Методы оценки свойств эластомерных материалов

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Методы оценки свойств эластомерных материалов

Пуганова Е.О.

1. Особенности механических свойств эластомерных материалов

Механические свойства любого материала характеризуют его способность деформироваться под влиянием внешних воздействий и сопротивляться разрушению. По механическим свойствам каучуки, резиновые смеси и резины отличаются от упругих тел и жидкостей. За счет отличительных особенностей структуры эластомера эти материалы способны к обратимым деформациям. Обратимые деформации называются высокоэластическими и обусловлены гибкостью макромолекул каучуков. Наряду с обратимыми деформациями в эластомерах развиваются необратимые или остаточные пластические деформации. Они являются следствием взаимного перемещения макромолекул друг относительно друга, т.е. следствием вязкого течения полимера.

Вязкое течение характерно только для каучуков и резиновых смесей на их основе, когда между цепями нет прочных межмолекулярных связей. В вулканизованных резинах образуются валентные поперечные связи, свобода относительного перемещения макромолекул исчезает, и они могут лишь сдвигаться друг относительно друга на расстояния, ограничиваемые длиной поперечной связи. Поэтому при рассмотрении этой группы материалов говорят об определенном соотношении высокоэластических и пластических деформаций. Каучуки и резиновые смеси, в которых преобладают пластические деформации, называют упруговязкими телами, а резины - вязкоупругими.

Механические свойства резин зависят также от конструкции изделия, которая должна обеспечивать максимально возможное равномерное распределение напряжений по всему изделию и не должна способствовать концентрации напряжения на отдельных элементах.

Для оценки всего комплекса механических свойств каучуков, резиновых смесей и резин проводятся их физико-механические испытания. Оценка технологических свойств смесей позволяет определить возможности их переработки по заданной схеме и выбор технологического оборудования, оценка физико-механических свойств резин - определить возможности их работы в заданных условиях и прогнозировать их поведение при эксплуатации.

Методы испытаний резин и резиновых смесей по своему назначению можно разделить на три основные группы: общие (или физические), специальные и контрольные.

Общие (физические) методы применяются для испытания всех резин и резиновых смесей без учета особенностей их эксплуатации в различных изделиях. К этим методам относится определение пластичности и вязкости резиновых смесей, прочностных свойств, сопротивления раздиру и истиранию, деформационных свойств, стойкости к воздействию тепла, света, озона, к многократным деформациям и др. резин.

К специальным методам относятся испытания, которые позволяют определить поведение материала в конкретных условиях эксплуатации, например, определение сопротивления образованию и разрастанию трещин, клейкости, шприцуемости и др.

К контрольным методам относятся методы, используемые в производственных условиях для быстрой проверки качества исходных материалов, полуфабрикатов и готовых изделий. Примером может служить ускоренный контроль качества резиновых смесей, который включает определение твердости, плотности и кольцевого модуля, стойкости к подвулканизации.

Независимо от назначения все методы испытаний резин принято разделять на статические и динамические и классифицировать по типу деформации (растяжение, сжатие, сдвиг, изгиб и др.), по температуре испытания (нормальные, низкотемпературные, высокотемпературные), по природе среды, в которой проводится испытание (воздух, инертные газы, вакуум, кислород и др.). Статический режим характеризуется постоянством скоростей деформирования или относительно малой скоростью их изменения. Динамический режим означает применение ударных, периодических и других переменных внешних воздействий.

На все виды испытаний, применяемых в промышленности, имеются соответствующие общегосударственные стандарты или технические условия, которые строго регламентируют условия и способы проведения испытаний, т.е. испытательную аппаратуру, порядок изготовления образцов, общие требования к проведению испытаний и способам выражения результатов.

Требованиям стандартов должны удовлетворять каучуки и ингредиенты, резиновые смеси должны изготавливаться при строгом соблюдении состава и режима смешения (температура, порядок и время ввода каждого компонента).

2. Определение вулканизационных характеристик резиновых смесей на реометрах

вулканизационный резиновый реометр механический

Важнейшей характеристикой резиновых смесей является способность к вулканизации (вулканизуемость), которая оценивается сопротивлением преждевременной вулканизации и скоростью собственно вулканизации.

Воздействие тепла на резиновые смеси на всех стадиях переработки, предшествующих вулканизации, способствует протеканию различных химических превращений, в том числе и реакций вулканизации. Для каждой резиновой смеси в процесс переработки существует предельное время, по истечении которого она теряет способность к дальнейшей обработке за счет необратимого изменения пластоэластических свойств. Посколькуэто нежелательное явление связано с медленным протеканием процесса вулканизации, оно называется преждевременной вулканизацией, подвулканизацией, подгоранием или «скорчингом» (scorching).

Наиболее распространенным представителем роторных приборов является реометр Монсанто 100, позволяющий получить графическое изображение процесса вулканизации в виде кривой. При обработке кривой получают информацию обо всех стадиях процесса вулканизации. В соответствии с ГОСТ 12535- 84 индукционный период (период сохранения текучих свойств смеси) характеризуется минимальным крутящим моментом и временем tS; главный период - максимальным крутящим моментом, моментами, соответствующими любому времени вулканизации, оптимальным временем вулканизации t90, показателем скорости вулканизации; период перевулканизации - временем сохранения оптимальных свойств на одном уровне - плато, степенью реверсии свойств.

3. Определение вулканизационных характеристик резиновых смесей на вибрационном реометре Монсанто 100 S

Вибрационный реометр Монсанто 100 S предназначен для определения вулканизационных характеристик резиновых смесей при температуре от 100 до190 С.

Рис. 1. 1 - полуформы; 2 - плиты полуформ; 3 - шток; 4 - биконический диск; 5 - электрические нагреватели; 6 - эксцентрик; 7 - рычаг; 8 - датчик напряжения

Виброреометр состоит из рабочей камеры, образованной двумя полуформами 1, расположенными в обогреваемых плитах 2. Верхняя полуформа перемещается в вертикальной плоскости при загрузке и выгрузке образцов с помощью штока 1 пневматического цилиндра. Нижняя полуформа в центре имеет отверстие для ввода стержня ротора. Полуформы обогреваются электрическими нагревателями 5, вмонтированными в плиты. В рабочей камере совершает колебательное движение с заданной амплитудой ротор, представляющий собой биконический диск 4, неподвижно соединенный с цилиндрическим стержнем. На обеих поверхностях диска также имеются канавки. Стержень ротора заканчивается четырехгранником, с помощью которого он закрепляется на приводном валу. Колебательное движение ротору передается от электродвигателя через эксцентрик 6 и рычаг 7.

Сила, требуемая для колебания диска, измеряется электронным датчиком напряжения 8, который расположен на рычаге передачи вращающего момента к ротору и связан с электронной регистрирующей системой. Автоматический самописец обеспечивает регистрацию изменения крутящего момента во времени, и на стандартном бланке выписывается вулканизационная кривая.

Рис. 2. Основные характеристические точки реометрической кривой

Рис. 3. 1 - кривые с достижением равновесного крутящего момента; 2 - кривые, у которых после достижения максимального крутящего момента наблюдается его снижение; 3 - кривые, у которых после завершения основного периода вулканизации наблюдается постоянное нарастание крутящего момента

Подготовка образцов

Образцы для испытаний могут иметь любую форму, обеспечивающую полное заполнение испытательной камеры.

Проведение испытаний

Подготовленный для испытаний реометр прогревают до рабочей температуры при закрытых плитах. Устанавливают перо самописца на нуль, задают продолжительность вулканизации, выбирают диапазон измерения крутящего момента в зависимости от ожидаемого значения максимального крутящего момента (0 - 2,5; 0 - 5; 0 - 10; 0 - 20 Н·м). Размыкают полуформы, кладут образец на колеблющийся ротор, включают привод и записывающее устройство. Испытание считают законченным, если значение крутящего момента достигает равновесного значения или начинается его уменьшение. По окончании цикла размыкают пресс-формы, выключают записывающее устройство, очищают ротор от остатков образца и вставляют его ножку в отверстие нижней полуформы.

Оформление результатов

Обрабатывают кривую, определяя следующие показатели: Ммин - минимальный крутящий момент, Н·м; Ммакс - максимальный крутящий момент, Н·м; 40 tS - время начала вулканизации, мин; ДМ - разность максимального и минимального крутящих моментов, Н·м; t90 - оптимальное время вулканизации (оптимум вулканизации), мин; RV - показатель скорости вулканизации, мин-1 , вычисляемый по формуле RV = 100/ (t90 - tS), мин -1 ; tZ - время реверсии свойств. Результаты заносят в протокол испытаний и делают вывод о влиянии состава вулканизующей группы на основные параметры процесса вулканизации.

Табл. 1. Результаты испытаний на реометре Монсанто

4. Определение усталостной выносливости при многократном растяжении

Определение сопротивления резин многократному растяжению проводится на машине МРС-2

Рис. 4. 1 - маховичок; 2, 4 - верхняя и нижняя траверсы с зажимами; 3 - вертикальные направляющие; 5 - шатун; 6 - электродвигатель; 7 - станина; 8 - диск с прорезью; 9 - палец

Подготовка образцов

Для испытаний применяют образцы в виде двухсторонних лопаточек с длиной рабочего участка 25 мм, вырубленные из вулканизованных пластин исследуемых резиновых смесей. Образцы должны храниться в темном месте.

Проведение испытаний.

Для каждой исследуемой резины предварительно на разрывной машине определяют относительное удлинение при разрыве ер и записывают результаты в протокол испытаний. Образцы располагают в приспособлении строго параллельно и зажимают между пластинами с помощью винтов. Затем свободные концы образцов закрепляют в верхнем зажиме, снимают приспособление и закрепляют образцы в нижнем зажиме. Устанавливают частоту деформации v=250 цикл/мин и принимают режим испытания при статической деформации ест=0 и динамической деформация е0= 75%. 120

Тогда длина рабочего участка в растянутом состоянии будет равна:

l1= l0+ 2 е0 l0/ 100, мм.

Затем включают электродвигатель и растягивают образцы в динамических условиях до разрушения. При этом фиксируют продолжительность испытания до появления первой трещины или до момента полного разрушения каждого образца (t, мин). Полученные результаты вносят в табл.

Оформление результатов.

Показателем сопротивления резин при многократном растяжении является динамическая выносливость N, характеризуемая числом циклов деформации до разрушения образца. Показатель определяют по уравнению:

N = v· t, циклов,

где v - частота деформации, цикл/мин;

t - продолжительность деформации, мин.

За результат испытания принимают среднее арифметическое не менее 12-ти значений и при этом отмечают максимальное и минимальное значения показателей. Результаты вносят в протокол испытаний и делают вывод о влиянии состава резиновой смеси на усталостную выносливость вулканизатов при многократном растяжении.

Табл. 2. Результаты испытаний на сопротивление многократному растяжению (статическая деформация 0%, динамическая деформация 75%; частота деформации 250 цикл/мин)

Заключение

Во время учебной практики мы наглядно изучили методы оценки свойств эластомерных материалов. Данный вид деятельности был очень интересен, на основе полученных знаний я смогла лучше понять свою будущую специальность.

Испытание на разрывной машине запомнилось больше всего, потому что мы смогли ознакомиться не только с устройством аппарата, но и самостоятельно изготовить образцы.

Список литературы

1. Н.А. Охотина, А.Д. Хусаинов, Л.Ю. Закирова. Основные методы физико-механических испытаний эластомеров.

Размещено на Allbest.ru