Annette Cowie, Bhupinderpal Singh Lukas Van Zwieten The Case for Biochar.
สมบัติเชิงกลของพอลิ ...chemsci.kku.ac.th/choosak/polymer/mech...
Transcript of สมบัติเชิงกลของพอลิ ...chemsci.kku.ac.th/choosak/polymer/mech...
20/07/54
1
วชา 313 351 เคมพอลเมอรเบองตน (Elementary to Polymer Science)
โดย ผศ.ดร.ชศกด พนสวสดSC 4502-2, 4203
[email protected]://chemsci.kku.ac.th/choosak
เอกสารอางอง
1. Sperling, L.H., Introduction to Physical Polymer Science: 2nd Ed., John Wiley & Sons, 1992.
2 Billmeyer, F.W. Jr., Textbook of Polymer Science: 3rd Ed., John Wiley & Sons, 1984.
3. Cowie, J.M.G., Polymers: Chemistry & Physics of Modern materials: 2nd Ed., Blackie Academic & Professional, 1996.
4. Allcock H.R. and Lampe F.W., Contemporary Polymer Chemistry: 2nd Ed., Prentice Hall, 1990.
5. http://www.pslc.ws/macrog/index.htm6. ปรชา พหลเทพ, วชา CH 462 โพลเมอร (High Polymers)
ส านกพมพมหาวทยาลยรามค าแหง พมพครงท 10, 2546
สมบตเชงกลของพอลเมอรMechanical property of polymer
สมบตเชงกลของพอลเมอร (Mechanical Properties)คณสมบตเชงกลของวสด เชน ความแขง (Hardness) ความแขงแรง (Strength) ความสามารถในการเปนเสน (Ductility) ความเหนยว (Toughness) ความคงรป (stiffness) แขงเปราะ (Brittle) ฯลฯ เปนสงทจะบอกวาวสดนนๆ สามารถทจะรบหรอทนทานแรงหรอพลงงานเชงกลภายนอกทมากระท าไดดมากนอยเพยงใด
ความเคน (Stress)
1. ความเคนแรงดง (Tensile Stress) 2. ความเคนแรงอด (Compressive Stress)3. ความเคนแรงเฉอน (Shear Stress)
แสดงลกษณะของแรงกระท าชนดตางๆ
ปกตunloaded
ดงStretched(Tension)
อดSqueezed
(Compression)
บดTwisted
(Torsional shear)
เฉอนCut
(Simple shear)
20/07/54
2
= F/A
Stress = ForceCross-sectional area
ความเครยด (Strain) = extensionOriginal length
= LL0
Modulus = stressstrain
E =
Linear elastic deformation for
loading and unloading cycles.
Hooke’s law
E : modulus of elasticity or
Young’s modulus (GPa or psi)
ใชกบการดง การกดอด
= E
เสยรป (deform) อยางถาวร
1. Tension tests (ทดสอบแบบดง) =
FA0
= =li - l0l0
ll0
F : instantaneous force (N or lb)
A0 : original cross-section (m2 or in2)
li : instantaneous length
l0 : original length
20/07/54
3
2. Compression tests (ทดสอบแบบกดอด)
F is taken to be negative
li < l0
= FA0
= =li - l0l0
ll0
การเฉอน (Shear)
S = F//
A0
= tan = X / Y
F// : instantaneous force // (N or lbf)
A0 : surface area (m2 or in2)
G : shear modulus = G
Y
X
โจทยตวอยาง
แทงพอลเอธลนซงมความยาวเทากบ 105 ม.ม. ถกดงตามแนวยาวดวยความเคน (stress) ขนาด
25 เมกกะปาสคาล (MPa) ถาการดงนเปนแบบยดหยน (elastic) แทงพอลเอธลนน
จะมความยาวเปนเทาใดภายหลงการดง
ก าหนดให คายงกมอดลส (E) ของพอลเอธลน มคาเทากบ 1.08 จกะปาสคาล (GPa)
= E = E l
l0
l = l0
E
(25 MPa)(105 mm)
(1.08 x 103 MPa)= = 2.43 mm
ภายหลงการดง แทงพอลเอธลนนจะมความยาวเทากบ 105 + 2.43 = 107.43 mm\
Room Temperature Elastic and Shear Moduli, and
Poisson’s Ratio for Various Materials
การหด/ขยาย (Dilation) โดย hydrostatic stress หรอ mean stress
P = K V/ V
K = Bulk ModulusP = Hydrostatic or mean stressV / V = Volumetric strain
l
a
แรงเคนอดทเทากนในทกทศทาง, เหมอนแรงอดของน า
B E = 2 (1+ ) G = 3 (1-2 ) K
= Poisson’s ratio = l / a = lateral strain / axial strain
ความสมพนธระหวาง elastic moduli E, G และ K
= 0 for cork = 0.25 for hookian material (isotropic, elastic) = 0.20-0.40 for plastics (0.3 brittle) 0.5 for rubber
l
a
y
x
20/07/54
4
The stress-strain curve for 6,6-nylon, a typical thermoplastic polymer.
Necks are not stable in amorphous polymers, because local alignment strengthens the necked region and reduces its rate of deformation.
Deformation
20/07/54
5
โลหะ
Offset Line 0.2% for metals, 2% for plastics
Offset line
20/07/54
6
NON-LINEAR ELASTIC DEFORMATION
พอลเมอร
2% secant modulus
ยด 2%
Initial tangentmodulus
20/07/54
7
Tensile strength คาการตานทานแรงดงCompressive strength คาการตานทานแรงกด
Flexural (bending) strength คาการตานทานแรงหกงอImpact strength คาการตานทานแรงอดเฉยบพลน
วดคาความเหนยว
Fatigue strength คาการตานทานแรงทกระท าอยางตอเนอง
อลาสตกมอดลส, E วดคาการคงรป (stiffness)คา E สง วสดจะ .............
E = /ทนแรงดงสง
เปรยบเทยบ คา Modulus
For ideal elastic,Compliance, J = 1/E หาคา softnessCompressibility, = 1/K
Universal Tensile Testingการทดสอบ Impact Test
Charpy
Izod
Hardness วธวดresistance to indentation, resistance to scratch, rebound efficiency
Brinell Hardness NumberVickers, Knoop (Diamond indentor , )
ISO 868.
Low modulus, rubber, plasticized PVC shore Ashore DRockwell (R, L)
High modulus, PS, PMMA Rockwell (M, E)
20/07/54
8
DEFLECTION TEMPERATURE UNDER LOAD (DTUL)
or HEAT DEFLECTION (DISTORTION) TEMPERATURE (HDT)
อณหภมทแทงทดสอบเบยงไป 0.25 mm เมอใหน าหนกกด
455 kPa (66 psi) หรอ 1820 kPa (264 psi) ทอตราการให
ความรอน 2 0.2oC/min
weightthermometer
polymer
sample
weightthermometer
polymer
sample
Polymers Tensile Tensile Impact Max. use DTUL DTUL
strength modulus strength temp,oC at at
(103 psi) (105 psi) Izod (no load) 66 psi 264 psi
(ft-lb/in)
Thermoplastics
PC 9 3.45 12-16 121 132-143 129-140
PET 10.4 - 0.8 80 115 85
HDPE 2.9-5.4 - 0.4-14 79-121 60-88 43-54
LDPE 0.9-2.5 0.2-0.27 - 82-100 38-49 32-40
PP (GP) 4.5-6.0 1.6-3.0 0.4-1.2 107-148 93 -110 52-60
PS (GP) 6.07-7.3 4.5 0.3 65-77 - 82-104
PVC (Rigid) 5-8 3-5 0.5-20 65-79 57-82 54-79
PVC (Flexible) 1.4 - 0.5-20 60-79 - -
Thermosets
Epoxy(No filler) 4-13 2.15-5.2 0.2-1.0 121-260 - 46-260
Epoxy(Glass filled) 10-30 30 10-30 149-260 - 121-260
Melamines(Glass filled) 5-10 24 0.6-18 149-204 - 204
Phenolics(Glass filled) 5-18 19-33 0.3-18 177-288 - 148-315
P.L.Mangonon, The Principles of Materials Selection for Engineering Design, Prentice- Hall, Upper Saddle River, 1999
ตวอยางคา DTUL ของพอลเมอร
POLYMERS DTUL@66 psi DTUL@264psi
(oC) (oC)
THERMOPLASTICS
HDPE 60 - 88 43 - 54
PP (GP) 93 - 110 52 - 60
THERMOSETS
EPOXY(glass filled) - 121 - 260
MELAMINE(glass filled) - 204
เพม T -elastic modulus -tensile strength -ductility
ลดลงลดลง
เพมขน
polymethyl methacrylate (PMMA)plexiglass
FRACTURE OF POLYMERS
Modes of Fracture (ประเภทของการแตกหก)
พจารณาจากความสามารถของวสดวาจะเกดการเสยรปพลาสตกหรอไม
1. Brittle fracture (แบบเปราะ): ไมมการเสยรปพลาสตกหรอมเพยงเลกนอย และ
ดดซบพลงงานเพยงเลกนอย (พท.ใตกราฟทนอย)
2. Ductile fracture (แบบเหนยว) : มการเสยรปพลาสตก และ
ดดซบพลงงานมาก (ดจากพท.ใตกราฟทมาก)
Ductility is a measure of the degree of plastic
deformation that has been sustained at fracture.
It can be expressed as either
percent elongation (%EL)
or percent reduction in area (%RA).
20/07/54
9
Failure
a combined ductile/brittle failure. (75-80% brittle failure, rest is ductile)
a ductile fatigue failure. crack moved from the upper right toward the lower left
Craze = load bearing fibrilsเกดจากการเชอมตอของชองวางขนาดเลก เกดเปนเสนใยทชวยรบแรงไดเกดใน glassy polymer เชน PS, PMMA
เมอเกดการรวมกนของ craze เมอแรงดงเพมขนท าใหเกด การแตกหก (Crack)
CRAZING (การราน)
A phenomenon that frequently precedes fracture in some glassythermoplastics. Associated with crazes are regions of very localized yielding, which lead to the formation of small and interconnected microvoids.
A craze showing microvoids and fibrillar bridges
A craze followed by a crack
Photograph of a craze in polyphenylene oxide.
Crazes form at highly stressed regions
associated with scratches, flaws, and
molecular inhomogeneities;in addition,
they propagate perpendicular to the
applied tensile stress, and typically
are 5 micron or less thick.
20/07/54
10
รอยขาวของ craze
เสนใดจะเปนพฤตกรรมทอณหภมสง