Statické krípové zkoušky plastů

3.2.1.7 Statické krípové zkoušky plastů

Ing. Richard Klement

Krípové deformační zkoušky se řadí spolu s relaxačními zkouškami mezi speciální statické dlouhodobé zkoušky, které byly zavedeny za účelem získání přesnějších informací o dlouhodobém chování polymerů při působení mechanického napětí nebo deformace. Vynutila si to skutečnost, že celá řada polymerů (včetně termoplastů) má sklon téci, tj. deformovat se za normální teploty již svou vlastní tíhou, tedy při relativně nízkém zatížení (studený tok).

Kríp neboli tečení je pomalá deformace tělesa (elastická i plastická) narůstající s časem, vyvolaná konstantním mechanickým napětím (v tahu, v tlaku, v ohybu) nebo konstantní silou. Krípové deformační zkoušky jsou pro svou větší citlivost a jednodušší mechanismus deformace prováděny hlavně v tahu, i když jsou normovány i zkoušky v ohybu a tlaku. Upevnímeli zkušební těleso pevně na jednom jeho konci a na druhém jeho konci ho budeme napínat konstantní silou, bude se pomalu deformovat. Změna deformace v libovolném čase bude dána zvětšováním původní délky L₀ o ΔL a je vyjadřována poměrným prodloužením v tahu ε:

ε = ΔL / L₀ . 100 [%]

Při krípových zkouškách se předpokládá, že zmenšení průřezu zkušebního tělesa (ve tvaru oboustranné lopatky) je zanedbatelné. Sleduje se protažení zkušebního tělesa v různých časových intervalech a ze získaných hodnot se sestrojuje základní krípová křivka deformace - čas, jejíž obecný tvar je na následujícím obrázku. Křivku lze rozdělit na tři úseky. Úsek 0A představuje počáteční, převážně elastickou (pružnou), časově nezávislou deformaci. V úseku AB se již rychlost deformace s časem zmenšuje. Celý úsek 0B se označuje jako primární kríp. Úsek BC je charakterizován přibližně konstantní rychlostí deformace a označuje se jako sekundární kríp. V úseku CD se deformační rychlost zvětšuje, až dojde k destrukci (přetržení) zkušebního tělesa; tento úsek se označuje jako terciální kríp.

Obrázek obecné krípové křivky:

Krípová rychlost v_K, tj. přírůstek deformace za jednotku času, se obvykle vyjadřuje mezi dvěma časy t₁ a t₂, takže průměrná krípová rychlost je dána vztahem:

v_K = (ε₂ - ε₁) / (t₂ - t₁),

kde ε₁ a ε₂ jsou deformace odečtené v čase t₁ a t₂. Okamžitá rychlost tečení je dána hodnotou směrnice tečny ke krípové křivce v bodě odpovídajícímu času t.

Vynesením hodnot tečení (deformace) v logaritmických souřadnicích log (ε - ε₀) proti log t lze graficky vyjádřit průběh tečení (krípové deformace) přímkou se sklonem n, jak je vidět z následujícího obrázku. Každá ze čtyř křivek je vynesena pro jiné počáteční napětí.

Obrázek průběhu tečení při různém napětí:

Na následujícím obrázku je znázorněna krípová křivka, která se sestavuje vynášením napětí σ (log σ) proti času t (log t) pro určité hodnoty deformace až do porušení (přetržení) zkušebního tělesa.

Obrázek krípové křivky do porušení:

Z křivky se dá odečíst krípová pevnost σ_K(t), tj. napětí, při kterém dojde po určitém čase k přetržení tělesa. Podle obrázku je např. σ_K(1000) = 40 MPa. Dále lze z křivky vyhodnotit smluvní krípový modul M_K, tj. napětí, které vede za určitou dobu t k předem určenému protažení ε. Podle obrázku je pro dobu 1000 hodin a jednoprocentní deformaci M_K = 15 MPa.

Na následujícím obrázku je uvedena izochronní křivka „napětí - deformace”, ze které lze graficky vyhodnotit pomocí počátečních směrnic jednotlivých křivek počáteční, neboli tangentový krípový modul (modul tečení) E₀= σ / ε [MPa].

Obrázek křivky napětí - deformace:

Na základě…