» » Огнестойкость, водопоглащение, термические, электрические и динамические свойства материалов для резиновых опорных частей

Огнестойкость, водопоглащение, термические, электрические и динамические свойства материалов для резиновых опорных частей

25.04.2016

Применяемый в ФРГ для эластомерных опорных частей хлоропреновый каучук считается в соответствии с нормами ДИН 4102 трудновоспламеняющимся. В отношении огнестойкости он является надежнее других эластомеров. Следует ожидать, что этот материал соответствует классу огнестойкости F30, если ширина шва d≤l,5 см и глубина шва ≥5d (рис. 5.28). Специальной противопожарной защиты опорных частей при этих условиях для статически определимо опирающихся конструкций не требуется.
Класс огнестойкости повышается при уплотнении швов асбестом или другим материалом. При этом температура опорной части остается ниже примерно 180°С. При толщине швов более 1,5 см опорные швы в зданиях всегда рекомендуется уплотнять асбестом. Эти меры позволяют сохранить несущую способность опорных частей.
При сгорании опорных частей должны учитывать осадку конструкций. В случае статически определимой системы разрушение опорной части и соответствующая осадка в общем не опасны. Для статически неопределимой системы осадка вызывает дополнительные усилия, поэтому необходима соответствующая расчетная проверка.
Огнестойкость, водопоглащение, термические, электрические и динамические свойства материалов для резиновых опорных частей

Как и при сгорании поливинилхлорида, при сгорании хлоропренового каучука образуется хлорный газ, который, соединяясь с влагой воздуха и водой, используемой при тушении пожара, образует соляную кислоту.
Содержание хлора в допущенном к применению эластомере составляет примерно 22% от его массы. Хлор является основной причиной трудновоспламеняемости материала.
Заметного поглощения влаги из воздуха допущенными к применению эластомерами не установлено. Однако находящиеся под водой опорные части поглощают воду. Известные исследования не установили влияния этого водопоглощения на прочность или деформируемость материала.
Водопоглощение зависит также от содержания в воде солей. Верхняя кривая на рис. 5.29 получена для дистиллированной воды и особенно неблагоприятна. При воздействии сжимающей нагрузки водопоглощение эластомера, очевидно, меньше, чем в соответствии с рис. 5.29. Некоторые эластомеры обладают меньшей водопоглощаемостью, чем хлоропреновый каучук, например бутилкаучук.
Воздействие низких температур увеличивает жесткость эластомера. Касательные напряжения от уже имеющихся деформаций с понижением температуры уменьшаются и значительно (эффект Джоуля). При очень низкой температуре резина из хлоропренового каучука становится хрупкой. Для допущенных к применению эластомеров из хлоропренового каучука хрупкий излом следует ожидать при температуре -50 С. Специальные добавки снижают температуру хрупкого излома до -70°, однако при этом ухудшаются другие свойства материала.
Огнестойкость, водопоглащение, термические, электрические и динамические свойства материалов для резиновых опорных частей

Жаростойкость применяемых материалов нормами не установлена. Можно исходить из того, что почти все эластомеры из хлоропренового каучука вулканизируются при температуре около 150°С, поэтому принципиально такую температуру они могут выдерживать. Однако при длительном воздействии такой температуры применяемые смеси чувствительны к ней прежде всего при дополнительных поверхностных удлинениях.
Старение эластомера ускоряется при повышенных температурах (рис. 5.30). Если жаростойкость материала повышают с помощью специальных добавок, то необходимо также проверить достаточность сцепления между эластомером и арматурой, которое уменьшается при длительном воздействии температуры. В нормах верхний предел +70°C относится к постоянной температуре, в то время как при кратковременном воздействии такой температуры запас надежности повышается (см. рис. 5.30).
Для эластомера в расчетах можно принимать теплопроводность 0,20 ккал/мч°С, удельную теплоемкость 0,40 кал/г°С, коэффициент теплового расширения 200*10в-6 1/°С.
Электрические свойства эластомерных опорных частей сооружения не нормированы, однако иногда представляют интерес. Удельное объемное сопротивление эластомеров на основе хлоропренового каучука не особенно велико, но вследствие высокой стойкости к старению их часто используют в изоляционных целях (при напряжении до 600 В и частоте до 60 Гц).
Действительные характеристики материала зависят от его состава. Обычно принимают объемное сопротивление 10в12-10в14 Ом*см, относительную диэлектрическую постоянную при 1000 Гц εr = 7, угол диэлектрических потерь при 1000 Гц tanδ = 0,25/0,35, диэлектрическую пробивную прочность 16—24 кВ/мм.
Огнестойкость, водопоглащение, термические, электрические и динамические свойства материалов для резиновых опорных частей

Эти величины следует принимать осторожно, так как фактические значения для определенных материалов могут значительно отклоняться ввиду зависимости от их температуры, толщины материала и частоты. В качестве примера приведена зависимость между температурой и объемным сопротивлением ненормированной смеси на основе хлоропренового каучука (рис. 5.31).
При частоте 27 МГц для допущенного к применению эластомера установлена величина tanδεr=2,3. Эластомерная опорная часть, находящаяся в высокочастотном переменном поле, нагревается. Молекулы эластомера следуют постоянно изменяющейся пространственной ориентации электрического поля, причем потери энергии проявляются в виде тепла. Нагревание пропорционально частоте, диэлектрической постоянной, коэффициенту диэлектрических потерь и квадрату напряженности поля. Эффект нагревания в высокочастотных полях используют при изготовлении высококачественных эластомерных опорных частей.
Лучшие механические свойства эластомера получают при использовании синтетической сажи, поэтому высококачественные эластомерные опорные части имеют черный цвет. Можно получить другие цвета, однако при этом ухудшаются свойства эластомера и увеличивается его стоимость. Буро-черный цвет опорной поверхности обычно связан с применением противостарителей и антиозонатов.
Хлоропреновый каучук обладает слабым, но характерным запахом, особенно при нагревании.
Огнестойкость, водопоглащение, термические, электрические и динамические свойства материалов для резиновых опорных частей

Резиновые опорные части все шире используют в качестве амортизаторов в колеблющихся системах, например для гашения сотрясений при движении транспортных средств или ударов при землетрясениях. По сравнению со стальными пружинами резиновые амортизаторы обеспечивают значительно лучшее гашение вибрации, так как свободные колебания их затухают после трехчетырех периодов. Ход таких амортизаторов мал, особенно в сравнении со стальными спиральными пружинами. Степень гашения вибрации практически зависит от величины хода, поэтому опорные элементы часто располагают так, чтобы они работали не на сжатие, а на сдвиг для увеличения величины хода.
Для изоляции низкочастотных колебаний (примерно менее 8 Гц) параллельно направлению действия основной нагрузки (нормальной силы) при больших нагрузках от сооружения решение с резиновыми опорными частями затруднительно. В поперечном направлении по отношению к нормальной силе (горизонтальные силы) резиновые опорные части гасят колебания хорошо.
Модуль сдвига в зависимости от температуры, частоты и амплитуды для определенных допущенных к применению эластомеров показан на рис. 5.32. He следует ожидать, что такая зависимость характерна для всех эластомеров.
Жесткость эластомера возрастает с уменьшением температуры и повышением частоты. Возрастание жесткости с уменьшением деформаций соответствует рис. 5.6. Этот эффект более или менее снижается с повышением температуры. Указанные факторы влияют на степень гашения колебаний.
Огнестойкость, водопоглащение, термические, электрические и динамические свойства материалов для резиновых опорных частей

На рис. 5.33 представлен угол диэлектрических потерь как критерий гашения. Данные, приведенные на рис 5.32 и 5.33, получены в результате испытаний образцов по схеме, показанной на рис 5.34. Два образца d=11 мм и толщиной 6 мм сжимали в приспособлении до 5 мм. Для определения параметров от деформаций сдвига в расчете учитывали высоту резины 5 мм и ее площадь 0,95 0,6/0,5=1,14 см2.
Для определения сравнимых свойств эластомерных опорных частей необходимы контрольные показатели, получаемые при испытаниях образцов. Этот способ обычно используют для бетона и стали. Однако на свойства эластомеров влияет не только их состав, но и характер процесса вулканизации (особенно температура и время). Поэтому технологию вулканизации следует выбирать так, чтобы обеспечивались заданные показатели эластомера.
При изготовлении эластомерных опорных частей продолжительность вулканизации зависит, например, от толщины опорных частей. Поэтому возможна значительная разница в качестве между контрольными образцами и опорными частями. Это учитывают при переработке соответствующих технических условий.
Огнестойкость, водопоглащение, термические, электрические и динамические свойства материалов для резиновых опорных частей