Определение деформационно-прочностных свойств наполненной резины при одноосном растяжении (ГОСТ 270-75)

Размещено на http://www.allbest.ru/

Лабораторная работа № 5

Определение деформационно-прочностных свойств наполненной резины при одноосном растяжении (ГОСТ 270-75)

Цель работы - ознакомление с методикой определения деформационно-прочностных свойств резин при одноосном растяжении и подходами к интепретации получаемых результатов.

Теоретическая часть

Сопротивление материала разрушению называют прочностью. Прочность бывает кратковременной у_р и длительной у <<у _р. у_р - прочность, которая характеризует сопротивление разрушению при фиксированном времени ф. При длительном растяжении прочность определяется временем разрушения ф_р.

Разрушение резин в высокоэластическом состоянии -- процесс образования новой поверхности -- начинается с возникновения очагов разрушения в местах сосредоточения наиболее опасных дефектов и разрастания надрывов, являющихся аналогами трещин в хрупких материалах. Этот процесс протекает в две стадии. Первая -- протекает медленно и сопровождается формированием шероховатой или матовой поверхности, вторая -- быстрая, завершающая, приводит к возникновению гладкой зеркальной поверхности. Повышение температуры, уменьшение нагрузки на образец и скорости деформации замедляют разрастание дефектов. разрушение резина высокоэластический деформационный

Высокоэластическому разрыву предшествуют большие обратимые деформации, приводящие к эффекту ориентационного упрочнения. Этот эффект обнаруживается в наиболее явном виде при разрыве.

Основными показателями прочностных свойств при статическом разрушении являются:

- условная и истинная прочность при растяжении -- напряжение, соответствующее моменту полного разрушения образца, f_р и у_р;

- относительное удлинение при разрыве е_р;

- сопротивление раздиру, В;

- удельная работа разрушения, А_р.

Сопротивление раздиру - показатель, характеризующий прочность резин в условиях концентрации напряжения, которое может создаваться нанесением надрезов, изменением формы образца (или и тем, и другим), и определяемый способностью резин к ориентационному упрочнению.

При увеличении скорости растяжения прочность резин возрастает. Этот процесс зависит от типа резин. Так, при испытании ненаполненных резин на основе некристаллизующихся каучуков происходит возрастание прочности с увеличением скорости, а при испытании резин на основе кристаллизующихся каучуков прочность изменяется по достаточно сложной зависимости; для наполненных резин после первоначального увеличения характерно уменьшение прочности с возможным небольшим последующим ее возрастанием.

Зависимость между разрушающим напряжением при растяжении и температурой Т формально описывается уравнением:

,

где у₀ - константа;

U - энергия активации процесса разрушения;

R - универсальная газовая постоянная, Дж/(моль•К);

Т -- абсолютная температура.

Испытания на сопротивление раздиру позволяют судить о стойкости резины к разрушению при нарушении ее целостности. Этот показатель оказывается более чувствительным к изменению рецептурно-технологических факторов, чем прочность при растяжении.

Методика испытания

Материалы, инструмент, оборудование

Резиновая пластина, подкладочная пластина, мыльный раствор, краска для меток, штанцевый нож, вырубной пресс, толщиномер, линейка, разрывная машина.

Подготовка образцов

Для испытания на разрывных машинах применяются образцы различных размеров в форме двухсторонних лопаток. Переход к образцам небольших размеров повышает вероятность разрыва в рабочем участке.

Образцы вырубают из пластин резины толщиной (20,2) мм или (10,2) мм, полученных при вулканизации в хромированных пресс-формах.

Типы и размеры образцов двухсторонних лопаток должны соответствовать чертежу (рисунок 1). Такая форма обеспечивает надежное закрепление в зажимах и возможность ориентационного упрочнения резин.

l1=110; b1=251; l3=301; b0=30,2; l2=805; r2=141; r1=201; l0=251 мм.

Рисунок 1 - Образцы двухсторонних лопаток

Для вырубки образцов из резиновых пластин применяются штанцевые ножи (рисунок 2). Они должны иметь параллельные, остро заточенные под определенным углом лезвия. Расстояние между режущими кромками необходимо замерять с точностью до 0,01 мм с помощью оптического микроскопа или других приборов.

а

Рисунок 2 - Схема штанцевого ножа для вырубки образцов

Образцы вырубаются на прессах с рычажным или пневматическим приводом (рисунок 3)

1 - рычаг;

2 - станина;

3 - упор;

4 - рукоятка;

5 - направляющие;

6 - верхняя плита;

7 - нижняя плита

Рисунок 3 - Вырубной пресс

Перед испытанием необходимо осмотреть образцы на отсутствие пор, дефектов, пронумеровать, измерить толщины в трех точках толщинометром, зафиксировать среднее ее значение в протоколе испытаний.

Для измерения толщины образца с точностью до 0,01 мм применяется толщиномер (рисунок 4) с измерительным органом на основе индикатора часового типа.

Давление верхней площадки на образец при замере их толщины не должно превышать 0,016 МПа. Оно определяется массой стержня, жесткостью пружины и площадью контакта площадки и образца.

1 -- корпус;

2 -- направляющие;

3 -- рычаг;

4 -- стержень;

5, 6 -- стрелки;

7 -- компенсационный механизм;

8 -- верхняя площадка;

9 -- пружина;

10 -- шестерни

Рисунок 4 - Толщиномер

Параллельно испытываемые образцы должны различаться по толщине не более чем на 25 % от минимального значения. Разность между максимальной и минимальной толщиной образца в узкой части не должна превышать 0,1 мм.

Использование образцов меньшей ширины рекомендуется в случае более прочных резин и с повышенной способностью к ориентационному упрочнению с целью обеспечения разрыва в рабочем участке.

На узкую часть образца наносят параллельные метки, расстояние между которыми составляет 25 мм, для измерения удлинения. Метки в виде линий наносят штампом с шириной кромок не более 0,5 мм.

Для обеспечения одинаковой установки образцов в захватах допускается наносить установочные метки, расстояние между которыми составляет (50±1) мм.

Проведение испытания

Испытания резин проводятся на разрывных машинах с малоинерционными силоизмерителями, а также на разрывных машинах с маятниковыми силоизмерителями (РМИ-5, РМИ-60, РМИ-250). В силу надежности и простоты эксплуатации последние широко применяются при проведении учебных работ в лабораториях. Машина РМИ-60 (рисунок 5) устанавливается на пол строго вертикально. Электродвигатель и корпус заземляются.

1 - станина;

2,23 - зажимы;

3 - концевые выключатели;

4 - магнитный пускатель;

5 - цепь;

6,7 - педали;

8 - указатель скорости;

9 - редуктор;

0 - электродвигатель;

11 - клиноременная передача;

12 - линейка;

13 - механизм подачи бумаги;

14 - каретка;

5 - щит;

6 - циферблат;

17 - стрелка; 18 - маятник;

19 - рычаг; 20 - масляный демпфер; 21 - сменный: груз;

22 - дуговая шкала

Рисунок 5 - Разрывная машина РМИ-60

Испытания проводят при скорости движения нижнего зажима 100 или 500 мм/мин. Испытания могут проводиться при комнатной (23±2) °С и повышенных (до 100 °С) температурах. Скорость перемещения подвижного зажима и температра испытания задаются преподавателем.

Результаты испытаний и их обработка

Результаты испытаний и результаты их статистической обработки приведены в таблице 1.

Условное напряжение при заданном удлинении f_е (в МПа):

,

где P_е - нагрузка при заданном удлинении, Н;

S₀ - начальная (до начала деформирования) площадь поперечного сечения рабочего участка образца.

S₀= h•b₀,

где h - среднее значение толщины рабочего участка образца до испытания, мм;

b₀ - ширина рабочего участка образца до испытания, мм.

1 МПа = 1 Н/мм².

Условная прочность при растяжении f_р (в МПа):

где Р_р - нагрузка, при которой наступает разрыв, Н;

Истинная прочность при растяжении_р (в МПа):

,

где е_р - относительное удлинение при разрыве.

Истинное напряжение при заданном удлинении у_е (в МПа):

,

где е - относительное удлинение, соответствующее f_е, %.

Остаточная деформация образца после разрыва (относительное остаточное удлинение):

,

где - длина рабочего участка образца резины после «отдыха», мм;

L₀ - начальная длина рабочего участка образца, мм (L₀ = 25 мм).

Удельная работа при растяжении А_раст вычисляется по формуле:

где f_р - средняя условная прочность при заданной скорости движения нижнего зажима;

е_р - относительное удлинение при разрыве, %;

L₀ - начальная длина рабочего участка образца;

К_з - коэффициент полноты (заполнения) диаграммы растяжения.

Результаты испытания приведены в таблицах …

Таблица- Результаты эксперимента по определению деформационно-прочностных свойств резины шифра … при одноосном растяжении (скорость движения нижнего зажима … мм/мин)

Прочностные представлены на рисунках …

Таблица … - Влияние … на деформационно-прочностные свойства наполненной резины на основе каучука СКИ-3 при одноосном растяжении

Выводы

1 Изучена методика определения …

2 Сравнить резины двух шифров по приведенным в итоговой таблице показателям и объяснить причины различий.

Размещено на Allbest.ru