Контроль пружно-міцнісних властивостей еластомерів, загальні засади

2.1 Контроль пружно-міцнісних властивостей еластомерів, загальні засади

Міцність будь-якого матеріалу означає його опір напруженню, що прикладається зовні. Вона дорівнює:

,

де σ_р – руйнівне напруження, Па;

Р – сила, яка руйнує зразок чи виріб, Н;

S – площина поперекового перетину зразка або виробу, м².

На відміну від міцності традиційних матеріалів міцність гум має специфічні особливості. Вона визначається величинами енергії зв’язку між елементами структурної сітки. Однак реальна міцність набагато менша за теоретичну, що розрахована за сумарною енергією зв’язків, що перешкоджає розриву структурної сітки. Це є наслідком того, що навіть в гумі високої якості завжди є мікродефекти, зумовлені неоднорідністю структури. За дії розтягуючого напруження ділянки з зовнішніми дефектами стають перенапруженими. В них з’являються осередки руйнування, які поступово розростаються та ведуть до повного руйнування зразка. Таким чином, для гуми найбільш небезпечними є розтягуючі напруження, тому визначення міцності проводиться за розтягу. При цьому до зразка докладається сила, яка розтягує його до руйнування. Знаючи величину цієї сили та площину поперекового перетину зразка, можна розрахувати напруження, що руйнує зразок. Якщо при цьому виміряти довжину зразка в момент розриву, можна розрахувати відносне подовження, яке характеризує здатність гуми до розтягу, тобто пружність.

Випробування гум на міцність можна розділити на такі види:

1)  визначення межі міцності гум з розривом;

2)  визначення відносного подовження за розриву;

3)  випробування на роздирання.

 

2.2 Визначення пружно-міцносних властивостей гум за розтягу

Найбільш небезпечними для гумових виробів є напруження розтягу. Тому звичайно пружно-міцнісні властивості визначають за розтягу. Для цього певним чином готують зразки зазначеної форми та розмірів, розтягують їх з певною швидкістю та визначають руйнівну силу. Порядок визначення суворо стандартизований, бо через специфічні особливості гуми та її неоднорідність можна одержати некоректні результати. Зразки виготовляють з гумової суміші того складу, що ї й гумовий виріб, та за тих самих умов технологічного процесу. Зразки мають форму двобічних лопаток ( рис. 1), щоб добре закріпити між захватами розривної машини. Робочою частиною зразка є тонка прямокутна ділянка певної товщини та висоти, на яку діє сила, що розтягує зразок.

Рис. 1. Форма стандартних зразків

Перед випробуванням вимірюють ширину та довжину робочої частини кожного зразка з точністю до 0,01 мм, що потрібно для розрахунку площини поперекового перетину. Для визначення обов’язково беруть збільшену кількість зразків та вимірюють розміри кожного з них. В стандарті дається кількість зразків, що підлягає випробуванню, що требі суворо виконувати. Кожний зразок окремо розтягують на розривній машині і вимірюють силу, яка руйнує зразок. Розривна машина впорядкована спеціальною лінійкою та пристроєм, що рухається разом з зразком та зупиняється в момент його розриву. Таким чином, одночасно вимірюють і міцність зразка, і його відносне подовження, тобто і міцнісні і пружні властивості.

За випробування зразків вимірюють такі величини:

4)  навантаження (сила), що викликає задане подовження;

5)  навантаження (сила), що викликає розрив зразка;

6)  подовження зразка, за якого відбувається розрив.

Розрізняють умовні та істинні показники. На практиці використовують умовні значення, які віднесені до початкового перетину зразка.

Умовна міцність за розтягу зразка в формі лопаток розраховується за формулою:

еластомер гума пружний розтяг

, МПа,

де Р_р – сила, що викликає розрив зразка;

h – середнє значення початкової товщини зразка;

b – початкова ширина зразка.

Часто визначають напруження при заданих подовженнях (200 %, 300 %, 500 % та т.д.).

Умовне напруження при заданому подовженні зразків (лопаток) розраховують за формулою:

, МПа,

де Р_р – сила, що викликає задане подовження зразка;

h – середнє значення початкової товщини зразка;

b – початкова ширина зразка.

Відносне подовження зразків (лопаток) в відсотках визначають за формулою:

,

де l_р – довжина робочої ділянки зразка в момент розриву;

l₀ – початкова довжина робочої ділянки.

Як додатковими характеристиками рекомендовано користуватись величинами істинного напруження за заданого подовження та заданої міцності.

Істинне напруження за заданого подовження зразків (лопаток) розраховують за формулою:

, МПа,

де f_ε – умовне напруження за заданого подовження;

ε_ε – задане подовження, %.

Істинна міцність визначається за формулою:

, МПа,

де f_р – умовна міцність;

ε_р – відносне подовження в момент розриву, %.

Для випробувань беруть 5-6 зразків, для яких за результат приймається середньоарифметичне.

Слід пам’ятати, що істинні значення напруження за заданого подовження та істинна міцність завжди мають значення, які більші за умовні показники, бо площа поперекового перетину за розтягу весь час зменшується.

 

2.3 Визначення умовно-рівноважного модуля гум

Гума є полімерним матеріалом, що в звичайних умовах не підкоряється закону Гука, тобто не має прямолінійної залежності між напруженням та відносною деформацією. Модуль Е в рівнянні закону Гука σ = Е·ε є коефіцієнтом пропорційності. Рівноважний стан, коли така залежність виконується, потребує дуже малої швидкості деформування і дуже великої тривалості випробування, чого не можна досягти за промислових умов. Тому модуль Е визначають в наближених до рівноважних умовах і вважають його умовно-рівноважним. Тоді як відносна деформація гуми завдяки її унікальній властивості – еластичності - може досягати кількох сотень відсотків, визначення умовно-рівноважного модуля проводиться за деформацій 50 – 100 % (залежно від типу каучуку). Визначення проводять на спеціальному приладі, який дозволяє розтягувати зразки та вимірювати силу, що розтягує. Зразки мають вигляд смужок довжиною 70±5 мм та ширину 5±0, 5 мм. Зразки вирубають з вулканізованих платин товщиною 1±0,2 мм або 2±0,1 мм. Для визначення беруть не менше 3 зразків і вимірюють товщину кожного з них в трьох точках, беручи середнє значення з трьох вимірювань. Розрахунок умовно-рівноважного модуля здійснюють за формулою:

,

де Р – навантаження;

S – площина початкового перетину,

l₀ – початкова довжина робочої ділянки;

l – довжина розтягнутого зразка.

Література

 

1.  Берштейн Л.А. Лабораторный практикум по технологии резины. - Л.: Химия, 1989. - с. 111-123.

2.  Захаров Н.Д. Лабораторный практикум по технологии резины. – М.: Химия, 1988. с. 9-30.

3.  Федюкин Д.Л., Махлис Ф.А. Технические и технологические свойства резины. - М.: Химия, 1985. – с 41-64.