Резина

СОСТАВ И КЛАССИФИКАЦИЯ РЕЗИН

Основой всякой резины слуВнжит каучук натуральный (НК) или синтетический (СК), который и определяет основные свойства резинового материала. Для улучВншения физико-механических свойств каучуков вводятся различВнные добавки (ингредиенты). Таким образом, резина состоит из каучука и ингредиентов, рассмотренных ниже.

1. Вулканизирующие вещества (агенты) участвуют в образоВнвании пространственно-сеточной структуры вулканизата. Обычно в качестве таких веществ применяют серу и селен, для некоторых каучуков перекиси. Для резины электротехнического назначения вместо элементарной серы (которая взаимодействует с медью) применяют органические сернистые соединения тАФ тиурам (тиурамовые резины).

Ускорители процесса вулканизации; полисульфиды, оксиды свинца, магния и другие влияют как на режим вулканизации, так и на физико-механические свойства вулканизатов. УскориВнтели проявляют свою наибольшую активность в присутствии оксиВндов некоторых металлов (цинка и др.), называемых поэтому в составе резиновой смеси активаторами.

2. Противостарители (антиоксиданты) замедляют процесс стаВнрения резины, который ведет к ухудшению ее эксплуатационных свойств. Существуют противостарители химического и физичеВнского действия. Действие первых заключается в том, что они задерживают окисление каучука в результате окисления их самих или за счет разрушения образующихся перекисей каучука (примеВнняются альдоль, неозон Д и др.). физические Противостарители (парафин, воск) образуют поверхностные защитные пленки, они применяются реже.

3. Мягчители (пластификаторы) облегчают переработку резиВнновой смеси, увеличивают эластические свойства каучука, повыВншают морозостойкость резины. В качестве мягчителей

вводят параВнфин, вазелин, стеариновую кислоту, битумы, дибутилфталат, расВнтительные масла. Количество мягчителей составляет 8тАФ30 % массы каучука.

4. Наполнители по воздействию на каучук подразделяют на активные (усиливающие) и неактивные (инертные). Активные наполнители (углеродистая сажа и белая сажа тАФ кремнекислота, оксид цинка и др.) повышают механические свойства резин: прочность, сопротивление истиранию, твердость. Неактивные наполнители (мел, тальк, барит) вводятся для удешевления стоиВнмости резины.

Часто в состав резиновой смеси вводят регенерат тАФ продукт переработки старых резиновых изделий и отходов резинового производства. Кроме снижения стоимости регенерат повышает качество резины, снижая ее склонность к старению.

5. Красители минеральные или органические вводят для окВнраски резин. Некоторые красящие вещества (белые, желтые, зелеВнные) поглощают коротковолновую часть солнечного спектра и этим защищают резину от светового старения.

Подавляющее большинство каучуков является непредельными, высокополимерными (карбоцепными) соединениями с двойной химической связью между углеродными атомами в элементарных звеньях макромолекулы. (Некоторые каучуки получают на основе насыщенных линейных полимеров.) Молекулярная масса каучуВнков исчисляется в 400 000тАФ450 000. Структура макромолекул линейная или слаборазветвленная и состоит из отдельных звеньев,

которые имеют тенденцию свернуться в клубок, занять минимальВнный объем, но этому препятствуют силы межмолекулярного взаиВнмодействия, поэтому молекулы каучука извилистые (зигзагообВнразные). Такая форма молекул и является причиной исключиВнтельно высокой эластичности каучука (под небольшой нагрузкой происходит выпрямление молекул, изменяется их конформация). По свойствам каучуки напоминают термопластичные полимеры. Наличие в молекулах каучука непредельных связей позволяет при определенных условиях переводить его в термостабильное состояние. Для этого по месту двойной связи присоединяется двухвалентная сера (или другое вещество), которая образует в поперечном направлении как бы ВлмостикиВ» между нитевидными молекулами каучука, в результате чего получается пространственВнно-сетчатая структура, присущая резине (вулканизату). Процесс химического взаимодействия каучуков с серой в технике назыВнвается вулканизацией.

В зависимости от количества вводимой серы получается разВнличная частота сетки полимера. При введении 1тАФ5 % 8 образуется редкая сетка и резина получается высокоэластичной, мягкой. С увеличением процентного содержания серы сетчатая структура становится все более частой, резина более твердой, и при максиВнмально возможном (примерно 30 %) насыщении каучука серой образуется твердый материал, называемый эбонитом.

При вулканизации изменяется молекулярная структура полиВнмера (образуется пространственная сетка), что влечет за собой изменение его физико-механических свойств: резко возрастает прочность при растяжении и эластичность каучука, а пластичВнность почти полностью исчезает (например, натуральный каучук имеет sв = 1,041,5 МПа, после вулканизации sв == 35 МПа); увеличиваются твердость, сопротивление износу. Многие кауВнчуки растворимы в растворителях, резины только набухают в них и более стойки к химикатам. Резины имеют более высокую теплоВнстойкость (НК размягчается при температуре 90 В°С, резина рабоВнтает при температуре свыше 100В°С).

На изменение свойств резины влияет взаимодействие каучука с кислородом, поэтому при вулканизации одновременно происхоВндят два процесса: структурирование под действием вулканизуюВнщего агента и деструкция под влиянием окисления и температуры. Преобладание того или иного процесса сказывается на свойствах вулканизата. Это особенно характерно для резин из НК. Для синВнтетических каучуков (СК) процесс вулканизации дополняется полимеризацией: под действием кислорода и температуры обраВнзуются межмолекулярные углеродистые связи, упрочняющие термостабильную структуру, что дает повышение прочности.

Термическая устойчивость вулканизата зависит от харакВнтера образующихся в процессе вулканизации связей. Наиболее прочные, а следовательно, термоустойчивые связи тАФСтАФСтАФ,наименьшая прочность у полисульфидной связи тАФСтАФCтАФС,

Современная физическая теория упрочнения каучука объясВнняет повышение его прочности наличием сил связи (адсорбции и адгезии), возникающих между каучуком и наполнителем, а также образованием непрерывной цепочно-сетчатой структуры наполВннителя вследствие взаимодействия между частицами наполнителя. Возможно и химическое взаимодействие каучука с наполнителем.По назначению резины подразделяют на резины общего назнаВнчения и резины специального назначения (специальные).

Резины общего назначения

К группе резин общего назначения относят вулканизаты неполярных каучуков тАФ НК, СКБ, СКС, СКИ.

Н К тАФ натуральный каучук является полимером изопрена (С5Н8)n. Он растворяется в жирных и ароматических растворитеВнлях (бензине, бензоле, хлороформе, сероуглероде и др.), обраВнзуя вязкие растворы, применяемые в качестве клеев. При нагреве выше 80тАФ100 В°С каучук становится пластичным и при 200 В°С начинает разлагаться. При температуре тАФ70 В°С НК становится хрупким. Обычно НК аморфен. Однако при длительном хранении возможна его кристаллизация. Кристаллическая фаза возникает также при растяжении каучука, что значительно увеличивает его прочность. Для получения резины НК вулканизуют серой. Резины на основе НК отличаются высокой эластичностью, прочВнностью, водо- и газонепроницаемостью, высокими электроизоляВнционными свойствами: rv = 3.10¹⁴ 4 23.10¹⁸ Ом.см; j = 2,5.

СКБ тАФ синтетический каучук бутадиеновый (дивинильный) получают по методу С. В. Лебедева. Формула полибутадиена (С4Н6)n. Он является некристаллизующимся каучуком и имеет низкий предел прочности при растяжении, поэтому в резину на его основе необходимо вводить усиливающие наполнители. МороВнзостойкость бутадиенового каучука невысокая (от тАФ40 до тАФ45 В°С). Он набухает в тех же растворителях, что и НК. Стереорегулярный дивинильный каучук СКД по основным техническим свойствам приближается к НК. Дивинильные каучуки вулканизуются серой аналогично натуральному каучуку.

СКС тАФ бутадиенстирольный каучук получается при совместВнной полимеризацией бутадиена (С4Н6) и стирола (СН2=СНтАФС6Н5). Это самый распространенный каучук общего назначения.

В зависимости от процентного содержания стирола каучук выпускают нескольких марок: СКС-10, СКС-30, СКС-50. Свойства каучука зависят от содержания стирольных звеньев. Так, наприВнмер, чем больше стирола, тем выше прочность, но ниже морозоВнстойкость. Из наиболее распространенного каучука СКС-30 полуВнчают резины с хорошим cопротивлением старению и хорошо работающие при многократных деформациях. По газонепроницаемости и диэлектрическим свойствам они равноценны резинам на основе НК. Каучук СКС-10 можно применять при низких темпеВнратурах (от тАФ74 до тАФ77 В°С). При подборе соответствующих наполВннителей можно получить резины с высокой механической прочВнностью.

СКИ тАФ синтетический каучук изопреновый тАФ продукт полиВнмеризации изопрена (С5Н8). Получение СКИ стало возможным в связи с применением новых видов катализаторов. По строению, химическим и физико-механическим свойствам СКИ близок к наВнтуральному каучуку. Промышленностью выпускаются каучуки СКИ-3 и СКИ-ЗП, наиболее близкие по свойствам к НК; каучук СКИ-ЗД, предназначенный для получения электроизоляционных резин, СКИ-ЗВ тАФ для вакуумной техники.

Резины общего назначения могут работать в среде воды, возВндуха, слабых растворов кислот и щелочей. Интервал рабочих температур составляет от тАФ35 до 130 В°С. Из этих резин изготоВнвляют шины, ремни, рукава, конвейерные ленты, изоляцию кабеВнлей, различные резинотехнические изделия.

Резины специального назначения

Специальные резины подразделяют на несколько видов;

маслобензостойкие, теплостойкие, светоозоностойкие, износостойВнкие, электротехнические, стойкие к гидравлическим жидкостям.

Маслобензостойкие резины получают на основе каучуков хлоропренового (наирит), СКН и тиокола.

Наирит является отечественным хлоропреновым каучуком. Хлоропрену соответствует формула СН2==ССIтАФСН=СН2.

Вулканизация может проводиться термообработкой даже без серы, так как под действием температуры каучук переходит в терВнмостабильное состояние. Резины на основе наирита обладают высокой эластичностью, вибростойкостью, озоностойкостью, устойчивы к действию топлива и масел, хорошо сопротивляются тепловому старению. (Окисление каучука замедляется экраниВнрующим действием хлора на двойные связи.)

По температуроустойчивости и морозостойкости (от тАФ35 до тАФ40 В°С) они уступают как НК, так и другим СК. Электроизоляционные свойства резины на основе полярного наирита ниже, чем у резины на основе неполярВнных каучуков. (За рубежом полихлоропреновый каучук выпусВнкается под названием неопрен, пербунан-С и др.).

СКН тАФ бутадиеннитрильный каучук тАФ продукт совместной полимеризации бутадиена с нитрилом акриловой кислоты;

тАФСН2тАФСН =СНтАФСН2тАФСН2тАФСНСNтАФ

В зависимости от состава каучук выпускают следующих марок;

СКН-18, СКН-26, СКН-40. (Зарубежные марки: хайкар, пербунан, буна-N и др.). Присутствие в молекулах каучука группы СN сообщает ему полярные свойства. Чем выше полярность каучука,

тем выше его механические и химические свойства и тем ниже морозостойкость (например, для СКН-18 от тАФ50 до тАФ60 В°С, для , СКН-40 от тАФ26 до тАФ28 В°С). Вулканизируют СКН с помощью серы. Резины на основе СКН обладают высокой прочностью (sв = 35 МПа), хорошо сопротивляются истиранию, но по эластичности уступают резинам на основе НК, превосходят их по стойВнкости к старению и действию разбавленных кислот и щелочей. Резины могут работать в среде бензина, топлива, масел в интерВнвале температур от -30 до 130 В°С. Резины на основе СКН примеВнняют для производства ремней, конвейерных лент, рукавов, маслобензостойких резиновых деталей (уплотнительные прокладки, манжеты и т. п.).

Полисульфидный каучук, или тиокол, образуется при взаимоВндействии галоидопроизводных углеводородов с многосернистыми соединениями щелочных металлов:

..тАФСН2тАФСН2тАФS2тАФS2тАФ ..

Тиокол вулканизуется перекисями. Присутствие в основной цепи макромолекулы серы придает каучуку полярность, вследВнствие чего он становится устойчивым к топливу и маслам, к дейВнствию кислорода, озона, солнечного света. Сера также сообщает тиоколу высокую газонепроницаемость (выше, чем у НК), поВнэтому тиокол тАФ хороший герметизирующий материал. МеханиВнческие свойства резины на основе тиокола невысокие. ЭластичВнность резин сохраняется при температуре от тАФ40 до тАФ60 В°С. Теплостойкость не превышает 60тАФ70 В°С. Тиоколы новых марок работают при температуре до 130 В°С.

Акрилатные каучуки тАФ сополимеры эфиров акриловой (или метакриловой) кислоты с акрилонитрилом и другими полярными мономерами тАФ можно отнести к маслобензостойким каучукам. Каучуки выпускают марок БАК-12, БАКХ-7, ЭАХ. Для полуВнчения высокопрочных резин вводят усиливающие наполнители. Достоинством акрилатных резин является стойкость к действию серосодержащих масел при высоких температурах; их широко применяют в автомобилестроении. Они стойки к действию кислоВнрода, достаточно теплостойки, обладают адгезией к полимерам и металлам. Недостатками БАК являются малая эластичность, низкая морозостойкость, невысокая стойкость к воздействию ; горячей воды и пара.

Теплостойкие резины получают на основе каучука СКТ.

СКТ тАФ синтетический каучук теплостойкий, представляет собой кремнийорганическое (полисилоксановое) соединение с хиВнмической формулой '

тАжтАФВн Si(СНз)2 тАФ O тАФ Si(СНз)2 тАФ ..

Каучук вулканизуется перекисями и требует введения усиливающих наполнителей (белая сажа). Присутствие в основной молекулярной цепи прочной силоксановой связи придает каучуку высокую теплостойкость. Так как СКТ слабо полярен, он облаВндает хорошими диэлектрическими свойствами. Диапазон рабочих температур СКТ составляет от тАФ60 до 250 В°С. Низкая адгезия, присущая кремнийорганнческим соединениям (вследствие их слаВнбой полярности), делает СКТ водостойким и гидрофобным (наприВнмер, применяется для защиты от обледенения). В растворителях и маслах он набухает, имеет низкую механическую прочность, высокую газопроницаемость, плохо сопротивляется истиранию. При замене метильных групп (СН3) другими радикалами полуВнчают другие виды силоксановых каучуков. Каучук с винильной группой (СКТВ) устойчив к тепловому старению и обладает меньВншей текучестью при сжатии, температура эксплуатации от тАФ55 до 300 В°С. Вводя фенильную группу (С6Н5), получают каучук (СКТФВ), обладающий повышенной морозостойкостью (от тАФ80 до тАФ100 В°С) и сопротивляемостью к действию радиации. Можно сочетать различные радикалы, обрамляющие силоксановую связь. Так, фенилвинилсилоксановый каучук имеет повышенные механиВнческие свойства. Если ввести в боковые группы макромолекулы СКТ атомы Р или группу СМ, приобретается устойчивость к топВнливу и маслам. Введение в основную цепь атомов бора, фосфора дает возможность повысить теплостойкость резин до 350тАФ400 В°С и увеличить их клеящую способность. Силоксановые резины сгорают при 600тАФ700 В°С, а в течение нескольких секунд выдерВнживают 3000 В°С.

Морозостойкими являются резины на основе каучуков, имеВнющих низкие температуры стеклования. Например, резины на основе СКС-10 и СКД могут работать при температуре до тАФ60 В°С; НК, СКБ, СКС-30, СКН тАФ до тАФ50 В°С, СКТ тАФ ниже тАФ75 В°С.

Светоозоностойкие резины вырабатывают на основе насыщенВнных каучуков тАФ фторсодержащих (СКФ), этиленпропиленовых (СКЭП), бутилкаучука.

Фторсодержащие каучуки получают сополимеризацией ненаВнсыщенных фторированных углеводородов (например, СF2 == СFCl, СН2 = СF2 и др.). Отечественные фторкаучуки выпускают под марками СКФ-32, СКФ-26; зарубежные тАФ кель-Ф и вайтон. КауВнчуки устойчивы к тепловому старению, воздействию масел, топВнлива, различных растворителей (даже при повышенных темпераВнтурах), негорючи. Вулканизованные резины обладают высоким сопротивлением истиранию. Теплостойкость длительная (до 300 В°С). Недостатками является малая стойкость к большинству тормозных жидкостей и низкая эластичность. Резины из фторкаучуков широко применяют в авто- и авиапромышленности.

СКЭП тАФ сополимер этилена с пропиленом тАФ представляет соВнбой белую каучукообразную массу, которая обладает высокой прочностью и эластичностью, очень устойчива к тепловому стареВннию, имеет хорошие диэлектрические свойства. Кроме СКЭП выпускают тройные сополимеры СКЭПТ (за рубежом близкие по свойствам каучуки тАФ висталом и дутрал).

Резины на основе фторкаучуков и этиленпропилена стойки к действию сильных окислителей (HNOз, Н2О2 и др.), применяются для уплотнительных изделий, диафрагм, гибких шлангов и т. д., не разрушаются при работе в атмосферных условиях в течение нескольких лет.

Хлорсульфополиэтилен (ХСПЭ) является насыщенным полимеВнром. Его вулканизация основана на взаимодействии с группами SО2Сl и Сl. Вулканизаты ХСПЭ имеют высокую прочность (sв=16426 МПа), относительное удлинение j = 280 4 560 %. Они обладают повышенным сопротивлением истиранию при нагреВнве, озоно-, масло- и бензостойки, хорошие диэлектрики. Интервал рабочих температур от тАФ60 до 215 В°С. Применяют эти резины как конструкционный и защитный материал (противокоррозионные, не обрастающие в морской воде водорослями и микроорганизмами покрытия, для защиты от воздействия g-излучения).

Бутилкаучук (Б К) получают совместной полимеризацией изо-бутилена с небольшим количеством изопрена (2тАФ3 %).

В бутилкаучуке мало ненасыщенных связей, вследствие чего он обладает стойкостью к кислороду, озону и другим химическим реагентам. Каучук кристаллизующийся, что позволяет получать материал с высокой прочностью (хотя эластические свойства лиз-кие). Каучук обладает высоким сопротивлением истиранию и высоВнкими диэлектрическими характеристиками. По температуростойкости уступает другим резинам, превосходя их по газо- и паронепроницаемости.

Бутилкаучук тАФ химически стойкий материал. В связи с этим он в основном предназначен для работы в контакте с концентрироВнванными кислотами и другими химикатами; кроме того, его приВнменяют в шинном производстве (срок службы покрышек в 2 раза выше, чем покрышек из НК).

Износостойкие резины получают на основе полиуретановых каучуков СКУ.

Полиуретановыв каучуки обладают высокой прочностью, эластичностью, сопротивлением истиранию, маслобензостойкостью. В структуре каучука нет ненасыщенных связей, поэтому он стоек к кислороду и озону, его газонепроницаемость в 10тАФ20 раз выше, чем газопроницаемость НК. Рабочие температуры резин на его основе составляют от тАФ30 до 130В°С. На основе сложных полиВнэфиров вырабатывают каучуки СКУ-7, СКУ-8, СКУ-50; на основе простых полиэфиров тАФ СКУ-ПФ, СКУ-ПФЛ. Последние отлиВнчаются высокой морозостойкостью (для СКУ-ПФ тАФ до тАФ75 В°С) и гидролитической стойкостью. Уретановые резины стойки к возВндействию радиации. Зарубежные названия уретановых каучуков тАФ , вулколлан, адипрен, джентан, урепан. Резины на основе СКУ применяют для автомобильных шин, конвейерных лент, обкладки труб и желобов для транспортирования абразивных материалов, обуви и др.

Электротехнические резины включают электроизоляционные и электропроводящие резины. Электроизоляционные резины, приВнменяемые для изоляции токопроводящей жилы проводов и кабелей, для специальных перчаток и обуви, изготовляют только на основе неполярных каучуков НК, СКБ; СКС, СКТ и бутилкаучука. Для них rv = 10¹¹410¹⁵ Ом.см,

j = 2,544, tg d = 0,005 4 0,01.

Электропроводящие резины для экранированных кабелей полуВнчают из каучуков НК, СКН, наирита, особенно из полярного кауВнчука СКН-26 с введением в их состав углеродной сажи и графита (65тАФ70 %). Для них rv = 10² 4 10⁴Ом.см.

Резину, стойкую к воздействию гидравлических жидкостей, используют для уплотнения подвижных и неподвижных соедиВннений гидросистем, рукавов, диафрагм, насосов; для работы в масле применяют резину на основе каучука СКН, набухание коВнторой в жидкости не превышает 1тАФ4 %. Для кремнийорганических жидкостей применимы неполярные резины на основе каучуков НК, СКМС-10 и др.

МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА РЕЗИН И КАУЧУКОВ

Общие понятия

Механические свойства каучуков и резин могут быть охаракВнтеризованы комплексом свойств.

К особенностям механических свойств каучуков и резин следует отнести:

1) высокоэластический характер деформации каучуков;

2) зависимость деформаций от их скорости и продолжительВнности действия деформирующего усилия, что проявляется в релакВнсационных процессах и гистерезисных явлениях

3) зависимость механических свойств каучуков от их предвариВнтельной обработки, температуры и воздействия различных немехаВннических факторов (света, озона, тепла и др.).

Различают деформационно-прочностные, фрикционные и друВнгие специфические свойства каучуков и резин.

К основным деформационно-прочностным свойствам относятся:

пластические и эластические свойства, прочность при растяжении, относительное удлинение при разрыве, остаточное удлинение поВнсле разрыва, условные напряжения при заданном удлинении, усВнловно-равновесный модуль, модуль эластичности, гистерезисные потери, сопротивление раздиру, твердость.

К фрикционным свойствам резин относится износостойкость, хаВнрактеризующая сопротивление резин разрушению при трении, а также коэффициент трения.

К специфическим свойствам резин относятся, например, темпеВнратура хрупкости, морозостойкость, теплостойкость, сопротивление старению.

Очень важным свойством резин является сопротивление стареВннию (сохранение механических свойств) после воздействия света, озона, тепла и других факторов.

Механические свойства резин определяют в статических услоВнвиях, т. е. при постоянных нагрузках и деформациях, при относиВнтельно небольших скоростях нагружения (например, при испытаВннии на разрыв), а также в динамических условиях, например, при многократных деформациях растяжения, сжатия, изгиба или сдвиВнга. При этом особенно часто резины испытывают на усталостную выносливость и теплообразование при сжатии.

Усталостная выносливость характеризуется числом циклов деВнформаций, которое выдерживает резина до разрушения. Для соВнкращения продолжительности определения усталостной вынослиВнвости испытания проводят иногда в условиях концентрации напряВнжений, создаваемых путем дозированного прокола или применеВнния образцов с канавкой.

Теплообразование при многократных деформациях сжатия опВнределяется по изменению температуры образца резины в процессе испытания в заданном режиме (при заданном сжатии и заданной частоте деформаций).

Пластические и эластические свойства

Пластичностью называется способность материала легко деВнформироваться и сохранять форму после снятия деформирующей нагрузки. Иными словами, пластичность тАФ это способность матеВнриала к необратимым деформациям.

Эластичностью называется способность материала легко дефорВнмироваться и восстанавливать свою первоначальную форму и разВнмеры после снятия деформирующей нагрузки, т. е. способность к значительным обратимым деформациям.

Эластическими деформациями, в отличие от упругих, называютВнся такие обратимые деформации, которые характеризуются значительной величиной при относительно малых деформирующих усилиях (низкое значение модуля упругости).

Пластические и эластические свойства каучука проявляются одновременно; в зависимости от предшествующей обработки кауВнчука каждое из них проявляется в большей или меньшей степени. Пластичность невулканизованного каучука постепенно снижается при вулканизации, а эластичность возрастает. В зависимости от степени вулканизации соотношение этих свойств каучука постеВнпенно изменяется. Для невулканизованных каучуков более харакВнтерным свойством является пластичность, а вулканизованные каучуки отличаются высокой эластичностью. Но при деформациях невулканизованного каучука наблюдается также частичное восстаВнновление первоначальных размеров и формы, т. е. наблюдается некоторая эластичность, а при деформациях резины можно наблюВндать некоторые неисчезающие остаточные деформации.

Согласно теории, разработанной советскими учеными А. П. Александровым и Ю. С. Лазуркиным, общая деформация каучука и резины состоит из трех составляющих: 1) упругой деВнформации, подчиняющейся закону Гука, jу; 2) высокоэластической деформации jв и 3) пластической деформации jп:

j = jу + jв + jп

Соотношение составляющих общей деформации зависит от приВнроды каучука, его структуры, степени вулканизации, состава реВнзины, а также от скорости деформаций, значений создаваемых наВнпряжений и деформаций, длительности нагружения и от темпераВнтуры.

Упругая деформация практически устанавливается мгновенно при приложении деформирующего усилия и также мгновенно исчеВнзает после снятия нагрузки; обычно она составляет доли процента от общей деформации. Этот вид деформации обусловлен небольВншим смещением атомов, изменением межатомных и межмолекуВнлярных расстояний и небольшим изменением валентных углов.

Высокоэластическая деформация резин увеличивается во вреВнмени по мере действия деформирующей силы и достигает постеВнпенно некоторого предельного (условно-равновесного) значения. Она так же, как и упругая деформация, обратима; при снятии наВнгрузки высокоэластическая деформация постепенно уменьшается, что приводит к эластическому восстановлению деформированного образца. Высокоэластическая деформация, в отличие от упругой, характеризуется меньшей скоростью, так как связана с конформационными изменениями макромолекул каучука под действием внешВнней силы. При этом происходит частичное распрямление и ориенВнтация макромолекул в направлении растяжения. Эти изменения не сопровождаются существенными нарушениями межатомных и межВнмолекулярных расстояний и происходят легко при небольших усилиях. После прекращения действия деформирующей силы вследствие теплового движения происходит дезориентация молекул и восстановление размеров образца. Специфическая особенность

механических свойств каучуков и резин связана с высокоэластической деформацией.

Пластическая деформация непрерывно возрастает при нагружении и полностью сохраняется при снятии нагрузки. Она характерВнна для невулканизованного каучука и резиновых смесей и связана с необратимым перемещением макромолекул друг относительно друга.

Скольжение молекул у вулканизованного каучука сильно заВнтруднено наличием прочных связей между молекулами, и поэтому вулканизаты, не содержащие наполнители, почти полностью восстанавливаются после прекращения действия внешней силы. НаВнблюдаемые при испытании наполненных резин неисчезающие деВнформации являются следствием нарушения межмолекулярных связей, а также следствием нарушения связей между каучуком и компонентами, введенными в нею, например вследствие отрыва частиц ингредиентов от каучука. Неисчезающие остаточные деформации часто являются кажущимися вследствие малой скорости эластического восстановления, т. е. оказываются практически исчезающими в течение некоторого достаточно продолжительного времени.

Твердость резины

Твердость резины характеризуется сопротивлением вдавливаВннию в резину металлической иглы или шарика (индентора) под действием усилия сжатой пружины или под действием груза.

Для определения твердости резины применяются различные твердомеры. Часто для определения твердости резины используетВнся твердомер ТМ-2 (типа Шора), который имеет притупленную иглу, связанную с пружиной, находящейся внутри прибора. ТверВндость определяется глубиной вдавливания иглы в образец под дейВнствием сжатой пружины при соприкосновении плоскости основаВнния прибора с поверхностью образца (ГОСТ 263тАФ75). ВдавливаВнние иглы вызывает пропорциональное перемещение стрелки по шкале прибора. Максимальная твердость, соответствующая тверВндости стекла или металла, равна 100 условным единицам. Резина в зависимости от состава и степени вулканизации имеет твердость в пределах от 40 до 90 условных единиц. С увеличением содержаВнния наполнителей и увеличением продолжительности вулканизаВнции твердость повышается; мягчители (масла) снижают твердость резины.

Теплостойкость

О стабильности механических свойств резины при повышенных температурах судят по показателю ее теплостойкости. Испытания на теплостойкость производят при повышенной температуре (70 В°С и выше) после прогрева образцов при температуре испытания в теВнчение не более 15 мин (во избежание необратимых изменений)

с последующим сопоставлением полученных результатов с резульВнтатами испытаний при нормальных условиях (23В±2В°С).

Количественной характеристикой теплостойкости эластомеров служит коэффициент теплостойкости, равный отношению значений прочности при растяжении, относительного удлинения при разрыве и других показателей, определенных при повышенной температуре, к соответствующим показателям, определенным при нормальных условиях. Чем ниже показатели при повышенной температуре по сравнению с показателями при нормальных условиях, тем ниже коэффициент теплостойкости.

Полярные каучуки обладают пониженной теплостойкостью. НаВнполнители значительно повышают теплостойкость резин.

Износостойкость

Основным показателем износостойкости является истираемость и сопротивление истиранию, которые определяются в условиях каВнчения с проскальзыванием (ГОСТ 12251тАФ77) или в условиях скольжения по истирающей поверхности, обычно, как и в предыВндущем случае, по шлифовальной шкурке (ГОСТ 426тАФ77).

Истираемость a определяется как отношение уменьшения объема образца при истирании к работе, затраченной на истирание, и выражается в м³/МДж [см³/(кВт.ч)]. Сопротивление истиранию b определяется как отношение затраченной работы на истирание к уменьшению объема образца при истирании и выражается в МДж/м³ [см³/(кВт.ч)].

Истирание кольцевых образцов при качении с проскальзываВннием более соответствует условиям износа протекторов шин при эксплуатации и поэтому применяется при испытаниям на износоВнстойкость протекторных резин.

Теплообразование при многократном сжатии

Теплообразование резины при многократном сжатии цилиндриВнческих образцов характеризуется температурой, развивающейся в образце вследствие внутреннего трения (или повышением температуры при испытании).

Морозостойкость резины

МорозостойкостьтАФспособность резины сохранять высокоэластические свойства при пониженных температурах. Свойства резин при пониженных температурах характеризуются коэффициентом морозостойкости при растяжении, температурой хрупкости и темВнпературой механического стеклования.

Коэффициент морозостойкости при растяжении (ГОСТ 408тАФ66) представляет собой отношение удлинения образца при пониженной температуре к удлинению его (равному 100%) при температуре 23В±2В°С под действием той же нагрузки. Резина считается мороВнзостойкой при данной температуре, если коэффициент морозостойВнкости выше 0,1.

Температура хрупкости ТхртАФмаксимальная минусовая темпеВнратура, при которой консольно закрепленный образец резины разрушается или дает трещину при изгибе под действием ударе! ГОСТ 7912тАФ74). Температура хрупкости резин зависит от полярВнности и гибкости макромолекул, с повышением гибкости молекуВнлярных цепей она понижается.

Температурой механического стеклования называется темпераВнтура, при которой каучук или резина теряют способность к высокоВнэластическим деформациям. По ГОСТ 12254тАФ66 этот показатель определяется на образцах, замороженных при температуре ниже температуры стеклования. Образец резины цилиндрической форВнмы нагружают (после предварительного замораживания) и затем медленно размораживают со скоростью 1 В°С в минуту и находят температуру, при которой деформация образца начинает резко возрастать.

Сопротивление старению и действию агрессивных сред

Старением называется необратимое изменение свойств каучука или резины под действием тепла, света, кислорода, воздуха, озона или агрессивных сред, т. е. преимущественно немеханических факВнторов. Старение активируется, если резина одновременно подверВнгается воздействию механических нагрузок.

Испытания на старение производят, выдерживая резину в разВнличных 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 термичеВнском старении в среде горячего воздуха (ГОСТ 9.024тАФ74) резульВнтат испытания оценивают коэффициентом старения, который предВнставляет отношение изменения показателей каких-либо свойств, чаще всего предела прочности и относительного удлинения при разВнрыве 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 тАФ предела прочноВнсти 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 продолжиВнтельности действия напряжения и поэтому разрушающая нагрузка не является константой твердого тела. Разрушающая нагрузка - условная мера прочности только при строго определенных скорости деформации и температуре. СнижеВнние 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 Т_ХР полимеры ведут себя подобно хрупким тверВндым телам и температурно-временная зависимость прочности выражается уравнением Журкова:

t = t_o exp (( u_o - g) / kT)

где t_o - константа, имеющая размерность времени и значение, близкое к периоВнду собственных колебаний атомов, 10^-13 тАУ 10^-12 с;

k - константа Больцмана;

u_o - энергия активации процесса разрушения в исходном, ненагруженном состояВннии, равная энергии активации процесса в расчете на 1 химическую связь;

g- структурно-чувствительный коэффициент.

При температуре вышеTc полимеры переходят в высокоэластическое соВнстояние, при котором температурно-временная зависимость прочности описыВнвается для сшитых полимеров уравнением:

t = C . b ^-6 exp ( u / kT)

где C и - константы, зависящие от типа каучука, структуры вулканизата;

u - энергия активации разрушения резин в расчете на 1 связь.

Изменения материала, происходящие под действием напряжения во вреВнмени, являются необратимыми. Резиновые изделия находятся под воздействиВнем среды. Особенно опасно воздействие озона. Растрескивание, которое наВнблюдается у напряженных резин, находящихся под воздействием озона, назыВнвается озонным растрескиванием. Действие агрессивных сред на резину в наВнпряженном 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 деВнформации, необходимым для разрушения образца. Максимальное напряжение в цикле деформации, соответствующее разрушению образца в условиях многоВнкратных деформаций, называется усталостной прочностью, а время, необхоВндимое для разрушения резины в условиях многократных деформаций, - динаВнмической долговечностью. Наиболее распространенным режимом испытаний на многократное растяжение является режим постоянных максимальных удлиВннений, который осуществляется на машиВнне МРС-2. Это испытание провоВндится при посто

Вместе с этим смотрят:

11-этажный жилой дом с мансардой

14-этажный 84-квартирный жилой дом

16-этажный жилой дом с монолитным каркасом в г. Краснодаре

180-квартирный жилой дом в г. Тихорецке

2-этажный 3-секционный 18-квартирный жилой дом в г. Мирном