+++лаба 1

Теоретическая часть

Прочность – способность материала противостоять разрушению под действием механических напряжений. Для резин наиболее характерно высокоэластическое разрушение, предшествующее большим обратимым деформациям.

Основные показатели прочности при статическом растяжении:

• Предел прочности при растяжении (σ_р) – напряжение в момент разрушения.

• Относительное удлинение при разрыве (ε_р) – деформация в момент разрушения.

• Сопротивление раздиру – характеристика устойчивости к росту надрыва (трещины).

• Удельная работа разрушения (A_р) – работа, затраченная на разрушение.

Различают условные (рассчитаны на начальное сечение) и истинные (рассчитаны на фактическое сечение) показатели прочности.

Влияние основных факторов на прочность:

1. Скорость деформации: Увеличение скорости обычно повышает прочность, но зависимость сложна и определяется типом каучука.

2. Температура: Повышение температуры, как правило, снижает прочность при растяжении.

3. Масштабный фактор: Прочность возрастает с уменьшением толщины и объема образца.

4. Химическая структура каучука:

• Полярность и регулярность цепи увеличивают прочность (склонность к ориентации и кристаллизации).

• Прочность растет с увеличением молекулярной массы до определенного предела.

5. Вулканизационная сетка:

• Зависимость прочности от степени вулканизации (плотности сетки) имеет экстремальный характер (максимум).

• Наличие слабых связей в сетке способствует перегруппировкам и повышению прочности.

6. Наполнители: Активные наполнители (например, сажа) резко повышают прочность некристаллизующихся резин. Эффект усиливается с ростом дисперсности наполнителя.

7. Пластификаторы: Обычно снижают прочность, уменьшая межмолекулярное взаимодействие.

Сопротивление раздиру – более чувствительный показатель к изменению рецептуры и технологии, чем предел прочности. Характеризует способность резины сопротивляться росту трещины. На его величину сильно влияет эффект ориентационного упрочнения (тяжеобразования) в вершине надреза.

Стандартные показатели прочности являются относительными и используются для сравнительной оценки резин и контроля качества.

Объект исследования

В качестве объекта исследования использована резиновая смесь

Оборудование

Таблица 1 - Оборудование, необходимое для лабораторной работы

Оборудование

Резиновая пластина

Подкладочная пластина

Краска для меток

Штанцевый нож

Разрывная машина Testometric M350-10CT

Вырубной пресс

Миллиметровая линейка

Схема оборудования

Рисунок 1 — Вырубной пресс 1 — рычаг; 2 — станина; 3 — упор; 4 — рукоятка; 5 — направляющие; 6 — верхняя плита; 7— нижняя плита

Рисунок 1 — Разрывная машина Testometric M350-10CT

Испытание проводится на разрывных машинах с маятниковым силоизмерителем. Разрывная машина (рисунок 2) устанавливается строго вертикально.

Для вырубки образцов из резиновых пластин применяются штанцевые ножи (рисунок 3). 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. Ножи предохраняют от затупления, подкладывая при вырубке образцов резинотканевые листы, паронит или картон. Образцы вырубаются на прессах с рычажным приводом.

Рисунок 3 — Штанцевый нож для вырубки образцов в виде лопаток

Подготовка образцов

Для испытания на разрывных машинах применяют образцы в форме двухсторонних лопаток. Образцы в количестве не менее 5 штук, вырубают из пластин толщиной 2 мм (рисунок 3). Измерить длину и ширину лопаток и рабочего участка. Длина рабочего участка 50 мм. Ширина лопаток 3 мм. Затем замаркировать образцы. Метки нанести специальной краской с помощью штампа. Перед испытанием необходимо измерить толщину рабочего участка образца в трех точках толщиномером.

Проведение испытания

Образец закрепляют в зажимах строго по меткам так, чтобы ось образца совпадала с направлением растяжения. Приводят в действие механизм растяжения, фиксируя нагрузки, соответствующие удлинениям от 100 %, до удлинения разрыва через каждые 100 %. После разрыва образца записывают значения нагрузки, соответствующие положению неподвижной стрелки и удлинения по шкале удлинений. Через 3 минуты после разрыва замеряем длину рабочего участка сложенного образца (остаточное удлинение). Данные заносим в таблицы для дальнейших расчетов.

Измерения «лопаток»

Ширина 6.5 мм

№	l0, мм	lkz, мм	l1, мм (через 3 мин после разрыва)
1	25	2,093	30
2	25	2,125	28
3	25	2,054	30
4	25	2,094	30
5	25	2,125	29

Оформление результатов

На основании экспериментальных данных рассчитываем следующие показатели:

Условная прочность f_z (в МПа):

, где

P_k - нагрузка, при которой наступает разрыв, МН;

S₀ – первоначальная площадь сечения образца, м².

Относительное удлинение при разрыве (в %):

, где

– расстояние между метками в момент разрыва образца, мм;

– расстояние между метками образца до испытания, мм, м².

Условное напряжение при заданном удлинении (в МПа):

, где

– нагрузка при заданном удлинении, МН;

– первоначальная площадь сечения образца, м².

Остаточная деформация образца после разрыва (относительное остаточное удлинение):

, где

– длина рабочего участка разрушенного образца после «отдыха» в течение 1 мин, мм;

– первоначальная длина рабочего участка, мм.

Шифр резиновой смеси –

Тип образцов –

Режим вулканизации –

Дата – 19.11.2025

Таблица 2 – Результаты испытаний

Показатели	Образец					Среднее
	1	2	3	4	5
Размеры рабочего участка: Ширина, мм Толщина, мм	2,093 6,5	2,125 6,5	2,054 6,5	2,094	2,125		2,091 6,5
Площадь поперечного сечения, м2	1,36× 10-5	1,38× 10-5	1,33× 10-5	1,36× 10-5	1,38×10-5		1,36×10-5
Нагрузка при удлинении, Н	41,11	45,41	37,37	-	-		41,30
При разрыве: Условное напряжение при удлинении, МПа	9,585	9,991	9,385	-	-		9,654
Условное напряжение 200%, МПа	6,339	6,241	8,112	-	-		6,897
Условное напряжение 300%, МПа	8,085	8,788	8,149	-	-		8,34
Условное напряжение 400%, МПа	-	-	9,43	-	-		9,43
Относительное удлинение при разрыве, %	384,44	392,96	427,52	-	-		401,64
Длина рабочего участка после разрыва, мм	30	28	30	30	29		29,4
Относительное остаточное удлинение, %	20	12	20	20	16		17,6

Данные, полученные на разрывной машине Testometric M350-10CT

Ширина лопатки: 3,200 мм

Толщина: 1,00 мм

Длина образца: 110,000 мм

Таблица 3 – Результаты эксперимента по определению деформационно-прочностных свойств резин при растяжении

№	Нагрузка разруш. N	Удлинение	Отн. деформация при разруш., %	Напряжение разруш, МРа	Толщина, мм	Ширина, мм	Напряж. 100,000%, N/мм2
1	130,4	96,11	384,44	9,585	2,093	6,5	3,022
2	138,0	98,24	392,96	9,991	2,125	6,5	3,288
3	125,3	106,88	427,52	9,385	2,054	6,5	2,799
Мин.	125,3	96,11	384,44	9,385	2,054	6,5	2,799
Среднее	131,233	100,41	401,64	9,654	2,091	6,5	3,036
Макс.	138,0	106,88	427,52	9,991	2,125	6,5	3,288
Станд. от.	6,391	5,703	22,814	0,309	0,036		0,245
Коэфф. в.	4,87	5,68	5,68	3,198	1,701		8,072
Н.Д.П.	115,357	86,242	344,966	8,887	2,002	6,5	2,428
В.Д.П.	147,109	114,578	458,314	10,421	2,179	6,5	3,645

Таблица 4 – Результаты эксперимента по определению деформационно-прочностных свойств резин при растяжении

№	Напряж. 200,0% (N/мм2)	Напряж. 300,0% (N/мм2)	Напряж. 400,0% (N/мм2)
1	6,339	8,085
2	6,241	8,788
3	8,112	8,149	9,43
Мин.	6,241	8,085	9,43
Среднее	6,897	8,34	9,43
Макс.	8,112	8,788	9,43
Станд. от.	1,053	0,389
Коэфф. в.	15,267	4,66
Н.Д.П.	4,282	7,375
В.Д.П.	9,513	9,306

Вывод

Максимальное условное напряжение исследуемой резиновой смеси при растяжении 400% 9,43 N/мм², минимальное при 200% равно 6,241 N/мм². Использована резиновая смесь на основе СКИ-3, содержащая 30 массовых частей технического углерода. Обычно у изопреновых каучуков относительное удлинение доходит от 700% до 900%. Наши образцы обладают меньшим относительным удлинением. Максимальная прочность равна 18,6 – это мало, так как резина должна быть прочностью до 30 МПа. Наше значение упало на треть, вероятнее всего это из-за содержания масла. Масло снижает прочность.