2.2 Методы исследования

Определение содержания свободной и связанной серы

1. Из каждого образца заранее приготовили по 2 г. мелконарезанной крошки.

2. На занятии приготовили 1 л 5%-го раствора сульфита натрия в дистиллированной воде, взяли точные навески крошки из каждого образца

3. Поместили их в колбы на 250 мл и залили 100 мл сульфата натрия. Экстракция крошки проводилась при кипячении на электроплитках в течение 2 ч с момента закипания раствора. При этом свободная сера реагирует с сульфитом натрия, образуя гипосульфит натрия.

4. Затем колбы охлаждили, прибавили в каждую 10 мл формалина для связывания избытка сульфита натрия, 20 мл 20% уксусной кислоты, небольшое количество раствора крахмала и титровали по каплям 0,1 раствором иода.

 Процентное содержание свободной серы рассчитывают по формуле:

 Sсвоб. = (A * B * 0,0032 / M) * 100%, (1)

 где: A - объем (мл) раствора иода, пошедший на титрование

 B - поправка на титр иода (1.02)

 M - навеска резины (г)

 Количество связанной серы для каждого времени вулканизации

 вычисляют по формуле:

 Sсвяз.= S₀  - Sсвоб. (%) (2)

 где: S₀ - количество свободной серы в сырой смеси, (%) (необхо-

 димо полученный результат сопоставить с содержанием серы по ре-

 цепту резиновой смеси)

 Sсвоб. - содержание свободной серы в вулканизате (данные

 титрования).

Определение плотности вулканизационной сетки по данным

 равновесного набухания резин в м-ксилоле (толуоле)

1. Из каждого вулканизата вырезали по пять маленьких образца различной формы (параллелограмм, квадрат, трапецию, треугольник, круг) массой около 15-20 мг и поместили их в бюксы, отмечая для каждого бюкса время вулканизации образца.

2. В бюксы залили растворитель примерно на треть объема бюкса, плотно закрыли крышкой и поставили в темное место для набухания образцов в течение 24 - 48 часов.

3. Образец вынули из растворителя пинцетом, быстро промокнули фильтровальной бумагой, поместили на чашечку торзионных весов и через 30с. зафиксировали вес образца. (Взвешивание набухших образцов проводили под тягой на торзионных весах.)

4. Взвешенные набухшие образцы вложили по порядку времен вулканизации на покрытую целлофаном картонную подложку, пометили ее и оставлили под тягой для высушивания в течение не менее 24 ч.

5. Массу сухих образцов определяют точным взвешиванием на торзионных весах.

Для каждого образца рассчитывают равновесную степень набухания:

  (Wн - Wc) * ρ_к-ка

 Q = ------------------------  * 100 % (3)

  P * Wc *ρ_р-ля

 где: Wн и Wс - массы набухшего и высохшего образца

  P - массовая доля каучука в вулканизате ( рассчитывается

 по рецепту смеси).

 ρ_к-ка и ρ_р-ля - плотности каучука и растворителя:

 

для каучука СКИ-3 и НК  ρ = 0,92 г/см³, для каучука СКМС-30

 ρ = 0,93 г/см³  для мета-ксилола  ρ = 0,864г/см³, для толуола - 0,874 г/см³.

 

Для каждого времени вулканизации рассчитывают среднее значение равновесной степени набухания Q (в долях, а не в процентах) и затем по формуле

 Vk = 1 /(1+Q ) - объемную долю каучука в набухшем образце. (4)

Концентрацию отрезков молекулярных цепей в вулканизате

Nc =  ρ / Mc (моль/см³ ) рассчитывают по уравнению Флори - Ренера

(см. стр. )

 Молярный объем растворителя V₀  = M.m. / ρ_р-ля ; значения пара-

 метра взаимодействия каучука с растворителем (χ) равны для м-кси-

 лола 0,34 для полиизопрена и 0,36 для СКМС-30.

 Физико-механические испытания вулканизатов

 В настоящей работе будут определены следующие физико-механические характеристики:

 - условная прочность при разрыве - σ_р, МПа;

 -напряжения при заданных относительных удлинениях -

 σ₃₀₀,  σ₄₀₀, МПа;

 -относительное удлинение при разрыве – Ε_отн, %;

 -относительное остаточное удлинение - Θ, %;

 Образцами для испытаний являются двусторонние лопатки, которые заготавили на вырубном прессе с помощью специального штанцевого ножа. Из каждой пластинки вулканизованного образца вырубили 7 лопаток, на которых шариковой ручкой отмечают границы рабочего участка и на широких частях лопатки проставили порядковый номер лопатки и время вулканизации. Записали значения длины рабочего участка  L₀ и его ширины  b , которые постоянны для всех образцов и определяются размерами штанцевого ножа.

С помощью толщиномера замерили толщину каждого образца в трех точках рабочего участка с точностью до 0,01 мм и за расчетную величину (d) принимают наименьшее значение толщины.

 Физико-механические испытания проводили на разрывной машине (динамометре), предварительно ознакомившись с инструкцией по работе на нем. Деформацию образца при растяжении измеряли с помощью специальной масштабной линейки, градуированной в единицах относительного удлинения. В ходе растяжения начало линейки должно совпадать с верхней меткой рабочего участка образца. Когда нижняя метка рабочего участка подходит к значениям относительного удлинения 100, 200, 300, 400 и 500 %, снимают показания динамометра P_100, P_200, P_300, P₄₀₀ и P₅₀₀. В момент разрыва образца зафиксиовали по линейке значение относительного удлинения при разрыве и показания динамометра Pp - напряжение при разрыве. Для определения относительного остаточного удлинения замерили расстояние между метками рабочего участка - L1 через 5-10 мин после испытания. Если разрыв образца произошел вне рабочего участка, результаты испытания не учитывают.

 Условную прочность при разрыве и значения напряжений при заданных относительных удлинениях (модулей вулканизата) рассчитывают по формулам:

σ_р= Pp/So; σ₃₀₀= P₃₀₀ /So; и т.д. (5)

 где So - первоначальная площадь поперечного сечения образца,

 равная произведению b*d, в см².

 Относительное удлинение при разрыве определяют по масштабной

 линейке во время испытания образцов.

 Относительное остаточное удлинение Θ рассчитывают по формуле:

 Θ = (L₁- Lo)*100 / Lo, % (6)

Для каждого времени вулканизации рассчитывают средние значе-

 ния вышеприведенных показателей σ_{300 ,}σ₄₀₀ , σ_р , Ε_отн и Θ и средне-квадратичную ошибку их измерения, например, для σ_р

S=  [ Σ (σ_р - σ_ср )² / (n-1)]^1/2 ,  где (n-1) - число образцов. (7)

Для каждого времени вулканизации рассчитывают средние значе-

 ния вышеприведенных показателей σ_{300 ,}σ₄₀₀ , σ_р , Ε_отн и Θ и средне-квадратичную ошибку их измерения, например, для σ_р

S=  [ Σ (σ_р - σ_ср )² / (n-1)]^1/2 ,  где (n-1) - число образцов. (8)

 Результаты, отклоняющиеся от среднего более чем на 3S, нужно

 отбросить как "ошибочные" и пересчитать усредненные величины.