Випробування гум на хімічну та динамічну стійкість

ЗМІСТ

Вступ

1. Випробування гум на стійкість до дії рідких агресивних середовищ

2. Визначення втомної витривалості гум

3. Випробування гум на багаторазовий стиск, на багаторазовий подовжній згин

Література

Вступ

Тема реферату з дисципліни «Контроль якості полімерних матеріалів»

«Випробування гум на хімічну та динамічну стійкість».

Дисципліна «Контроль якості полімерних матеріалів» дає знання про те, якими методами оцінюють якість матеріалів, з яких виготовляють полімерні вироби. Властивості полімерних матеріалів визначають і якість виробів і терміни їх експлуатації. Дисципліна знайомить з методами контролю якості пластмас і еластомерів, принципами і суттю цих методів, особливостями контролю того чи іншого матеріалу, а також з розрахунками кількісних показників якості.

Матеріал дисципліни базується на вивченні хімії і фізики полімерів, прикладної механіки.

1. Випробування гум на стійкість до дії рідких агресивних середовищ

Залежно від умов експлуатації гумові вироби можуть зіткатись з мастилами, розчинниками, паливами, хімічними реагентами, фізіологічними розчинами, водою. Гумова промисловість виготовляє великий асортимент рукавів, шлангів, сальників, ущільнювачів, муфт, прокладок, технічного гумового взуття, які здатні працювати в середовищі агресивних рідин. Визначення стійкості гуми до дії рідких агресивних середовищ здійснюється за розробки спеціальних гумових сумішей для деталей пристроїв, що працюють в контакті з такими рідинами, а також за контролю таких деталей як готових виробів. В процесі експлуатації подібних виробів спостерігається значне збільшення їх маси та об’єму, зміна форми, зниження міцності, еластичності, твердості, зносостійкості, витривалості за багаторазових деформацій. В гумовій промисловості застосовують декілька методів визначення стійкості гуми до дії рідких агресивних середовищ. Їх умови залежать від умов експлуатації тої чи іншої гуми, тому вони проводяться в ненапруженому або напруженому стані, в режимі тертя за обертового руху, за статичної деформації стиску, за постійної деформації розтягу тощо.

Найбільш простим та поширеним є визначення зміни маси, об’єму та розмірів зразків після дії агресивних середовищ, а також зміни їх фізико-механічних показників. Випробування ведуть за температури 23, 40, 50, 55, 70, 85, 100, 125, 150, 175, 200, 225та 250 ºС. Тривалість випробування залежить від типу гуми та часу досягнення рівноважного набрякання в даному середовищі, яка визначається періодичним зважуванням зразків до досягнення постійної маси. Різниця мас між двома зважуваннями не повинна перебільшувати 0,001 г. Практично тривалість випробування складає 24, 72, 168 годин або час, кратний 168 годинам з відхиленням 2 години. Середовище набрякання обирають згідно з технічними умовами, стандартами та марками гуми та готових виробів.

Випробування ведуть в стандартних мастилах (середовищах): СЖР-1, СЖР-2, СЖР-3; стандартних розчинниках-рідинах: А (ізооктан), Б (ізооктан : толуол 70 : 30 за об’ємом), В (ізооктан : толуол 50 : 50 за об’ємом), Г (толуол), Д (толуол : ізооктан 10 : 90 за об’ємом), Е (толуол ізооктан 20 : 80 за об’ємом); стандартних розчинах технічних соляної, азотної, сірчаної та оцтової кислот, гідроксиду натрію, а також у воді.

Зразки для визначення зміни маси розмірами 20 х 20±2 мм вирубають з вулканізованих пластин товщиною 2±0,2 мм. Для контролю готових виробів вирізають зразки довільної форми об’ємом 1-3 см³. Результати випробувань можна порівнювати тільки за застосовування зразків однакової форми та об’єму. Для визначення зміни розмірів зразків при набряканні їх вирубають з пластин в напрямку каландрування в вигляді прямокутників розміром 50 х 20 х 2±0,2 мм. Кількість зразків для всіх випробувань повинна складати не менше 3. підготовлені зразки закріплюють на стійкому до рідини дроті на відстані не менше 5 мм один від одного та не менше 10 мм від стінки посудини з рідиною. Фіксують час початку випробування. За температури випробування 23±2 ºС початком вважають момент поглинання зразків у рідину, за підвищених температур – момент встановлення посудини в термошафу. Через встановлений час набрякання посудину охолоджують до температури 23±2 ºС на повітрі не більше 1 години. За тривалих режимів допустимо охолодження в воді. Зразки виймають з посудини та промивають в склянці із спеціально підібраною рідиною не більше 30 с. Об’єм рідини повинен біти не менше 1,5 л. Промиті зразки витирають фільтрувальним папером або тканиною та поміщають в ексикатор, після чого зважують на повітрі або в дистильованій воді чи спирті. Зважування та визначення лінійних розмірів прямокутних зразків ведуть таким же чином, як і за набрякання.

Зміну маси обчислюють за формулою

, %,

де М_>1>- середня маса зразків до набрякання, г;

М_>3> – середня маса зразків після набрякання, г.

Зміну об’єму розраховують за формулою:

, %,

де М_>2> – середня маса зразків в рідині до набрякання, г;

М_>4> – середня маса зразків в рідині після набрякання, г.

Зміну розмірів обчислюють таким чином:

, %,

де Р_>1> та Р_>3> – розміри до набрякання (довжина l_>1>, ширина b_>1>, товщина h_>1>) та після набрякання (довжина l_>2>, ширина b_>2>, товщина h_>2>), мм.

Визначення стійкості гум до дії агресивних середовищ за зміною фізико-механічних показників ґрунтується на відмінності таких властивостей до та після набрякання. Зразки для випробувань готуються в подвійному обсязі і повинні відповідати стандартам на їх виготовлення, форму та розміри залежно від виду механічних випробувань. Застосовуються такі показники: умовна міцність за розтягу, умовне напруження за заданого подовження, опір роздеру, твердість. Значення показників визначають до та після витримки зразків в агресивному середовищі. За результат випробування беруть середнє арифметичне для кожної серії випробувань.

Зміну фізико-механічних показників розраховують за формулою:

, %,

де П_>0> та П – значення показників до та після дії середовища.

Зміна твердості обчислюється в одиницях твердості:

,

де Н_>0> та Н – значення твердості до та після набрякання.

За зміною маси та зміною фізико-механічних показників після витримки в агресивному середовищі протягом 72 годин за температури від 70 до 150 ºС гуми поділяють на чотири групи стійкості. До першої самої стійкої групи відносять гуми з ΔМ від мінус 1 до плюс 5 % та ΔП з ±15 %. Четверта група вміщує гуми з ΔМ від мінус 10 % (за вимивання) до плюс 50 % (за набрякання) та ΔП від мінус 80 % (за деструкції) до плюс 70 % (за структурування).

Існують ще класифікації гум за тривалістю часу до розриву, за відносною залишковою деформацією , за зміною напруження за стиску та за динамічною повзучістю.

2. Визначення втомної витривалості гум

В процесі експлуатації більшість гумових виробів 9шини, паси, віброізолятора тощо) працюють в умовах багаторазових деформацій розтягу, стиску, згину, зсуву та крутіння. Зміни, що при цьому відбуваються в гумі, дуже складні та повністю не вивчені, однак відомо, що під їх дією різко погіршуються властивості гуми та виникають осередки руйнування. Втома – це процес, що виникає за прикладання повторних деформації протягом певного часу та веде до безперервної зміни властивостей матеріалу. Втома зумовлює динамічну втомність. Динамічною втомністю називається явище, яке полягає в змінах структури та властивостей матеріалу, що викликають погіршення експлуатаційних властивостей виробу аж до його руйнування. Зовнішньою проявою втомності є утворення тріщин на виробу та їх розростання. При цьому осередком руйнування є місце концентрації найбільших напружень. Динамічна втомність гум тісно пов’язана з їх міцністю, хімічною стійкістю та стійкістю до старіння.

Динамічною втомною міцністю називають амплітудне значення напруження, за якого в даних умовах може забезпечити задану витривалість. Поведінка гум за багаторазових деформацій характеризується їх динамічною витривалістю. Витривалість – це працездатність гуми до моменту її руйнування, яка виражена кількістю циклів деформацій, що до неї прикладаються. Динамічною довговічністю гуми називають час, який проходить до її руйнування за експлуатації в умовах багаторазових деформації.

Визначення втомної витривалості гум за багаторазових деформацій є одним з найважливіших випробувань, результати яких дозволяють судити про якість готового виробу та його поведінку в умовах експлуатації. Створення нових гумових виробів, що мають підвищену витривалість до багаторазових деформацій, базується на даних, які добуті за випробування зразків. Зразки можна вулканізувати в спеціальних формах або вирубатись з готових виробів.

Основним показниками випробувань є:

1. динамічна витривалість зразків, яка визначається кількістю циклів деформації до моменту: а) появи першої тріщини; б) розростання першої тріщини до певних розмірів; в) повного руйнування зразка;

2. температура в ºС, яка виникає в зразку за багаторазових деформацій та характеризує його пружно-гістерезисні властивості;

3. залишкова деформація в %.

Основні стандартні випробування гум на багаторазові деформації ведуть на машинах МРС-2 або УЕ-500, які забезпечують багаторазову гармонійну деформацію зразків. Швидкість деформації за випробування два рази змінюється від 0 до певної величини, а зміна швидкості деформації залежить від частоти та величини деформації зразка. При цьому не можна змінювати тривалість “відпочинку” між двома деформаціями та створювати самодовільне скорочення зразка.

Суть випробування полягає в розтягу стандартних зразків за заданих значень амплітуди динамічної деформації та частоти. Для запобігання провисання зразка спочатку його розтягують до певного значення статичної деформації ε_>ст> , яке задається. Це дозволяє уникнути розношування зразків, яке виникає внаслідок релаксаційних властивостей гуми. Зразки мають форму двобічних лопаток. Рекомендуються такі значення динамічної деформації: 50; 75; 100; 125; 150; 200; 250 %, а також значення статичної деформації: 20; 40; 60; 80; 100 та 120 %. Випробування проводять на 12 зразках. В процесі випробування спостерігають за поведінкою кожного зразка та знімають показники лічильника або фіксують час в момент повного руйнування зразка. За результат випробування приймають середнє арифметичне показників для не менше 12 значень.

Динамічна витривалість, або кількість циклів розтягу, яку витримує дана гума до руйнування, в випадку відсутності лічильника можна розрахувати за формулою:

де ν – частота коливань рухомого затискувача машини в 1 хвилину;

t – середнє тривалість випробування, хвилини.

Результати випробування порівнюють з нормами на дану гуму.

3.Випробування гум на багаторазовий стиск, на багаторазовий подовжній згин

Випробування гум на багаторазовий стиск полягає в циклічному стиску циліндричного зразка за заданих деформації та частоти протягом певного часу та вимірюванні його висоти та температури після закінчення багаторазового деформування. Випробування ведуть до появи поверхневих тріщин, які характеризують руйнування зразка. Зразки є циліндриками певної форми та розмірів. В нижній частині зразка є прилив, який призначений для встановлення зразків на нижню площинку машини (рис. 1). Зразки вулканізують в спеціальних формах на гідравлічних пресах. Випробування ведуть на машинах МРС-2 або УР-500, які впорядковані верхньою та нижньою стискуючими площинками. Щоб уникнути відриву зразка від нижньої стискуючої площинки, який викликається релаксаційними властивостями гуми, задають не тільки амплітуду стискуючої деформації, але ф величину середньої деформації.

Рис. 1. Форма зразка для випробування гуми на багаторазовий стиск

Динамічні зміщення рухомої площинки розраховують за формулою:

, мм,

де h_>0> – початкова висота зразка, мм;

ε_>д> – амплітуда динамічної деформації, %.

Відстань між площинками дорівнюватиме:

, мм,

де ε – задане значення середньої деформації, %.

Відрив зразка від нижньої площинки не спостерігається, коли ε>ε_>0>.

Відстань між опорними площинками менше висоти зразка на величину статичного стиску:

;

де ε_>ст >– статична деформація, %.

Наприклад, задана середня деформація стиску складає 40 % від початкової висоти зразка, амплітуда динамічної деформації дорівнює 40 %. Якщо початкова висота зразка дорівнює 38 мм, то розмах рухомої площинки складатиме:

мм

Мінімальна відстань між площинками складатиме

мм

Частоту стиску встановлюють на рівні 300±20 або 500±20 циклів. Фіксують показники лічильника або час, який пройшов до появи тріщини, яку видно оком.

Випробування гум на багаторазовий подовжній згин характеризує поведінку гуми в умовах такої деформації. Воно полягає в згину зразків по місцю концентрації напружень. Випробування ведеться за певної частоти деформації 300±10 вигинів в 1 хвилину до появи першої тріщини, яку видно оком, або до розростання тріщин до певного розміру. Зразки для випробування виготовляють в спеціальних формах в вигляді прямокутних смужок, які мають посередині рівчачок напівциліндричної форми. В цих рівчачках, які є ділянками концентрації напружень, утворюються та розростаються тріщини. Існують два методи проведення випробування. За методом А випробування ведуть без проколу зразка, за методом Б – з попереднім наскрізним проколом у центрі зразка. Такий прокол забезпечує підвищену концентрацію напруження та більшу точність випробування на опір розростанню тріщин.

Опір утворенню тріщин визначається кількістю тисяч циклів деформації від початку випробування до появи тріщин, які видно оком.

Опір розростанню тріщин визначається кількістю тисяч циклів деформації, які витримає зразок від моменту появи тріщин, які видно оком, до моменту розростання їх до 12 мм.

Для випробування беруть не менше 6 зразків. Розраховують середнє арифметичне результатів випробувань усіх зразків.

контроль пластмаса випробування гум

Література

Берштейн Л.А. Лабораторный практикум по технологии резины. - Л.: Химия, 1989. - с. 199-208.

2. Захаров Н.Д. Лабораторный практикум по технологии резины. - М.: Химия, 1988. - с. 126-128.