Физико-химические свойства поливинилхлорида (ПВХ)

Перед оценкой физико-механических свойств ПВХ приведем термины и определения сопротивления материалов

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.

Упругость ПВХ

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/м 2, МН/м 2, Н/мм2, кгс/см2]. Чем больше Е , тем меньше упругая деформация и наоборот.
В качестве иллюстрации приведем сравнительную таблицу значений модуля упругости различных материалов.

МОДУЛЬ УПРУГОСТИ РАЗЛИЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ     Табл 2.1

МАТЕРИАЛ	Е , Н/мм 2	Е , МН/м 2
ПВХ твердый	2,7	0,027       х10*5
Дерево вдоль волокон	10	0,1          х10*5
Бетон	10,0-30,0	0,1..0,3    х10*5
Стеклопластик	18,0-40,0	0,18..0,4  х10*5
Дерево поперек волокон	50	0,5          х10*5
Алюминий	57,5	0,675       х10*5
Алюминиевые сплавы	71	0,71         х10*5
Сталь	210	2,1           х10*5

Зависимость модуля упругости ПВХ от температуры приведена на рис.2.1.

В пределах закона Гука растяжение образца происходит без образования необратимых остаточных деформаций. При определенной нагрузке Рв на образце начинается образование местного сужения (шейки).

Предел прочности ПВХ

Пределом прочности при растяжении называют напряжение sв [Н/м*2, МН/м *2, Н/мм*2, кгс/см2]., соответствующее нагрузке Рв, и определяемое как

sв = Рв / F 0 , где F 0 – исходная площадь поперечного сечения образца

При нагрузке Рz происходит разрыв образца. Пределом прочности при разрыве называют напряжение sz, определяемое отношением нагрузки в момент разрыва к площади поперечного сечения образца F 1 в месте разрыва

sz = Рz / F 1

Относительное удлиннение ПВХ при разрыве
==

Относительным удлинением при разрыве d называют отношение приращения длины образца после разрыва L 1 , к его расчетной длине L 0, выраженное в процентах

d = [ (L 1- L 0 ) / L 0] х 100 %

Испытания  ПВХ на удар

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 P, разрушает образец и по инерции снова поднимается на некоторую высоту h. При этом на разрушение образца затрачивается работа

А н = P (H-h) [ Дж , кДж ].

Ударную вязкость а н [ Дж /м *2 , кДж /м *2 ] определяют как отношение работы, затраченной на разрушение образца, к площади поперечного сечения образца F н в месте надреза

а н = А н / F н

Испытания на твердость

Испытания на твердость производят по различным шкалам, путем вдавливания в материал стальных шариков, алмазных наконечников и др. Твердость определяют как соотношение приложенной нагрузки к площади отпечатка.

Таким образом, для ПВХ может 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 рис.2.1, 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 (падает ударная вязкость). При понижении температуры ПВХ с 23 до 0 оС  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 оС, 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 оС до +40 оС механические характеристики уменьшаются очень незначительно, и в большинстве случаев этими изменениями можно пренебречь.
Резкое падение прочностных свойств ПВХ начинается выше температуры +40 оС, а вблизи t = +80 оС 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.

Вклад участников

Ельников Сергей