Основные методы испытания резины для автопрома

21.1. Плотность резины

Плотность выражается отношением массы исследуемого материала к его объему. В случае, когда плотность устанавливается гидростатическим методом, образцы взвешивают: в воздухе и воде, если один кубический сантиметр резины весит более одного грамма; в воздухе и водяном растворе этилового спирта, если один кубический сантиметр резины весит менее одного грамма.

Образцы должны иметь массу 1—3 г, а гидростатические весы — точность взвешивания 1 мг.

Плотность резины (г/см³) рассчитывается по формуле

где т — масса образца резины, взвешенного в воздухе, г; т₁ — показание весов при полном погружении образца в жидкость и провода, к которому прикреплен образец, г; т₂ — показатель весов при погружении провода без образца, г; р_с — плотность используемой жидкости при температуре испытания, г/см³. Для воды с температурой 20 ± 2° С принимается p_t, =J.

Подсчитывается среднее арифметическое не менее трех измерений, полученных по трем образцам, причем разница в результатах отдельных измерений не должна быть более 3%. Подробные рекомендации содержатся в стандартах PN.

21.2. Мягкость резины

Определяя мягкость резины, вдавливают в исследуемый образец стальной шарик диаметром 10 мм и замеряют разницу глубин погружения шарика под разными нагрузками.

Толщина образца должна быть (6 ± 0,2) мм, а ширина и длина не менее 25x25 мм. Для замеров берутся три образца и более. Измерения производят на специальном устройстве, позволяющем вдавливать в исследуемый образец отполированный стальной шарик диаметром 10 мм под нагрузкой 0,5 Н, а затем 10,5 Н и определять глубину вдавливания шарика под этими нагрузками в сотых долях миллиметра. Рекомендуется использовать аппарат Шоппера (рис. 491).

За конечный результат принимается среднее арифметическое результатов исследования трех образцов, причем каждый образец исследуется трижды. Специальные рекомендации относительно

измерения мягкости резины методом вдавливания стального шарика диаметром 10 мм приведены в стандарте PN.

21.3. Твердость по Шору

Определение твердости резины методом Шора заключается в измерении сопротивления, которое оказывает исследуемая резина при погружении в нее иглы определенной конфигурации и размеров. Это сопротивление измеряют при помощи плоской или спиральной пружины с известной характеристикой и выражают в условных единицах твердости Шора — А, С или D. Твердость обратно пропорциональна глубине погружения иглы и зависит от модуля эластичности резины.

Для исследований используются твердомеры типов А, С или D. Твердомер типа А применяется для мягкой резины (рис. 492). Если твердость резины более HSh 90, следует приме-Рис. 491. Прибор для определе- нять твердомер типов С или D. Рения мягкости резины зультаты, полученные на разных

твердомерах, несравнимы.

Образцы, предназначенные для определения твердости, должны иметь форму плоских пластинок толщиной не менее 6 мм и с остальными размерами, позволяющими проведение измерений в трех точках, отстоящих друг от друга на 5 мм и не менее чем на 13 мм от края. Поверхность образца следует припудрить тальком.

На шкале твердомера 0 обозначает наименьшую, а 100 — наибольшую твердости. Необходимой деталью твердомера является игла, соединенная с пружиной известной характеристики. Игла в твердомерах типов Л и С имеет форму усеченного конуса с размерами, представленными на рис. 493, а, а игла твердомера типа D имеет шарообразное окончание с размерами, указанными на рис. 493, б.

Прибор должен быть оборудован прижимным устройством. Нагрузка на образец в случае использования твердомера типа А составляет ЮН, а типов С и D — 50 Н. Калибровочная пря-

Рис. 492. Твердомер Шора

Рис. 494. Калибровочная [прямая пружины твердомера^Шора типа А

мая пружиньГ твердомера типа А представлена на рис. 494, а твердомеров типов С и D — на рис. 495.

Исследования проводят при температуре (20 ± 2) °С. На каждом образце необходимо сделать замеры в трех местах. Показания

Рис. 495. Калибровочная прямая пружины твердомера Шора типов С и D

снимают со шкалы твердомера через 3 с после приложения нагрузки к образцу. Конечным результатом будет среднее арифметическое полученных измерений. Специальные рекомендации, касающиеся определения твердости резины методом Шора, приведены -в стандарте PN.

21.4. Твердость IRH

Международная шкала твердости (сокращенно IRH или IRHD) выражает твердость в виде отношения между модулем Юнга для идеально эластичного материала и величиной углубления шарика в этом материале:

где Р — вдавливающая нагрузка, Н; — модуль Юнга для идеально гибкого материала, Н/м²; D — диаметр шарика, м; h — глубина вдавливания шарика, м.

Зависимость lg Е и твердости IRH приведена на рис. 496, .в которой значение lg Е> отвечающее средней точке кривой, равно 6,367, что соответствует Е == 2,31 МПа. Максимальный прирост твердости составляет 57 единиц IRH на единицу приращения lg Е. Нуль по IRH соответствует материалу с нулевым модулем эластичности, а 100 — материалу с бесконечным модулем эластичности.

Определение твердости резины в международных единицах IRH заключается в измерении разницы между углублением шарика в резину при начальной небольшой нагрузке и углублением при большой конечной нагрузке. Разница отсчитывается в единицах IRH.

Образцы, предназначенные для определения твердости, должны иметь форму плоских пластинок толщиной 8—10 мм. Допускается складывание образца из двух резиновых пластинок, но минимальная их толщина должна быть не менее 4 мм. Если у пластинок разная толщина, то при определении твердости более толстая пластинка должна быть сверху. Остальные размеры образца должны обеспечить минимальное расстояние между точкой замера и краем образца в соответствии с табл. 80.

При использовании микрообразцов их толщина должна составлять 2,0—2,5 мм. Иногда берутся более тонкие образцы, но с толщиной не менее 1 мм. Остальные размеры должны быть такими, чтобы обеспечить минимальное расстояние от точки замера до края образца.

Таблица 80

Твердомеры IRH состоят из следующих элементов: вертикального измерительного поршня, заканчивающегося калибровочным стальным шариком;

нагружающей системы, придающей шарику определенную начальную и вдавливающую нагрузку (система сконструирована так, что в начальную и вдавливающую нагрузку включены массы поршня и других связанных с ней деталей);,

измерительного датчика, соединенного со шкалой, отградуированной в метрических единицах или IRH и позволяющей определить глубину погружения шарика в образец;

лапки, прижимающей образец (рабочая поверхность лапки должна быть установлена точно под углом 90° по отношению к оси поршня);

вибрационного устройства, исключающего силы трения, возникающие в подвижных деталях аппарата.

В зависимости от метода определения твердости резины, параметры приборов должны соответствовать параметрам, приведенным в табл. 81. Типовые твердомер и микротвердомер IRH показаны на рис. 497 и 498..

Таблиц а~81

Параметры твердомеров IRH

* При использовании прибора с диаметром шарика (2,50±0,01) мм заме-рочная нагрузка должна быть (5,70±0,03) Н.

Рис. 498. Микротвердомер IRH

Определение твердости производится при температуре (20 ± ± 2)° С. Образец должен не менее 30 мин находиться при этой температуре перед замером. Поверхность образца присыпается тальком, и образец помещают на столик твердомера, а затем опускают лапку прибора, причем шарик пенетратора входит в контакт с резиной при начальной нагрузке. Через 5 с шкала датчика устанавливается на 100 единицах IRH. Затем блок нагружают вдавливающим грузом и через 50 с снимают показание. В случае, когда датчик отградуирован в метрических единицах, надо определить глубину погружения шарика, а потом пересчитать ее в единицах IRH, пользуясь таблицей, приведенной в стандарте PN.

Если определение твердости происходило не при температуре (20 ± 2) °С, символ IRH дополняется указанием, при какой температуре происходил замер. Выражение 60 единиц IRH!35° С означает, что образец показал твердость 60 единиц при температуре 35° С.

Подробные рекомендации относительно определения твердости IRH содержатся в стандарте PN. На практике принято считать, что твердость, обозначенная в международной системе IRH (IRHD), равна твердости, установленной по методу Шора при помощи твердомера типа А, описанному в п. 21.3.

21.5. Механические свойства резины при растяжении

Механические свойства резины при растяжении определяются на стандартных образцах: кольцевых или в виде двусторонних лопаток типов и W₂.

Кольцевые образцы должны иметь размеры, указанные на рис. 499, причем отклонение по ширине образца не должно

превышать ±0,2 мм. Толщина образца должна находиться в пределах 4—6 мм и иметь отклонение не более ±0,2.

Образцы типов W_x и W₂ имеют форму, показанную на рис. 500, и размеры, приведенные в табл. 82. Толщина образца-h = (1± 0,1) мм или h = (2 ± 0,2) мм.

Образцы вырубаются специальными штанцевыми ножами из резиновой пластинки или готового изделия. Пластинки должны быть вулканизованы в специальных формах, гнезда которых должны обладать шероховатостью Ra< 1,25 мкм. Когда выру-

баются^образцы типов W_x и W₂, на пластинке необходимо указать направление вальцевания или каландрования. При вырубке об-

Таблица 82

Размеры образцов в виде двусторонних лопаток по PN

разцов из готового изделия резину следует отделить предварительно от других деталей изделия, например от ткани.

Для изготовления образцов используют специальные штанцевые ножи, закрепленные в прессе (рис. 501), с помощью которых образец вырубают за один прием. Режущие кромки ножей должны иметь форму, показанную на рис. 502, а их профиль должен обеспечить получение образцов с конфигурацией, показанной на рис. 500.

Образцы в виде двусторонних лопаток следует вырубать таким образом, чтобы направление продольной оси образца было параллельно направлению вальцевания, каландрования или шприцевания, если направление это известно.

Подобные образцы из готовых изделий, в которых толщина резины больше требуемой, необходимо сошлифовать до заданных размеров фрикционным электрокорундовым диском А с керамическим вяжущим веществом, диаметром зерна 220 и с твердостью М или N либо водостойкой наждачной бумагой 220.

В случае Невозможности изготовить образцы из готовых изделий допускается использование образцов другой конфигурации и с другими размерами, однако, в этом случае результаты исследования не следует сравнивать с результатами, полученными при изучении образцов, выполненных в соответствии с рис. 499 и 500.

Рис. 503. Машина для определения механических характеристик резины «Инстрон»

На кольцевом образце при определении относительного остаточного удлинения после разрыва необходимо отметить два отрезка каждый длиной 25 мм. На образцах типов W_x и W₂ в era суженной части необходимо обозначить рабочий участок двумя перпендикулярными оси образца линиями. Толщина образцов замеряется тарелочным толщиномером при нагрузке не большей 0,02 МПа.

Определение механических свойств при растяжении заключается в растяжении образца вплоть до разрыва и замере следующих параметров:

растягивающей нагрузки Р_х при определенном удлинении; нагрузки при разрыве Р_т\

расстояния между линиями рабочего участка в момент разрыва /_г;

расстояния между линиями рабочего участка, замеренного через определенное время после разрыва и сложенного вдоль линии разрыва //.

Растяжение образцов производится на разрывной машине для резины (рис. 503) при скорости движения нижнего захвата (0,08 ± 0,008) м/с. Рекомендуется проводить пять измерений. Конечный результат определяется как среднее арифметическое всех полученных результатов.

Предел прочности при разрыве R_r (Н/м²) рассчитывается по формуле:

для кольцевого образца

для образцов в виде двусторонних лопаток

где Р_г — нагрузка, при которой наступил разрыв образца, Н; h — средняя толщина, м; s — начальная ширина образца, м. Относительное удлинение при разрыве е_г(%)

где /_г — длина рабочего участка образца в момент разрыва; 1₀ — начальная длина рабочего участка.

Относительное остаточное удлинение после разрыва (%)

где l_t — длина рабочего отрезка через минуту после разрыва образца.

Условное напряжение при заданном относительном удлинении (модуль растяжения) _ ^рассчитывается по формуле:

для кольцевого образца

для образцов типов W_x и W₂

где Р_х — нагрузка при определенном относительном удлинении (обычно 100, 200 или 300%), Н.

Подробные рекомендации приведены в стандарте PN.

21.6. Сопротивление раздиру

Чтобы определить сопротивление раздиру, растягивают резиновый образец соответствующей конфигурации в точно установленных условиях до разрыва и устанавливают величину нагрузки, при которой происходит разрыв образца. Частное от деления нагрузки при разрыве на начальную толщину образца будет сопротивлением резины раздиру.

Образец должен иметь форму и размеры, приведенные на рис. 504 и 505, а также толщину (2 ± 0,2) мм. Следует проводить испытания образцов, которые вырубают из пластин, приготовленных в лаборатории, при помощи штанцевых ножей. Растяжение производится на разрывной машине для резины при скорости движения нижнего зажима (0,08 ± 0,008) м/с.

Сопротивление раздирурассчитывают по формуле

где P_Td — нагрузка при разрыве образца, Н; h — начальная толщина образца, мм.

Полученные значения располагают в порядке возрастания их величин. Конечным результатом будет средняя величина, если число образцов непарное, или средним арифметическим из двух средних величин, если число образцов парное. Подробные рекомендации по поводу определения сопротивления резины раздиру приведены в стандарте PN.

21.7. Сопротивление расслоению

Определение прочности связи между слоями резины, резины и обрезиненной ткани или обрезиненных тканей заключается в измерении средней нагрузки (Н), отнесенной к средней ширине образца.

Образец представляет собой прямоугольную полоску шириной {20 ± 0,2) мм и длиной не менее 150 мм либо кольцо высотой {25 ± 0,5) мм, внутренний диаметр которого не должен превышать 100 мм.

Скорость раздвижения зажимов разрывной машины должна составлять (0,008 ± 0,0008) до (0,04 ± 0,004) м/с.

Сопротивление расслоению R_roz (кН/м) рассчитывают по формуле

где R_roz — средняя нагрузка при расслоении образца; h — ширина исследуемого образца, м.

В случае, когда приходится использовать разрывную машину, не оборудованную самопишущим устройством, среднюю нагрузку

расслоения (Н) рассчитывают по формуле

где _ _— нагрузки,

полученные через определенные промежутки времени, при проведении испытания, кН; п — число измерений.

Когда машина оборудована самописцем, среднюю нагрузку расслоения рассчитывают на основании графика по формуле

где F — площадь BCDE (рис. 506), см²; / — длина основания DE, см; с — коэффициент масштаба графика.

Конечный результат является средним арифметическим из трех измерений. Подробные рекомендации определения сопротивления на расслоение приведены в стандарте PN.

21.8. Испытание на кратковременное статическое сжатие

Определение производится следующим образом. Образец, помещенный между двумя параллельными плоскостями, подвергае-ется воздействию силы сжатия, при этом замеряются следующие параметры: высота образца под воздействием силы сжатия; высота после прекращения действия силы; относительная деформация при сжатии; относительная остаточная деформация после сжатия.

Сжатие производится на разрывной машине для резины, оборудованной устройством, показанным на рис. 507, или на универсальной испытательной машине «Инстрон».

Образцы выполнены в форме цилиндра с минимальным диаметром 16 мм, отношение высоты к диаметру равно 0,5—1,5. Рекомендуется использовать образцы с диаметром (32 ± 0,1) мм и высотой (38 ± 0,1) мм. Образцы вырезают из готовых изделий

или вулканизуют в специальных формах. Основания образцов • припудривают тальком.

Испытание проводят при температуре _ж(20 ± 5) °С и при относительной влажности воздуха (65 ± 15)%. Скорость сближения должна равняться 0,008 м/с. Условия испытания образцов (величина силы сжатия) устанавливаются по нормативно-технической документации на резину или резиновое изделие. Измерение высоты образца под воздействием •силы сжатия проводят при очередном четвертом сжатии до получения требуемой силы сжатия.

Относительная деформация сжатия

где— относительная деформация при кратковременном сжатии, %; h₀ — высота образца до испытания, мм; h_x — высота образца при достижении заданной силы сжатия, мм.

Относительная остаточная деформация при кратковременном сжатии

где— остаточная деформация при кратковременном сжатии, %;— высота образца до испытания, мм; h₂ — высота образца через минуту после снятия нагрузки.

Испытание проводят на трех образцах, за конечный результат принимается среднее арифметическое результатов всех испытаний. Подробные рекомендации относительно испытания на кратковременное сжатие приведены в стандарте PN.

21.9. Испытание на остаточное сжатие

Это испытание проводится на образцах, которые сжимаются до некоторой постоянной деформации (метод А) или при постоянной силе сжатия, называемой далее постоянной нагрузкой (метод В).

Относительная остаточная деформация при постоянной деформации — это отношение разности начальной высоты образца и его высоты после снятия нагрузки к разности начальной высоты образца и высоты примененной дистанционной пластинки, выраженное в процентах.

Относительная остаточная деформация при постоянной нагрузке — это отношение разности начальной высоты образца и его высоты после снятия нагрузки к начальной высоте образца, выраженное в процентах.

Определение относительной остаточной деформации заключается в сжатии исследуемого образца при определенных временных и температурных условиях: при постоянной деформации, равной 25% начальной высоты образца (метод А); при постоянной нагрузке (метод В). Через определенное время образец разгружают и после известного времени «отдыха» определяют относительную остаточную деформацию исследуемого образца, измеряя его высоту.

В обоих методах используются образцы в форме цилиндров диаметром (29,0 ± 0,5) мм и высотой (12,5 ± 0,5) мм (тип 1). В случае, когда образцы приготавливают из готовых изделий, толщина которых меньше высоты образцов типа 1, допускается

использование образцов в форме цилиндра диаметром (13,0 ± 0,5) мм и высотой (6,3 ± 0,3) мм (тип 2). Об- -разцы должны быть изготовлены вулканизацией в специальных формах, вырублены из пластин или вырезаны из готовых изделий. Для вырубки используют цилиндрические штанце-вые или вращающиеся ножи. Во время вырубки острие ножа смачивают раствором мыла. Определение относительной остаточной деформации следует проводить при условиях, указанных в табл. 83.

Определение относительной остаточной деформации методом А. Образцы резины сжимают между двумя параллельными стальными плитами с полированными и хромированными поверхностями (рис. 508 и 509). В зависимости от конструкции прибор можно использовать для испытания трех или более образцов. Количество образцов всегда должно быть кратно трем.

Чтобы обеспечить постоянную деформацию образцов, равную 25% их начальной высоты, при исследовании образцов типа 1 между стальными сжимающими плитами следует вкладывать металлические дистанционные пластинки толщиной (9,38 ± ±0,01) мм, а при исследовании образцов типа 2—толщиной (4,72 ± 0,01) мм.

Образцы помещают между металлическими плитами, покрытыми тонким слоем силиконового клея с вязкостью 2-Ю"⁴ м²/с. На каждой плите устанавливают дистанционные пластинки с размерами, соответствующими типу об{*азца, и, не сжимая панелей, все устройство помещают в термостат, нагретый до температуры исследования. По истечении часа устройство извлекается из термостата, образцы сжимаются и устройство вновь помещается в термостат.

После окончания процедуры устройство необходимо извлечь из термостата, снять нагрузку, поместить образцы на пластину

с малой теплопроводностью и выдержать их при комнатной температуре в течение 30 мин. Затем измеряют высоту образцов, расширившихся после сжатия.

Относительная остаточная деформация e_ct (%) при постоянной-деформации 25% рассчитывается по формуле

где h₀ — высота образца до испытания, мм; h_r — высота череа-минуту после снятия нагрузки; h_s — высота дистанционной пла

стинки.

За конечный результат принимается среднее арифметическое результатов измерения трех образцов.

Определение остаточной деформации методом В. Для этого* используют устройство (рис. 510), обеспечивающее в течение всего исследования постоянное сжимающее усилие на образцы, помещенные между двумя или более металлическими (стальными) плитами, поверхность которых отполирована, хромирована и покрыта .тонким слоем силиконового клея с вязкостью 2 • 10~⁴ м²/с.

Устройство с несжатыми образцами устанавливают в термостат,, нагретый до температуры исследования. Через час устройство вынимают из термостата и сжимают образцы, создавая напряжение, равное 2,7 МПа, после чего его опять помещают в термостат. Для тога

"чтобы создать в образце требуемое напряжение, необходимо приложить нагрузку (1785 ± 39) Н для образца типа 1 и (358 ± 5) Н для образца типа 2.

Далее устройство нужно извлечь из термостата, разгрузить плиты, поместить образцы на пластину из материала с малой теплопроводностью и выдержать их при комнатной температуре

в течение 30 мин, после чего необходимо измерить высоту образцов.

Относительная остаточная деформация г_Р8 (%) при постоянной нагрузке рассчитывается по формуле

где h₀ — высота образца, мм; h_r — высота образца после прекращения действия сжимающей нагрузки и 30 мин восстановления, мм.

21.10. Гистерезис

Напряжения и соответствующие им удлинения резины, определенные при растяжении образца на разрывной машине и нанесенные на график, дадут характерную кривую растяжения резины.

Если после достижения образцом некоторого удлинения переключить разрывную машину на обратный ход и нанести на вышеуказанный график напряжения при соответствующих удлинениях, то полученная кривая будет расположена ниже кривой растяжения, причем при нулевом напряжении резиновый образец будет иметь некоторую остаточную деформацию. Такая зависимость (рис. 511) применяется для определения гистерезисных потерь при деформации растяжения.

Площадь под кривой, полученной при растяжении образца, характеризует работу или энергию Ls_n затраченную на растяжение резины. Площадь под кривой сокращения образца определяет работу или энергию Ls_r, возвращенную, при его сокращении. Расчет затраченной и возвращенной работы или энергии, как правило, проводят вручную, однако на разрывной машине «Ин-строн» эта операция автоматизирована.

Гистерезисные потери резины — это разность между работой или энергией, затраченной на деформацию резины и возвращенной ею при разгрузке.

При растяжении резины гистерезисные потери (кгс«см) рассчитываются по формуле

Коэффициент гистерезисных потерь при растяжении или индекс гистерезисных потерь при растяжении

Соответствующие * показатели при сжатии резины могут быть рассчитаны по следующим формулам:

где— гистерезисныепотери

при сжатии, кгс-см;—

работа, затраченная и возвращенная образцом при сжатии резины, кгс-см, соответственно; r)_sC — коэффициент гистерезисных потерь при сжатии резины; т\'_8С — индекс гистерезисных потерь при сжатии, %.

Под определением «гистерезис при сжатии резины», использу-мым в нормах ФИАТ, следует понимать коэффициент гистерезисных потерь при сжатии резины v]_sc.

Его определяют на цилиндрических образцах диаметром (35,7 ± 0,5) мм и высотой (17,8 ± 0,5) мм при температуре (23 =Ь

± 2) °С, скорости деформации 0,1-Ю^-3 м/с. Образец необходимо предварительно триждььподвергнуть деформированию до достижения требуемой нагрузки, которая выбирается в зависимости от твердости резины (табл. 84).

После получасового отдыха образец следует нагрузить начальной нагрузкой, равной 3% значения, при-_ веденного в табл. 84, и самопишущее" устройство машины установить на нуль. Затем увеличивают нагрузку до требуемого значения (табл. 84), выдерживают образец под ней в течение 30 с, после чего, уменьшая деформацию образца со скоростью 0,1-Ю'³ м/с, полностью освобождают его от нагрузки. По этому графику в координатах нагрузка — деформация определяют гистерезисные потери при

сжатии 'и работу, затраченную на деформацию образца, а также рассчитывают коэффициентПодробные рекомендации от

носительно определения гистерезиса резины при сжатии содержатся в норме ^ ФИАТ 50409.

21.11. Определение эластичности методом Шора

Определение эластичности резины методом Шора заключается в погружении в исследуемый образец иглы измерительного прибора и нахождении величины восстановления резины после снятия нагрузки с иглы. Выражается она в условных единицах.

Рис. 512. Эластометр Шора

Используют образцы толщиной не менее 6 мм и площадью, позволяющей разместить обе опорные поверхности прибора. Измерение производят при помощи эластомера Шора (рис. 512).

Результат считывают со шкалы эластомера. Наиболее достоверным результатом можно считать среднее арифметическое результатов замера эластичности трех исследуемых образцов. Подробные рекомендации относительно измерения эластичности методом Шора содержатся в стандарте PN.

21.12. Определение эластичности методом Данлопа

Определение эластичности резины на эластометре (трипсо-метре) Данлопа состоит в нанесении удара по исследуемому образцу резины шариком ударника, укрепленного на периметре дискового маятника, и расчете отношения работы, производимой деформированным образцом, к работе, затраченной на эту деформацию.

Применяют образцы квадратной формы со стороной (8 ± 0,2) мм и толщиной (4 ± 0,10) мм. Эластометр Данлопа показан на рис. 513. Он позволяет проводить испытания при повышенных температурах. В таких случаях рекомендуется температура 50° С.

Угол падения ударника можно изменять в пределах 0—90°, причем обычно эти углы равны 40 и 45°.

После нанесения удара считывается угол отражения ударника.

Эластичность по Данлопу (%) рассчитывается по формуле

где 0_X — угол отражения; 6₀ — угол падения.

За конечный результат принимается среднее арифметическое результатов исследования трех образцов. Они не должны отличаться между собой более чем на 2%. 

21.13. Определение эластичности методом Шоба

Определение эластичности резины методом Шоба заключается в нанесении удара образцу резины грузом с бойком, прикрепленным к маятнику, из определенного положения и считывании со шкалы прибора отношения высоты отклонения маят

ника к высоте его падения, выраженного в процентах.

Используют образцы в форме дисков или прямо- Рис. 513. Эластометр Данлопа

угольных параллелепипедов с диаметром или стороной не менее 40 мм и толщиной (6 ± 0,25) мм. Измерение выполняют на эластометре Шоба (рис. 514). Результат считывают со шкалы эластометра. За конечный результат рекомендуется принимать среднее арифметическое результатов замеров эластичности трех исследуемых образцов. Подробные рекомендации относительно определения эластичности резины методом Шоба содержатся в стандарте PN.

21.14. Амортизационные свойства резины.

Принцип определения заключается в нанесении удара резиновому образцу грузом с бойком, связанным с маятником эластометра Шоба (рис.514), и установлении числа отражений от поверхности данного образца.

Показателем амортизационных свойств резины будет число отражений грузика от резины с момента начала и до конца движения маятника.

Используют образцы в форме диска диаметром (50 ± 10) мм или квадраты со стороной не менее 40 мм и толщиной (6 ± 0,2) мм.

За конечный результат принимается среднее арифметическое результатов измерений для трех образцов. Подробные рекомендации относительного определения амортизационных свойств резины ударным методом свободных затухающих колебаний приведены в польском стандарте PN-64/C-94150.

21.15. Механические свойства резины при статическом и динамическом сжатии и сдвиге

Определение механических свойств резины при статическом и динамическом сжатии и сдвиге выполняется на механическом осциллографе Иерзли в условиях свободных колебаний.

На этом приборе могут быть определены статический модуль, коэффициент затухания, эффективный динамический модуль, эластичность по Иерзли.

На образец резины накладывают некоторую начальную нагрузку, записывают его свободные колебания и рассчитывают статический модуль упругости либо образец подвергают разовому импульсу, записывают его колебания и рассчитывают коэффициент затухания, эффективный динамический модуль и эластичность по Иерзли.

Образец, предназначенный для исследований при сжатии, должен иметь форму цилиндра диаметром (19 ±0,2) мм и высотой (12,7 ± 0,25) мм. Образец, предназначенный для исследований при -сдвиге, должен состоять из двух прямоугольных параллелепипедов из резины с размерами 12,7x12,7x22,4 мм, закрепленных между тремя металлическими пластйнками с размерами 38x12,7x3 мм (рис. 515). Образцы изготавливают путем вулканизации в специальных формах, а когда исследуются резины готовых изделий, образцы в виде цилиндров или параллелепипедов вырезают из исследуемых изделий. Параллелепипеды прочно соединяются с пластинками.

Основными элементами измерительного прибора (рис. 516} являются:

качающийся рычаг, обеспечивающий сжатие или сдвиг исследуемого образца, а также добавочное устройство, позволяющее производить изменение инерционного момента с помощью грузов Wu

устройство, закрепляющее исследуемый образец, обеспечивающее вертикальное действие сжимающих сил, а также параллельное вертикальное перемещение плоскостей в месте соединения резины с' металлом в вертикальной системе;

самописец с постоянной скоростью протяжки бумажной ленты;, комплект 14 грузов, из которых каждый имеет массу 0,64 кг^, а также 1 груз с массой 0,34 кг.

Рычаг прибора необходимо поставить в горизонтальную позицию и поместить на нем столько грузов, чтобы получить 20%-ное сжатие образца. Регистрационная лента должна быть установлена таким образом, чтобы перо самописца совпадало с линией, обозначающей 20%-ное сжатие образца.

Статические исследования. Чтобы определить механические-свойства при статическом сжатии и сдвиге, необходимо определить начальную характеристику резины. Для этого последовательно нагружают правое плечо рычага аппарата грузами, вызывающими возрастание нагрузки на образец каждый раз на 40 Н, после чего сдвигают регистрационную ленту направо в горизонтальной плоскости на величину, соответствующую на оси нагрузок 40 Н, а затем поочередно, через одинаковые промежутки времени, снимают с правого плеча рычага грузы вплоть до полного их устранения.,

После снятия каждого груза следует передвинуть влево регистрирующую ленту на отрезок, равный на оси нагрузок 40 Н. Определение выполняют таким образом, чтобы время, необходимое для нагрузки и разгрузки образца четырнадцатью грузами, не превышало 3—3,5 мин.

Если будет достигнута деформация образца, равная 50% его .начальной высоты, следует прервать нагружение грузами и приступить к разгрузке. Время, необходимое для очередного наложения или снятия груза, должно составлять 10 с. На полученном ступенчатом графике нужно отдельные точки выступов соединить кривой линией и получить петлю статического гистерезиса (кривая ЛВС на рис. 517). После получения петли гистерезиса резины

Рис. 517. Экспериментальные кривые, получаемые на приборе Иерзли

^замеряют высоту l_t образца, пользуясь микрометрическим винтом прибора. Примеры испытаний различных типов резин приведены на графиках (рис. 517).

Статический модуль упругости (Н/м²) рассчитывают по следующим формулам:

при сдвиге

где а и у — нагрузка, создаваемая на образце при наложении на рычаг прибора одного груза массой 0,64 кг; W — количество грузов, необходимых для создания соответствующей относительной деформации образца; F_c и F_s — площадь поперечного сечения образца, м²; 8 — относительная деформация при сжатии или сдвиге, %.

Динамические исследования. При помощи соответствующего устройства рычаг аппарата закрепляется таким образом, чтобы образец находился в свободном состоянии, обеспечивающем, однако, плотное прилегание его поверхности к обеим плоскостям опор. В этом положении перо должно находиться в точке 0 регистрационной ленты.

Исходя из анализа ступенчатого графика, нужно определить число грузов, необходимое для деформации образца на 20%.

Перед запуском регистрационной ленты следует освободить рычаг, приводя его таким образом в состояние затухающих колебаний вплоть до полной остановки. Затем необходимо проверить высоту положения пера на регистрационной ленте, которое на градуировке ленты должно показывать деформацию (20 ±2)%.

Освобождение рычага при неподвижной ленте следует выполнить дважды. После проверки необходимо вновь закрепить рычаг (как ранее) и установить скорость протяжки регистрационной ленты такой, чтобы она обеспечила необходимую точность определения характеристик. Затем следует освободить рычаг, удерживающий грузы, для получения кривой затухающих ^свободных колебаний.

Эластичность по Иерзли при сжатии и сдвиге (%) рассчитывают по формуле:

где— амплитуды свободных колебаний (рис. 518), мм.

Логарифмический декремент затухания колебаний, а также коэффициент затухания свободных колебаний при сжатии и сдвиге рассчитывают по формулам:

^гД^е _ _ _ _ _ _ _ ^. — амплитуды свободных коле-баний (рис. 518), мм; Л — логарифмический декремент затухания колебаний; б — коэффициент затухания.

Частота свободных колебаний образцов при сжатии и сдвиге

где / — частота колебаний; V — скорость движения регистрирующей ленты, мм/с; FG — длина отрезка (рис. 518), мм; Z — число полных периодов колебаний.

Эффективный динамический модуль (Н/м²) равен:

при сжатии

при сдвиге

где /₀ — высота образца до испытания, м; г — радиус (см. рис. 516), м;— площадь поперечного сечения образца, м²; J —мо

мент инерции рычага; / — частота, с^-1.

21.16. Сопротивление многократному растяжению

Сопротивление резины многократному растяжению — это способность резины противостоять циклически возникающим напряжениям во время ее растяжения. Определение сопротивления резины многократным растяжениям состоит в том, что образец из резины подвергается многократному растяжению вплоть до момента разрыва образца.

Используют образец типа W_± (рис. 500) строго определенного размера и формы. Если форма и размеры исследуемого готового изделия не позволяют вырезать из него образец типа то допускается изготовить образец с другими размерами, однако результаты исследований, проводимых на образцах с разными размерами, не подлежат сравнению.

Конструкция аппарата для определения исследуемого свойства должна обеспечивать возможность крепления образца между двумя параллельными зажимами, из которых один во время испытания остается неподвижным, а другой выполняет возвратно-поступательное движение в направлении продольной оси образца с частотой (250 ± 20), (300 ± 20), (500 ± 20) циклов/мин. Максимальная амплитуда отклонений подвижного зажима должна составлять не менее 140 мм. Аппарат должен быть оборудован счетчиком циклов, а также камерой с терморегулированием, которая позволяет производить замеры при повышенной или пониженной температуре. Максимальное удлинение образца при циклической деформации должно составлять 50% от относительного удлинения при разрыве.

За конечный результат исследования принимают среднее арифметическое число циклов или время разрыва всех образцов. Остаточное относительное удлинение (%), которое определяется через 1 мин после «отдыха» образца, рассчитывается по формуле

где L₀ — длина рабочего участка до испытания, мм; Ь_г — длина рабочего участка через 1 мин «отдыха» после окончания испытания, мм.

21.17. Сопротивление многократному сжатию

Сопротивление многократному сжатию — это способность резины противостоять сжимающим силам, возникающим циклически во время испытания при определенных амплитуде, степени деформации, напряжении сжатия, частоте и температуре опыта.

В случае использования аппарата типа Гудрича сопротивления многократному сжатию определяют следующим образом: способ а — многократно сжимают образец в определенных условиях до момента достижения постоянной температуры на торцевой поверхности образца;

способ b — многократно сжимают образец в определенных условиях в течение заранее установленного времени;

способ с — многократно сжимают образец в определенных условиях до момента его разрушения (растрескивания боковой поверхности образца).

При использовании аппарата типа де Матиа определение сопротивления многократному сжатию заключается в многократном сжатии образца в определенных условиях до момента его разрушения (растрескивания образца или его выпадения из аппарата).

Используют образцы в форме цилиндра: для аппарата типа Гудрича — высотой (25^) мм и диаметром (17,8 а: 0,2) мм; для аппарата типа де Матиа — с размерами согласно рис. 519.

Принципиальная схема прибора типа Гудрича и внешний вид прибора типа де Матиа показаны на рис. 520 и 521.

Аппарат типа Гудрича состоит из рычага первого рода, закрепленного в его центре тяжести. По обе стороны, на концах рычага, подвешивают грузы, увеличивающие момент инерции рычага. На конце рычага, с тыльной стороны аппарата, подвешивают дополнительные гири для создания начальной нагрузки на образец. На рычаге находится нижняя наковаленка, используемая для размещения образца. Рычаг оборудован механизмом с

микрометром, который используется для установления рычага в состояние равновесия. Наковаленка снабжена термопарой, соединенной с измерительным прибором. Аппарат имеет также верхнюю наковаленку, совершающую движение вдоль вертикальной оси вместе с двумя направляющими, с которыми она прочно соединена.

Эти движения придаются наковаленке шатуном, расположенным эксцентрически на диске, приводимом в движение через передачу. Чтобы достигнуть нужной амплитуды сжатия образца, следует шатун установить на соответствующее деление золотника на диске. Обе наковаленки покрыты слоем эбонита в месте сопри

Рис. 520. Схема прибора типа Гудрича

косновения с образцом. Аппарат оборудован термостатом. В зависимости от требований испытания проводят при температуре (40 + 1)° С или (100 ± 1)° С.

Величину начальной нагрузки необходимо подобрать таким образом, чтобы во время исследования образец постоянно оставался в соприкосновении с наковаленками. Рекомендуемые значения нагрузки приведены в табл. 85. Степень сжатия должна соответствовать шагу верхней наковаленки, который для разных резин выбирается в зависимости от твердости резины в соответствии с табл. 86.

Частота сжатий должна составлять 1800 циклов/мин. Рекомендуемое время исследования 25 и 40 мин.

При сжатии образцов на приборе типа Гудрича могут быть определены следующие показатели: прирост температуры

где /г_е — высота образца до испыта" ния, мм; h_± — высота образца через 1 и 24 ч, мм.

В качестве характеристики также используется среднее время, необходимое для разрушения образца, в минутах (для испытания использу- Рис. 521. Прибор типа де Матиа ются пять образцов).

Аппарат типа де Матиа обеспечивает возможность закрепления образцов между двумя параллельными зажимами, один из ко-

Максимальная амплитуда отклонения подвижного зажима должна составлять не менее 12 мм. Аппарат должен быть оборудован счетчиком циклов, а также камерой с терморегулированием для проведения испытаний при повышенной или пониженной температуре. Образец можно сжимать на 40—60% первоначальной высоты. Величина циклической деформации сжатия

должна подбираться в соответствии с твердостью резины. Рекомендуемые величины приведены в табл. 87.

За результат испытания принимают среднее арифметическое числа циклов или период времени до разрушения образца, относительную остаточную деформацию АН, (%), замеренную по истечении 1 ч после окончания исследования,

где Н₀ — высота образца до испытания, мм; Н_г — высота образца через 1 ч после окончания испытания, мм.

Подробные рекомендации относительно определения сопротивления многкратному сжатию приведены в стандарте PN.