Механическая прочность – свойство тела, характеризующееся способностью противостоять разрушению под воздействием механических сил. Для его количественной оценки введено несколько характеристик. Одной из таких характеристик является значение механических напряжений, при которых в данных условиях происходит разрушение образца. Эту величину называют пределом прочности или разрушающим напряжением. Разрушающее напряжение может определяться при различных видах деформации: растяжение, сжатие, изгиб и т.д (соответственно определяют прочность на разрыв, сжатие и т.п.). Механическое напряжение представляет собой отношение деформирующей силы, приложенной к испытуемому образцу, к площади его поперечного сечения: σ=F/S.
Величина разрушающего напряжения, помимо свойств материала, зависит от температуры и времени действия деформирующей силы, от скорости деформации, от размеров и конфигурации образца испытуемого материала. Поэтому при сравнении прочности разных материалов по значениям разрушающего напряжения необходимо производить определение этой величины при одних и тех же условиях. Лабораторная работа будет основанна на проверке прочности твердых диэлектриков: электроизоляционной трансформаторной бумаги и полипропиленовой плёнки.
Полипропилен (ПП) относится к синтетическим полимерам - это полимеры, искусственно созданные человеком.
Полимеры — высокомолекулярные соединения, вещества с большой молекулярной массой (от нескольких тысяч до нескольких миллионов), молекулы которых (макромолекулы) состоят из большого числа повторяющихся группировок (мономерных звеньев).
Полипропилен (ПП) – бесцветное кристаллическое вещество. В тонких слоях ПП – прозрачный, в толстых – продукт молочно-белого цвета. Растворяется лишь при повышенной температуре в сильных растворителях: хлорированных, ароматических углеводородах. ПП проявляет стойкость к кислотам и щелочам, солевым растворам и другим неорганическим агрессивным средам, а также органическим растворителям (спиртам, сложным эфирам и кетонам).
Промышленно ПП выпускается в виде окрашенных и неокрашенных гранул. Полимер используется во многих отраслях экономики (автомобилестроение, строительство, машиностроение, медицина, приборостроение и т.д.). Его применение позволяет уменьшить стоимость используемого материала, снизить материалоемкость.
Как и любой другой материал, ПП имеет свои достоинства и недостатки. Широкое использование ПП практически во всех промышленных отраслях говорит о значительном преобладании плюсов этого материала над его минусами.
Основные преимущества: большой эксплуатационный срок; высокая прочность, стойкость к изгибам; устойчивость к действию химикатов; стойкость к перепадам температур; высокие тепло- и звукоизоляционные качества; относительно низкая стоимость производства.
Основные недостатки ПП: невозможность использовать в конструкциях пожароопасных объектов; под действием света в присутствии кислорода ПП постепенно теряет свои физические свойства (для устранения этого недостатка в состав материала вводятся специальные добавки-стабилизаторы, такие как сажа, алкилфенолы, ароматические амины). Чтобы повысить морозостойкость и эластичность материала, ПП модифицируют другими олефинами или каучуком в различных пропорциях
Плотность ПП - 0,90-0,91 Мг/м3, весьма эластичен (относительное удлинение при растяжении 500-700 %), у него высокая температура плавления, 160-170 С, обусловленная eго стереорегулярной структурой; «длительная» нагревостойкость около 105 градусов Цельсия. Одна из перспективных областей применения полипропилена - диэлектрик намотанных (пленочных, а также комбинированных - бумажно-пленочных) силовых конденсаторов.
Электроизоляционная трансформаторная бумага относится к волокнистым электроизоляционным материалам.
Волокнистыми называют материалы, состоящие из частиц удлиненной формы – волокон. К ним относят дерево, бумагу, картон, фибру, текстильные материалы, синтетические волокна, стеклоткани.
Основой электроизоляционных бумаг обычно становится сульфатная целлюлоза, получаемая в результате щелочной варки древесной щепы в автоклавах. Назначение такой бумаги – электроизоляция кабелей как высокого, так и низкого напряжения.
Производство электроизоляционной бумаги, осуществляется путем химической обработки сырья, естественного происхождения – хлопка, древесины хвойных пород.
Преимущества многих волокнистых материалов: дешевизна, довольно большая механическая прочность и гибкость, удобство обработки. Недостатками их являются невысокие электрическая прочность и теплопроводность (из-за наличия промежутков между волокнами, заполненными воздухом); гигроскопичность - более высокая, чем у массивного материала того же химического состава (так как развитая поверхность волокон легко поглощает влагу, проникающую в промежутки между ними). Свойства волокнистых материалов могут быть существенно улучшены путем пропитки. Вот почему эти материалы в электрической изоляции обычно применяют в пропитанном состоянии (нефтяными маслами - трансформаторным, кабельным, конденсаторным).
Цели работы:
- ознакомиться с методом определения предела механической прочности на разрыв диэлектриков на примере электроизоляционной трансформаторной бумаги и полпропиленовой пленки.
В качестве образцов для исследования выбраны:
1. Электроизоляционная трансформаторная бумага
2. Полипропиленовая плёнка
Образцы нарезаются в виде прямоугольных полос длиной l = 120мм и шириной b =15 мм. Для проведения каждого эксперимента необходимо подготовить по 15 шт. образцов всех исследуемых видов бумаги с целью последующей статистической обработки полученных результатов.
Принципиальная схема установки:
Испытательный стенд MARK-10 ESM301L (рис 1.) предназначенный для проверки напряжения или силы сжатия до 300 фунтов (1,5 кН).
Рис. 1. Испытательный стенд Mark-10:
1 – концевые выключатели (на задней панели, не видны), 2 – крейцкопф, 3 – стойка, 4 – мотор, 5 – датчик силы, 6 – верхний зажим, 7 – нижний зажим, 8 – база, 9 – контроллер.
Расчетные формулы
