Механические свойства поливинилхлорида

Непосредственно перед оценкой физико-механических свойств ПВХ приведем термины и определения сопротивления материалов.
Как известно, механические испытания материалов могут быть статическими (нагрузка на образец увеличивается постепенно), динамическими (нагрузка на образец действует мгновенно) и повторно-переменными (нагрузка на образец много­кратно изменяется по величине и направлению). Набор необходимых испытаний определяется в соответствии с характером напряжений, возникающих в элементе под воздействием эксплуатационных и технологических нагрузок. ПВХ-профили испытывают на растяжение и удар. Кроме того, для ПВХ как полимера важны такие показатели как температура размягчения, коэффициент линейного расширения и цветоустойчивость.

В соответствии с законом Гука, удлинение образца при его испытаниях на рас­тяжение до определенного предела растет по прямой пропорциональной зависимос­ти, характеризующей упругие свойства материала. Коэффициент пропорциональности является величиной, оценивающей степень сопротивления материала упругой де­формации и называется модулем продольной упругости (модулем упругости) Е [ Н/м², МН/м², Н/мм², кгс/см²]. Чем больше Е, тем меньше упругая деформация и наоборот. В качестве иллюстрации приведем сравнительную таблицу значений модуля упругости различных материалов.

Зависимость модуля упругости ПВХ от температуры приведена на рисунке:

-40           -20               0 +20           +40          +60          +80 °С

В пределах закона Гука растяжение образца происходит без образования необратимых остаточных деформаций. При определенной нагрузке Рв на образце начинается образование местного сужения (шейки). Пределом прочности при растяжении называют напряжение ов [Н/м2, МН/м2, Н/мм2, кгс/см2], соответствующее нагрузке Рв, и определяемое как
ов = Р, / F0,
где F, — исходная площадь поперечного сечения образца.
При нагрузке Рг происходит разрыв образца. Пределом прочности при разрыве называют напряжение а2, определяемое отношением нагрузки в момент разрыва к площади поперечного сечения образца F, в месте разрыва
Относительным удлинением при разрыве d называют отношение приращения длины образца после разрыва L v к его расчетной длине L 0, выраженное в процентах
d= [(L,-L0)/L0]xl00%
Испытания на удар позволяют определять способность материала противодействовать динамическим нагрузкам и выявлять склонность материала к хрупкому разрушению при различных температурах.
Для испытаний применяют стандартные образцы квадратного или прямоугольного сечения с надрезом или без него. Образец устанавливают на двух опорах, после чего на него с некоторой высоты Н падает груз весом Р, разрушает образец и по инерции снова поднимается на некоторую высоту h. При этом на разрушение образца затрачивается работа А н = Р (H-h) [Дж, кДж ].
Ударную вязкость ан [Дж /м2, кДж /м2] определяют как отношение работы, затраченной на разрушение образца, к площади поперечного сечения образца Fh в месте надреза
a =Ah/F
Испытания на твердость производят по различным шкалам, путем вдавливания в материал стальных шариков, алмазных наконечников и др. Твердость определяют как отношение приложенной нагрузки к площади отпечатка.
Таким образом, для ПВХможет быть выведена группа показателей, характеризующих его поведение как конструкционного материала в процессе изготовления, установки и эксплуатации окна при сочетании различных нагрузок и воздействий.
Как видно из графика, показанного на рисунке, при понижении температуры модуль упругости ПВХ повышается, а следовательно, растут и его прочностные характеристики на растяжение, сжатие и изгиб. Однако, при этом увеличивается его хрупкость (падаетударная вязкость). Так, при понижении температуры ПВХ с 23 до О "С, его ударная вязкость падает вдвое. Не случайно оконные фирмы, имеющие достаточный опыт работы, приостанавливают монтажи окон из ПВХ в зимнее время при температуре наружного воздуха ниже —10-15 °С, когда риск хрупкого разрушения ПВХ при механическом воздействии велик.
С повышением температуры поливинилхлорид постепенно размягчается — его относительное удлинение при разрыве увеличивается, прочность на сжатие и изгиб падает. В зоне температур от +10 °С до +40 °С механические характеристики уменьшаются очень незначительно, и в большинстве случаев этими изменениями можно пренебречь.

Резкое падение прочностных свойств ПВХначинается выше температуры +40 ° С, а вблизи t = +80 °С находится его точка размягчения. Таким образом, можно сделать вывод о том, что применение ПВХ-окон недопустимо в помещениях с повышенными тепловыделениями, а при проектировании окон, ориентированных на южную сторону, следует предусматривать мероприятия, предотвращающие аккумуляцию тепла оконным профилем.