Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

Старение и стабилизация синтетических каучуков и вулканизатов на их основе. Учебно-методическое пособие

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

08.09.2026

Размер:

2 Мб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 6 7 89 / 109 10 > Следующая >>>

Оформление результатов. На основании полученных данных

ηУД = (τ –τ0) τ0 ,

(5.4)

отн

= τ/τ0 .

(5.5)

[η] = √2(ηуд – lnη

отн

): С,

(5.6)

[η] = K · Mα

(5.7)

Wg = (103/Mτ - 103/M0)/τ ,

(5.8)

[η]

= ([η0] – [η])/[ η0] · τ .

(5.9)

КД = 1/[ηОК] – 1/[η

ИСХ

] ,

(5.10)

вычисляют удельную вязкость ηУД по формуле

где τ0 – среднее арифметическое времени истечения растворителя, с; τ – среднее арифметическое времени истечения раствора, с.

Относительную вязкость рассчитывают по формуле

Определяют характеристическую вязкость [η]:

где С – концентрация раствора.

Из уравнения Марка-Хувинка (5.7)

при известных величинах (табл. 5.4), подставляя вычисленное значение [η], определяют средневязкостную молекулярную массу исследуемого образца полимера и затем рассчитывают скорость его деструкции:

где τ – время окисления полимера, мин; Mτ – молекулярная масса образца полимера после термоокисления; M0 – молекулярная масса исходного образца полимера.

На основании определенной характеристической вязкости до и после окисления полимера вычисляют среднюю скорость изменения характеристической вязкости:

Используя значение полученной характеристической вязкости, рассчитывают коэффициент деструкции:

где [ηОК] – вязкость образца полимера после термоокисления; [η вязкость исходного образца полимера.

Все расчетные величины для обоих исследованных образцов полимеров: ηУД, η

, [η], Mn,Wg, W

отн

, КД – вносят в итоговую таблицу

[η]

результатов, затем строят график зависимости КД от Tок.

ИСХ

] –

Для количественной оценки стабилизирующей эффективности

Рис. 5.1. Форма и размеры двухсторонних лопаток

антиоксиданта определяют отношение вязкости окисленного и неокисленного образцов полимера (коэффициент стабильности).

Лабораторная работа 5.4

Испытание вулканизатов на стойкость к термическому старению

Цель: определение стойкости резин к термическому старению.

Задание: провести термоокисление резин на воздухе при

заданной температуре.

Вариант 1. Исследовать вулканизаты на основе заданного каучука, содержащие исследуемый стабилизатор и стабилизатор сравнения (сравнение эффективности действия стабилизаторов).

Вариант 2. Исследовать вулканизаты на основе разных типов каучуков, содержащие заданный стабилизатор (сравнение стойкость к термическому старению резин на основе разных типов каучуков).

Оборудование и реактивы: термошкаф (до 380 °С); пресс вырубной; машина разрывная РМИ-250; нож штанцевый для вырубки образцов; штамп для нанесения меток; толщиномер (погрешность измерения 0,01 мм).

Ход работы

1. Подготовка образцов. Образцы для определения показателя

до и после старения должны быть изготовлены из одной закладки резины или одной партии изделий (ГОСТ 9.024-74). Образцами для испытания на разрывных машинах являются двухсторонние лопатки. Форма и размеры образцов должны соответствовать ГОСТ 270-75 (рис. 5.1).

Форма двухсторонней лопатки обеспечивает надежное

Рис. 5.2. Вырубной пресс: 1 – рычаг; 2 – станина; 3 – упор; 4 – рукоятка; 5 – направляющие; 6 – верхняя плита; 7 – нижняя плита

закрепление в зажимах разрывной машины и возможность ориентационного упрочнения резины. Образцы заготавливают из пластин исследуемых резин толщиной 20,3 или 10,2 мм, вулканизованных в хромированных пресс-формах. Для вырубки образцов используют штанцевые ножи с параллельными, остро заточенными под определенным углом лезвиями. Ножи предохраняют от затупления при вырубке образцов специальными подкладками.

Образцы вырубают на прессах с рычажным приводом (рис. 5.2). На литой чугунной станине 2 смонтированы плиты. Верхняя плита 6 жестко прикреплена к станине, нижняя 7 может перемещаться в горизонтальном и вертикальном направлениях. Горизонтальное перемещение осуществляется вручную по направляющим 5 с помощью рукоятки 4. Это перемещение необходимо для правильной установки подложки, резиновой пластины и штанцевого ножа. Вертикальное перемещение плиты производится с помощью рычага 1. Упор 3 ограничивает поворот рычага и, следовательно, подъем и опускание плиты.

В исходном положении нижняя плита должна быть установлена так, чтобы в момент полного прорезания резиновой пластины штанцевым ножом без значительного углубления лезвия в подложку рычаг 1 находился в горизонтальном фиксированном положении.

Из одной пластины вырубают 5 параллельных образцов (5 образцов для исследования до старения и 5 – после старения), которые осматривают для выявления пор и дефектов (дефектные бракуют),

пронумеровывают и измеряют толщину рабочего участка с точностью

Рис. 5.3. Толщиномер: 1 – корпус; 2 - направляющие; 3 – рычаг; 4 – стержень; 5, 6 – стрелки; 7 – компенсационный механизм; 8 – верхняя площадка; 9 – пружина; 10 – шестерня

до 0,01 мм толщиномером. Для старения в течение 168 часов и более применяют удвоенное количество образцов.

На рис. 5.3 дана схема толщиномера с измерительным органом на основе индикатора часового типа.

В корпусе 1 укреплены направляющие 2 подвижного стержня 4, связанного с верхней подвижной площадкой 8. Поднятие стержня 4 и площадки 8, соответственно, осуществляется при воздействии на рычаг 3. Для ограничения хода стержня, равного перемещению верхней площадки, на стержне имеется фиксатор. Самопроизвольное движение стержня вниз осуществляется пружиной растяжения 9, которая одним концом прикреплена к стержню, а другим – к корпусу индикатора. Посредством зубцов, нанесенных на стержне, осуществляется вращение находящейся в зацеплении с ним шестерни 10 и поворот связанных с ней стрелок 5 и 6 шкал с ценой деления 1 мм и 0,01 мм. Для стабилизации положения стрелки имеется компенсационный механизм 7. Давление верхней площадки на образец, определяемое массой стержня, жесткостью пружины и площадью контакта площадки и образца, не должно превышать 0,016 МПа.

Толщину рабочего участка каждой лопатки измеряют в трех точках, фиксируют среднее значение толщины, которое вносят в протокол испытаний. Параллельно испытываемые образцы не должны различаться по толщине, более чем на 25 % от минимального значения.

На образец наносятся метки рабочего участка и наружные метки специальной краской с помощью штампа.

2. Проведение испытаний. Сначала определяют основные

показатели, характеризующих прочность резин при высокоэластическом разрыве, до старения.

Перед испытанием на разрывной машине РМИ-250 устанавливают скорость движения нижнего зажима, равную 500 мм/мин, проверяют точность установки стрелок шкалы на нуль. Образец закрепляют в зажимах строго по наружным меткам так, чтобы ось образца совпадала с направлением растяжения. Далее приводят в действие механизм растяжения и начинают перемещать указатели шкалы удлинений в соответствии с перемещением меток рабочего участка. Одновременно фиксируют нагрузки, соответствующие удлинениям 100, 200, 300, 500 % (в зависимости от степени растяжения образцов). При фиксировании значений показателей по линейке глаза должны находиться на одном уровне с делением шкалы.

После разрыва образца записывают значение нагрузки, соответствующее положению неподвижной стрелки, и удлинение по линейке машины. При разрыве образца вне рабочего участка результаты испытаний не учитываются.

Далее освобождают из зажимов обе части разорванного образца, укладывают их на ровную поверхность и через одну минуту после разрыва замеряют длину рабочего участка по двум сложенным вместе частям с точностью до 0,05 мм.

Образцы, подготовленные для старения, подвешивают за нерабочие участки на нитях (или стержнях, или держателях из материала, не влияющего на ход испытания) и помещают в термостат, нагретый до температуры старения. Термостаты должны быть загружены образцами не более, чем на 10 % объема рабочей камеры. При старении в камерном термостате расстояние между образцами и стенками термостата должно быть не менее 10 мм, а между образцами и стенками термостата – не менее 50 мм; при старении в секционном термостате расстояние между образцами должно быть не менее 5 мм, а между образцами и стенками термостата – не менее 10 мм.

Старение конкретной резины в зависимости от типа полимера, на основании которого она изготовлена, проводят при одном или нескольких значениях температуры, указанных в стандартах на резину или резиновое изделие в соответствии с табл. 3.1. При испытании резин на основе смеси каучуков температуру старения устанавливают

по каучуку, содержащемуся в большем количестве. При равном

f = PlSo(Н/м2, МПа) ,

(5.11)

So= b0 · n0 (м2),

(5.12)

fр = PP/So , (Н/м2, МПа),

(5.13)



= (l1-l0)/l0 = l1/l0 –1 ,

5.14



=[(l1-l0)/l0] · 100 % .

(5.15)

содержании полимеров в резине старение проводят при температуре, предусмотренной для менее термостойкого полимера. Температуру старения резин на основе полимера, не вошедшего в таблицу, устанавливают в зависимости от температурной области их применения.

Продолжительность старения конкретных резин устанавливают в стандартах на резины и резиновые изделия и должна быть равна 24, 72, 168, 240 или числу, кратному 168 (ГОСТ 9.024-74).

После старения образцы вынимают из термостата, кондиционируют не менее 16 ч и не более 6 сут. и определяют основные показатели, характеризующих прочность резин при высокоэластическом разрыве аналогично проведенным до старения.

3. Оформление результатов. На основании экспериментальных

данных рассчитывают следующие показатели:

1) Условное напряжение при заданном удлинении (модуль при

заданном удлинении):

где Pl - нагрузка, вызывающая заданное удлинение, Н; So – площадь поперечного сечения рабочего участка недеформированного образца, м2, вычисляемая по формуле

где b0– ширина, n0 - толщина рабочего участка, м.

2) Условная прочность при разрыве:

где PP– нагрузка при разрыве образца, Н.

3) Относительное удлинение при разрыве:

где l0 – длина рабочего участка недеформированного образца, м; l1 – длина рабочего участка в момент разрыва, м.



не рассчитывается,

а находится сразу в % по линейке разрывной машины, на которой находится шкала значений:

4) Отношение удлинений l1/l0 есть степень растяжения образца



= ( + 1) или  =  -1.

(5.16)



= (l2 – l0 ) · l0 или = [(l2 – l0 )/ l0] · 100 %,

(5.17)

S0 · l0 = S1 · l1, откуда S1 = S0 · (l0/l1),

(5.18)



=P1/S1 = P1 · l1/S0 · l0= P1/S0 · l1/l0 = P1/S0 · (



+ 1),

или



= fр · (



/100 +1) (МПа),

(5.19)





= f · (/100 +1) (МПа),

(5.20)



, которая может быть выражена также через :

5) Относительное остаточное удлинение:

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

6) Истинная прочность при разрыве. Истинную прочность при

разрыве и истинное напряжение при заданном удлинении определяют с учетом изменения площади поперечного сечения образца в ходе испытания. Для расчета истинных напряжений используют факт постоянства объема рабочей части образца при растяжении, например, по формуле

где l1 и S1 – соответственно длина и площадь сечения образца при разрыве.

Тогда истинное напряжение в образце вычисляется по формуле.

где fр – условная прочность, МПа;



– относительное удлинение при

разрыве, %.

Соответственно истинное напряжение при заданном удлинении будет рассчитывается по формуле

где  – относительное удлинение, соответствующее f, %.

За результат испытаний принимают среднее арифметическое значение показателя для всех испытанных образцов. Учитываются результаты испытаний тех образцов, условная прочность которых отклоняется от среднего значения не более чем на 10 %. Число образцов, оставшихся после разбраковки, должно быть не менее трех. В противном случае испытания следует повторить. Результаты расчетов вносят в табл. 5.5.

Таблица 5.5

Показатели

Вулканизат до

старения

Вулканизат после

старения

1 2 3 4 5

ср. 1 2 3 4 5 ср.

Размеры рабочего участка: ширина, м толщина (среднее значение), м

Плошадь поперечного сечения, м2

Нагрузка при удлинении, Pl, Н:

200 % 300 % 500 %

Нагрузка при разрыве, PP, Н

Относительное удлинение при разрыве, %

Длина рабочего участка после разрыва, мм

Условное напряжение при удлинении f , МПа:

200 % 300 % 500 %

Условная прочность при разрыве fр , МПа

Относительное остаточное удлинение, %

Истинное напряжение при заданном удлинении





, МПа

Истинная прочность при разрыве



, МПа

Результаты испытаний на разрывной машине до и после старения

в течение 72 ч при 100 °С

Далее вычисляют изменение характерного показателя после

(5.21)

τд = С



-b

p (U/RT) .

(5.22)



= А v

1/m

exp (U/mRT) ,

(5.23)

старения S:

где A0 – значение показателя до и после старения;

Результаты испытаний записывают в следующем виде:

 дата и условия вулканизации, дата начала старения;  условное обозначение резины или изделия;  тип полимера, вулканизующей группы, противостарителя,

мягчителя;

 тип аппаратуры – термостат (секционный или камерный);  форма, размеры и способ изготовления образцов;  режим старения (продолжительность, ч; температура, °С);  количество образцов для испытаний (до и после старения);  показатель – условная прочность (величина до старения; средняя;

после старения; средняя);  изменение величины показателя при старении.

Лабораторная работа 5.5.

Определение долговечности резин по деформационно-

прочностным свойствам

Цель: определение долговечности резин при заданных растягивающих истинных напряжениях, создаваемых при различных скоростях растяжения образцов на разрывной машине.

Задание: определить константы С и b в уравнении Бартенева–

Брюхановой:

Для этого определяют зависимость истинного разрушающего напряжения



от скорости растяжения v1, которая описывается

уравнением Бартенева:

где А и m – константы, зависящие от условий деформирования;

U – энергия активации процесса разрушения в расчете на одну связь; R – универсальная газовая постоянная; T – абсолютная температура.

Поскольку

v=v1/ls ,

(5.24)



= А / (l

1/m

· v

1/m

) exp (U/mRT).

(5.25)

А / l

1/m

= А1 ,

(5.26)



= А1v

1/m

exp (U/mRT)

(5.27)



= lg А1+ 1/m · lg v1 + U/ 2,3mRT .

(5.28)

C = Am / mEp ,

С = ( ls /m · Ep ) ··A

b = m -1 ,

(5.29)

Ep =





(5.30)

где v1 – скорость движения зажима, ls –длина узкой части образца, после подстановки (5.24) в (5.23) получаем

Если обозначить

уравнение Бартенева-Брюхановой будет иметь вид

или в логарифмической форме

Между константами А1 и m в этом уравнении и константами С и

b в уравнении долговечности для условий постоянного напряжения ( = const) и для условий постоянной скорости деформации (v = const)

существуют следующие зависимости:

где Ep – модуль высокоэластичности, определяемый по соотношению:

где



– относительное удлинение при разрыве.

После определения коэффициентов С и b для заданной температуры рассчитывают долговечность для заданного напряжения.

Оборудование и реактивы: пресс вырубной; машина разрывная РМИ-250; нож штанцевый для вырубки образцов; штамп для нанесения меток; толщиномер (погрешность измерения 0,01 мм).

Ход работы

1. Подготовка образцов. Для испытаний выбирают резиновую

смесь, содержащую менее 50 мас.ч. наполнителя, поскольку при таком наполнении не наблюдается зависимости энергии активации от

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 6 7 89 / 109 10 > Следующая >>>

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]