1.4.2. Методы испытаний резин

Эта группа испытаний очень широка и включает определение деформационно-прочностных, упруго-гистерезисных, упруго-релаксационных свойств в условиях статического и динамического режимов нагружения, сопротивления истиранию, сопротивления действию повышенных и пониженных температур, агрессивных сред, старению.

1.4.2.1.Определение свойств резин при статическом нагружении

Статический режим нагружения означает, что деформирование эластомерных композиций проводится при постоянной или очень мало изменяющейся скорости. К статическим относятся испытания на растяжение, сжатие, раздир, твердость, долговременную прочность, релаксацию напряжения и ползучесть.

Определение прочностных свойств резин при растяжении. Испытания проводятся на разрывных машинах, которые позволяют проводить растяжение с заданной скоростью, а система силоизмерения регистрирует нагрузку, растягивающую образец. Система силоизмерения может быть маятниковой, пружинной или электронной. Недостатком маятниковых и пружинных систем является инерционность.

В соответствии со стандартом образцы для испытаний на деформационно-прочностные показатели имеют форму двусторонней лопаточки с широкими участками для закрепления в зажимах разрывной машины и узким рабочим участком длиной 25 мм. Соединительный участок между узкой и широкой частью имеет рассчитанный радиус закругления для равномерного распределения возникающих в образце напряжений.

Образцы вырубаются специальными замкнутыми ножами из резиновой пластины толщиной 1 или 2 мм. Затем на рабочий участок наносятся метки, ограничивающие места закрепления образца в зажимах и рабочий участок. По меткам рабочего участка затем фиксируется изменение его длины при растяжении. Линейки разрывной машины градуированы в % удлинения, а система силоизмерения имеет шкалу в кгс или Н.

Образец растягивается со скоростью 500 мм/мин до разрыва, т.е. до разделения образца на части в рабочем участке. В процессе растяжения отмечают нагрузку, вызывающую определенные удлинения рабочего участка (100, 200 и чаще всего 300 %), относительное удлинение и нагрузку, при которой происходит разрушение образца.

По результатам испытания рассчитывают следующие показатели:

• Относительное удлинение  определяется по линейке разрывной машины, на которой находится шкала значений, рассчитанных по формуле:

 = (l₁-l₀)х100 / l₀ , %,

где l₀ - длина рабочего участка недеформированного образца, м;

l₁ - длина рабочего участка в момент растяжения или разрыва, м.

• Условное напряжение при заданном удлинении:

f_ = P_l  S_o , Н/м² , МПа,

где P_l - нагрузка, вызывающая заданное удлинение (300%), Н;

S_o - площадь поперечного сечения рабочего участка недеформированного образца, м². S_o = b₀ n₀ , м², где b₀ – ширина, n₀ - толщина рабочего участка, м;

Показатель часто называют модулем при заданном удлинении.

• Условная прочность при разрыве:

f = P_P / S_o, Н/м² (МПа),

где P_P – нагрузка при разрыве образца, Н.

• Относительное остаточное удлинение:

 = (l₂ – l₀ ) х100 / l₀ , %,

где l₂ – длина рабочего участка по двум сложенным вместе частям разорванного образца через 1 мин после разрыва.

В процессе растяжения поперечное сечение образца постепенно уменьшается вплоть до образования шейки на участке разрыва. Поскольку рассчитать сечение в каждый момент времени невозможно, при определении прочностных показателей нагрузку делят на площадь поперечного сечения недеформированного образца, а показатели называют условными: условное напряжение, условная прочность. В случае необходимости рассчитывают истинные напряжения с учетом степени деформирования образца .

Результаты испытаний на разрывных машинах зависят от размеров образца: чем меньше образец, тем выше определяемая условная прочность.

Определение долговечности. Долговечность – это время, требуемое для разрушения образца под действием постоянного напряжения. Испытания на долговечность проводятся также на разрывных машинах. В этом случае задается растягивающая нагрузка, близкая к реальной нагрузке эксплуатации, и определяется либо время до полного разрушения образца, либо время до появления в нем определенных дефектов. Напряжение, при котором происходит разрушение, называется долговременной прочностью или статической усталостной прочностью.

Определение сопротивления раздиру. Раздиром называется разрушение образца в направлении, перпендикулярном направлению растяжения. Перпендикулярность обеспечивается концентрацией напряжения на рабочем участке образца. Для этого рабочий участок имеет вогнутую форму, а в центральной части наносится порез глубиной, равной половине толщины образца.

Образец закрепляется в зажимах разрывной машины и растягивается до раздирания по месту пореза. Сопротивление раздиру рассчитывается по формуле:

_разд. = Р_разд n₀ , Нм,

где Р_разд – нагрузка, при которой происходит разрушение образца, Н; n₀ - толщина недеформированного образца, м.

Определение твердости.Твердостью называется сопротивление резин вдавливанию наконечников (инденторов) различной формы (шарик, игла). В отличие от металлов твердость резин измеряют во время действия небольшой нагрузки.

Твердость резин выражают двумя способами:

• Глубиной погружения индентора под действием постоянной нагрузки в течение заданного времени. В зависимости от конструкции прибора глубина погружения переводится в единицы твердости, размерные или безразмерные. На точность показаний влияет толщина образца, жесткость подложки и сила трения индентора об резину. В ряде конструкций устанавливается вибратор, компенсирующий силу трения;

• Значением деформации пружины, подпирающей индентор при заданной величине сближения выступающего конца наконечника с опорой твердомера. В этом способе фиксируется нагрузка, необходимая для заталкивания индентора в опору твердомера при плотном сближении опоры с поверхностью образца. Наиболее распространены портативные твердомеры типа ТМ-2, Шора А с игольчатым индентором, градуированные в условных единицах твердости от 0 до 100, где 0 – показание прибора в нерабочем состоянии, 100 – показание прибора, установленного на гладкую твердую поверхность. Измеряемые показатели называются твердостью по Шору А.

Определение деформационных свойств. Поскольку в резинах соотношение между деформацией и напряжением зависит от времени, деформационные свойства характеризуются временем достижения равновесного состояния. Поэтому при испытаниях определяют упруго-релаксационные свойства, которые характеризуются ползучестью, константой релаксации напряжения, равновесным модулем, модулем эластичности и кольцевым модулем. На разрывных машинах можно оценить гистерезис и релаксацию напряжения, на модульных рамках определяют модули равновесный и эластичности. В заводской практике для экспресс-контроля качества смешения резиновых смесей и степени вулканизации используют метод определения условного показателя - кольцевого модуля. Для каждой смеси установлена определенная степень растяжении резинового кольца под действием заданной нагрузки.