Истирание кольцевых образцов при качении с проскальзыванием более соответствует условиям износа протекторов шин при эксплуатации и поэтому применяется при испытаниям на износостойкость протекторных резин.
Теплообразование резины при многократном сжатии цилиндрических образцов характеризуется температурой, развивающейся в образце вследствие внутреннего трения (или повышением температуры при испытании).
Морозостойкость—способность резины сохранять высокоэластические свойства при пониженных температурах. Свойства резин при пониженных температурах характеризуются коэффициентом морозостойкости при растяжении, температурой хрупкости и температурой механического стеклования.
Коэффициент морозостойкости при растяжении (ГОСТ 408—66) представляет собой отношение удлинения образца при пониженной температуре к удлинению его (равному 100%) при температуре 23±2°С под действием той же нагрузки. Резина считается морозостойкой при данной температуре, если коэффициент морозостойкости выше 0,1.
Температура хрупкости Тхр—максимальная минусовая температура, при которой консольно закрепленный образец резины разрушается или дает трещину при изгибе под действием ударе! ГОСТ 7912—74). Температура хрупкости резин зависит от полярности и гибкости макромолекул, с повышением гибкости молекулярных цепей она понижается.
Температурой механического стеклования называется температура, при которой каучук или резина теряют способность к высокоэластическим деформациям. По ГОСТ 12254—66 этот показатель определяется на образцах, замороженных при температуре ниже температуры стеклования. Образец резины цилиндрической формы нагружают (после предварительного замораживания) и затем медленно размораживают со скоростью 1 °С в минуту и находят температуру, при которой деформация образца начинает резко возрастать.
Старением называется необратимое изменение свойств каучука или резины под действием тепла, света, кислорода, воздуха, озона или агрессивных сред, т. е. преимущественно немеханических факторов. Старение активируется, если резина одновременно подвергается воздействию механических нагрузок.
Испытания на старение производят, выдерживая резину в различных условиях (на открытом воздухе, в кислороде или воздух при повышенной температуре; в среде озона или при воздействии света и озона).
При атмосферном старении на открытом воздухе или термическом старении в среде горячего воздуха (ГОСТ 9.024—74) результат испытания оценивают коэффициентом старения, который представляет отношение изменения показателей каких-либо свойств, чаще всего предела прочности и относительного удлинения при разрыве к соответствующим показателям до старения. Чем меньше
изменения свойств при старении и коэффициент старения, тем выше сопротивление резины старению.
Сопротивление действию различных сред (масел, щелочей, кислот и др.) оценивается по изменению свойств — предела прочности при растяжении и относительного удлинения при разрыве в 1этих средах. Оно характеризуется коэффициентом, представляющим отношение показателя после воздействия агрессивной среды к соответствующему показателю до ее воздействия.
ДОЛГОВЕЧНОСТЬ И УСТАЛОСТНАЯ ВЫНОСЛИВОСТЬ РЕЗИН
Долговечность резин в условиях статической деформации
Прочность любого твердого тела понижается с увеличением продолжительности действия напряжения и поэтому разрушающая нагрузка не является константой твердого тела. Разрушающая нагрузка - условная мера прочности только при строго определенных скорости деформации и температуре. Снижение прочности материала, находящегося в статически напряженном состоянии, называется статической усталостью. Продолжительность пребывания тела в напряженном состоянии от момента нагружения до разрушения называется долговечностью материала под нагрузкой.
При температурах ниже ТХР полимеры ведут себя подобно хрупким твердым телам и температурно-временная зависимость прочности выражается уравнением Журкова:
t = to exp (( uo - gs) / kT)
где to - константа, имеющая размерность времени и значение, близкое к периоду собственных колебаний атомов, 10-13 – 10-12 с;
k - константа Больцмана;
uo - энергия активации процесса разрушения в исходном, ненагруженном состоянии, равная энергии активации процесса в расчете на 1 химическую связь;
g- структурно-чувствительный коэффициент.
При температуре вышеTc полимеры переходят в высокоэластическое состояние, при котором температурно-временная зависимость прочности описывается для сшитых полимеров уравнением:
t = C . b -6 exp ( u / kT)
где C и b - константы, зависящие от типа каучука, структуры вулканизата;
u - энергия активации разрушения резин в расчете на 1 связь.
Изменения материала, происходящие под действием напряжения во времени, являются необратимыми. Резиновые изделия находятся под воздействием среды. Особенно опасно воздействие озона. Растрескивание, которое наблюдается у напряженных резин, находящихся под воздействием озона, называется озонным растрескиванием. Действие агрессивных сред на резину в напряженном состоянии называют коррозионным растрескыванием.
Долговечность резины в условиях динамических деформаций
Снижение прочности материала вследствие многократных деформаций называется динамической усталостью или утомлением. Сопротивление резин утомлению или динамическая выносливость выражается числом циклов деформации, необходимым для разрушения образца. Максимальное напряжение в цикле деформации, соответствующее разрушению образца в условиях многократных деформаций, называется усталостной прочностью, а время, необходимое для разрушения резины в условиях многократных деформаций, - динамической долговечностью. Наиболее распространенным режимом испытаний на многократное растяжение является режим постоянных максимальных удлинений, который осуществляется на машине МРС-2. Это испытание проводится при постоянной амплитуде и заданной частоте (250 и 500 цикл/мин), а также при постоянном максимальном и среднем значениях деформации.
Влияние структуры и состава резин на ее долговечность. Как правило, резина имеет высокую усталостную выносливость, если она обладает высокой прочностью, малым внутренним трением и высокой химической стойкостью. Влияние структуры или состава резины на эти свойства различно. Влияние типа каучука, характера вулканизационной сетки наполнителей, пластификаторов, антиоксидантов также неоднозначно.
Методы испытания долговечности выбираются с учетом реальных условий эксплуатации резины, видов и условий деформаций, имеющих решающее значение.
6. СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
1. Ю. М. Лахтин “Материаловедение”, 1990, Москва,
“Машиностроение”
2. Н. В. Белозеров “Технология резины”, 1979, Москва, “Химия”
3. Ф. А. Гарифуллин, Ф. Ф. Ибляминов “Конструкционные резины
и методы определения их механических свойств”, Казань, 2000