместе с пуансоном в крайнее верхнее положение.

5.Быстро помещаем в нагретую матрицу навеску испытуемого материала.

6.Нажимаем кнопку “Пуансон – вниз”, что приводит к смыканию формы.

7.Для проведения оценки кинетики отверждения:

7.1. В момент замыкания формы, когда зазор между матрицей и пуансоном будет 2-3 мм, необходимо нажать кнопку “Ротор вкл”, при этом автоматически включается потенциометр КСПП-4 и идет запись изменения крутящего момента во времени.

7.2. При достижении пером самописца крайнего правого положения для возвращения его к левому краю диаграммы нажимаем кнопку “Ротор откл”.

7.3. Нажимаем кнопку “Пуансон – вверх ”. Шток перемещается вместе с пуансоном в крайнее верхнее положение.

7.4. Поворотом ручки затвора освобождаем пуансон и очищаем его от остатков материала латунным ножом.

7.5. Нажимаем кнопку “Пуансон – вниз”, соединяем затвор с формой и нажатием кнопки “Пуансон – вверх”, поднимаем форму вверх, освобождаем форму из затвора, производим чистку рабочей полости формы на столе.

7.6. Для подготовки к проведению следующего опыта помещаем в обойму матрицу с пуансоном и нагреваем до заданной температуры. Количество параллельных опытов – 3.

7.7. Обрабатываем результаты опыта, регистрируемые в координатах “крутящий момент – время” .

Для определения времени вязкопластичного состояния и времени отверждения необходимо провести пересчет значений М_кр (Н*м), полученных на диаграмме, в значения напряжения сдвига (МПа) и с учетом скорости перемещения диаграммы (V) определить длительность процесса.

Напряжение сдвига (σ,МПа), рассчитывается на стадии пластично - вязкого состояния по формуле:

σ = М●L [МПа], где: М – крутящий момент, значение которого рассчитывается по диаграмме, исходя из диапазона, соответствующего положению пе-реключателя “крутящий момент”, Нм,

L - постоянная установки, числовое значение которой для формы Б равно 3,9 ●10⁵м^–3

Напряжение сдвига (σ,МПа), рассчитывается на стадии отверждения по формуле:

σ = М● С [МПа], где М – крутящий момент, значение которого, рассчитывается по диаграмме, исходя из диапазона, соответствующего положению переключателя “крутящий момент”, Нм; С – постоянная, числовое значение которой составляет для форм Б 15,4●10⁵ м^–3

7.7.1. Время (t), прошедшее с начала записи диаграммы процесса отверждения, находим по формуле:

t = a/V [c], (20)

где а - длина участка вдоль диаграммы от ее начала, мм;

V – скорость перемещения диаграммы, мм/с.

При переводе результатов из координат “М_кр – время” в координаты “напряжение - время” необходимо на каждом участке диаграммы пересчитать Мкр для 3 - 5 точек, включая точки перегиба кривой.

7.7.2. По графику “напряжение сдвига - время” определяем продолжительность вязкопластичного состояния и время отверждения материала. График и полученные результаты вносим в лабораторный журнал.

7.8. Повторяем опыт по пп. 5.1 - 5.7 для других температур(180 ^оC и 190^оC), записываем в журнал условия проведения опыта.

8. Для оценки структурно-механических свойств пресс-материала (испытания по методу Б)

8.1. Выполняем пп. 1 – 4.

8.2. После смыкания формы выдерживаем в ней материал в течение заданного времени (по указанию преподавателя). Время выдержки фиксируем по секундомеру. За 1 – 2 сек до окончания времени выдержки включаем перемещение диаграммной бумаги. После окончания выдержки включаем ротор нажатием кнопки “Ротор вкл”. Рекомендуемые времена выдержки: 0, 1, 4, 10 мин.

8.3. Записываем диаграмму “М_кр – время” до выхода зависимости на прямую, параллельную оси времени.

8.4. Переводим полученные данные в координаты “напряжение – относительная деформация”; расчет относительной деформации по формуле : ε = t ,

где – скорость сдвига образца, с¹; t – время деформирования, с.

Расчет времени проводим по п.5.7.3.

8.5. По углу наклона начального участка кривых “напряжение сдвига – относительная деформация” определяем модуль упругости образца отвержденного материала. График “напряжение сдвига – относительная деформация” и полученные результаты расчетов заносим в лабораторный журнал.

8.6. По указанию преподавателя повторяем п. 6.1 - 6.5 для других времен выдержки, температур отверждения или другого материала. Строим зависимости модуля упругости при сдвиге, разрушающего напряжения от времени выдержки.

3.ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

3.1.РЕЗУЛЬТАТЫ РАСЧЕТОВ И ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ

3.1.1.Массу навески (m) в граммах для испытаний вычисляют по формуле:

m =ρ*V_ф, где

ρ- плотность фенопласта новолачного типа марки О3-010-02, г/см³, V_ф- объем формы на изделие (образец), см³.

Объем формы рассчитываю по чертежу пресс-формы “Б” представленному в ГОСТ 15882-84

V_ф=πh*(r²_нар-r²_внут)+ (2/3)π*(r³_нар-r³_внут), где

r_нар =10 – наружный радиус изделия, мм

r_внут =7 – внутренний радиус изделия, мм

h = 31 – высота цилиндрической части изделия, мм

V_ф=3,14*31*(10²-7²)+(2/3)*3,14*(10³-7³)=6339,66 мм³= 6,34 см³

m=1,4*6,34=8,87 г

3.1.2.Определение насыпной плотности пресс-порошка и расчет навески для формования образцов в пресс-форме “Б” прибора Р-1.

Насыпная плотность порошков характеризует массу свободно насыпанного порошка в единице объема и зависит, главным образом, от материала, формы и размера частиц, состояния поверхности.

Насыпную плотность материала ρ_нас (в кг/ м³) и удельный объем V_уд (в м³/ кг) рассчитываем по формулам:

ρ_нас= ; V_уд = ,

где m₁ – масса измерительного цилиндра, кг; m₂ – суммарная масса пробы и измерительного цилиндра, кг.

m₁=0,390 кг = 390 г

m₂=0,45 кг = 450 г

ρ_нас= = =600 кг/ м³= 0,6 г/ см³

V_уд = = =0,01667 м³/кг

3.1.3 Полученные кривые “Мкр – время” пересчитываю в координаты “Напряжение сдвига – время” Максимальный крутящий момент для всех температур равен 42,63 Н*м

Рисунок 1 - Кинетическая кривая отверждения фенопласта новолачного типа 03-010-02 при Т = 170 ºС при времени выдержки τ_выд = 0 мин

По рисунку 1 определили τ_впл. = 41 с., τ_отв = 80 с.

3.1.4.Определение температуры прессования: Т_пресс. = Т_ст - (lnτ_{в.-пл.сост.} - lnτ₀)/γ₁

[2, стр.187]

где Т_ст - температура испытаний материала на пластометре, К

τ_{в.пл сост.}– продолжительность вязко-пластичного состояния, с;

τ_о– время отверждения по пластометру, с;

Т_ст = 170 ºС (443К) [2, стр 186], τ₀ = 65 с [2, стр 188], γ₁ = 0,030 /ºС [2, стр 188]

τ_{в.пл сост}=31 с. [2, стр 188]

Т_пресс = 443 - ( ln31- ln65)/0,03 = 468 К (195˚С)

Рисунок 2 - Кинетическая кривая отверждения фенопласта новолачного типа 03-010-02 при Т = 190 ºС при времени выдержки τ_выд = 0 мин

По рисунку 2 определили τ_впл. = 22 с., τ_отв = 34 с.

По рисункам 1 и 2 можно сказать, что с увеличением температуры формы уменьшаются время вязко-пластичного состояния и время отверждения, т.к с увеличением температуры скорость реакции поликонденсации увеличивается

3.1.5. Расчет времени τ_{в.-пл.сост} в зависимости от температуры прессования.

Т_. : 170 ºС, 180 ºС, 190 ºС.

А = 1,77*10^-7 [2, стр.187], U = 69,5 кДж/моль [2, стр.187]

τ_{в.-пл.сост} = А*exp(U/RT) [2, стр.185]

где τ_{в.-пл.сост} – продолжительность вязко-пластичного состояния, с;

А – коэффициент, зависящий от типа связующего и рецептуры композиции;

U – кажущаяся (эффективная) энергия активации процесса поли-конденсации, кДж/Моль;

R = 8,31 – универсальная газовая постоянная, кДж/кМоль·град

Т – температура, К

при Т = 170 ºС (443 К), τ_{в.-пл.сост} = 1,77*10^-7*exp(69,5/8,31*443) = 28,0 с

при Т = 180 ºС (453 К), τ_{в.-пл.сост} = 1,77*10^-7*exp(69,5/8,31*453) = 18,45 с

при Т = 190 ºС (463К), τ_{в.-пл.сост} = 1,77*10^-7*exp(69,5/8,31*463) = 12,38 с

Рисунок 3 – Расчетная и экспериментальная зависимости “Время вязко-пластичного состояния -температура формы”

По рисунку 3 видно, что при увеличении температуры формы, значение времени вязко-пластичного состояния уменьшается. Также видно, что экспериментальные данные отличаются от расчетных потому что, при расчете используются общие коэффициенты для всех фенопластов:

А –( коэффициент, зависящий от типа связующего и рецептуры композиции);

U – (кажущаяся (эффективная) энергия активации процесса поли-конденсации, кДж/Моль);

3.1.6.Расчет времени отверждения в зависимости от температуры прессования.

τ_отв. = ν*τ_пл exp[α(T_ст – Т_ф)] + (B/k_c)exp[γ(T_ст – Т_ф)],

где α и ν – температурные коэффициенты; γ – коэффициент, учитывающий влияние температуры на время отверждения; τ_пл – продолжительность вязкопластического состояния при температуре стандартных испытаний Т_ст ; В – коэффициент, зависящий от заданной степени отверждения, 1/ºС.; k_c-константа скорости отверждения, с^-1; T_ф – температура стенки формы , К.

Для фенопластов v = 0,85 [1, стр 282];

τ_пл = 30 с [1, стр 282];

α = 0,050 1/ºС [1, стр 282];

k_c = 12,5 * 10³ с^-1 [1, стр 282];

γ = 0,030 1/ºС [1, стр 282];

Т_ст = 170ºС ( для фенопластов) [1, стр 282]

В = 0,020 1/ºС [1, стр 282];

при Т = 170 ºС (443 К),

τ_отв. = 0,85*30*exp[0,05(170-170)]+(0,02/12,5*10³)*exp[0,03*(170-170)]=27,1 c

при Т = 180 ºС (453 К),

τ_отв. = 0,85*30*exp[0,05(170-180)]+(0,02/16,75*10³)*exp[0,03*(170-180)]=16,3 c

при Т = 190 ºС (463 К),

τ_отв. = 0,85*30*exp[0,05(170-190)]+(0,02/21*10³)*exp[0,03*(170-190)]=9,9 c

Рисунок 4 – Расчетная зависимость “Время отверждения – температура формы”

По рисунку 4 видно, что при увеличении температуры формы, значение времени отверждения уменьшается. Также видно, что экспериментальные данные отличаются от расчетных потому что, при расчете используются общие коэффициенты для всех фенопластов.

Сравнивая рисунки 3 и 4 экспериментальные и расчетные данные времени вязко-пластичного состояния ближе, чем данные по времени отверждения, т.к. в расчете времени отверждения используется 6 общих коэффициентов, при расчете времени вязко-пластичного состояния 2 общих коэффициента.

Характеристики

Список файлов лабораторной работы