Испытание эластомеров на растяжение по нормам ДИН 53504. Эти нормы относятся к нахождению предела прочности при растяжении, сопротивления разрыву и удлинения при разрыве образца определенной формы при растяжении его с постоянной скоростью до разрыва.
Сопротивление разрыву σR = R/A0, где Fr — усилие при разрыве и A0 — первоначальное поперечное сечение образца.
Предел прочности при растяжении σB = Fmax/A0, где Fmax — наибольшая измеренная сила.
Для эластомеров усилие при разрыве FR в общем соответствует наибольшей силе Fmax, если испытания проводятся при комнатной или выше ее температуре. Удлинение при разрыве
где LВ — длина образца при разрыве и L0 — первоначальная длина образца.
Соотношение между растягивающими силами и удлинениями характеризуют кривой усилия — деформации. Напряжения σ определяют как частное от деления измеренной растягивающей силы F на первоначальное поперечное сечение A0. Использование понятия «модуль» неправильно и этого следует избегать. Понятие «модуль» применимо только для материалов, отличающихся пропорциональностью между напряжениями и деформациями, что для резины не наблюдается уже при малых деформациях.
В качестве образцов используют стандартные кольца (рис. 5.35) и стандартные стержни (рис. 5.36). Результаты испытаний, проводимых с использованием различных стандартных образцов, в общем не сравнимы.
Показатели, полученные для стандартных колец R0, обычно выше, чем для колец R1 к R2.
Размеры стандартных колец и стержней приведены в табл. 5.3 и 5.4. Целесообразнее использовать для испытаний стандартное кольцо R1 и стандартный стержень 52. Размеры образцов относятся к режущему инструменту.
Для испытаний необходимы минимум три стандартных кольца и по три стандартных стержня для двух взаимно перпендикулярных направлений. Образцы следует изготовлять из плит одинаковой толщины. Если толщина элементов больше, то сначала делают плиты необходимой толщины. Неровности устраняют шлифовкой.
Машина для испытаний на растяжение имеет вращающиеся ролики (рис. 5.37) И зажимы для закрепления стандартных колец и стержней. Размеры роликов приведены в табл. 5.5.
Испытания должны проводить при комнатной температуре, выдерживая предварительно образцы минимум 2 ч при этой температуре, но не ранее чем через 16 ч после вулканизации. Перед испытаниями измеряют толщину и ширину образцов минимум в трех местах. Для расчета прочностных показателей принимают наименьшие размеры поперечных сечений. Для очень тонких стержней в качестве ширины принимают ширину режущего инструмента.
Продольная ось закрепленного стержня должна располагаться в направлении растяжения. Скорость растяжения для стандартных стержней составляет 200 мм/мин, для стандартных колец 500 мм/мин. Испытания стержней, разрыв которых происходит вне измерительной длины L0, не учитывают. Кривую усилия — деформации при испытании колец получают с помощью самопишущих приборов или одновременным взятием расчетов для удлинения и растягивающей силы. Самопишущие приборы при испытании стержней не используют.
Если получить полную кривую усилия — деформации невозможно или не нужно, то растягивающие силы определяют при следующих удлинениях:
По результатам испытаний рассчитывают предел прочности при растяжении σВ, сопротивление разрыву σR и удлинение при разрыве δR по приведенным выше формулам и напряжения σ = F/A0.
При испытании обычной резины в условиях комнатной температуры или более высокой максимальное усилие наблюдается при разрыве. Однако при испытаниях новых высокополимерных материалов и испытании резины при низких температурах усилие может достигнуть максимума (например, вследствие влияния текучести материала) и затем уменьшиться еще до разрыва. В связи с этим нормами предусмотрено определение предела прочности при растяжении и сопротивления разрыву.
Показатели, полученные испытанием стандартных колец R1 и R2, ниже, чем при испытании стандартных стержней, что объясняется значительно большим объемом колец. Результаты испытаний кольца R0 и стержней примерно одинаковые.
Испытания на твердость по нормам ДИН 53505. Испытания предназначены для ускоренного определения твердости образцов или изделий. Результаты измерений зависят от вязко-упругих характеристик материала. Испытания на твердость по Шору А применимы для твердости от 10 до 90. Для более твердых материалов находят твердость по Шору D. Более точные результаты дает определение твердости вдавливанием шарика d=2,5 мм (средние твердости). Для более мягких образцов применяют шарик d=5 мм.
Для испытаний применяют приспособления с инденторами (рис. 5.38), имеющими следующие размеры: а = Ø3±0,1 мм; b = Ø1,25±0,15 мм; c = 2,5-0,01/+0,04 мм; d = Ø0,79±0,01 мм; r = 0,10±0,1 мм; f=Ø16±2,5 мм.
Величину силы в пружине (табл. 5.6) округляют до 0,5 сН. Испытания должны проводить при температуре 23±2°С и не ранее чем через 16 ч после вулканизации, а при необходимости — при других температурах. При температурах, меньших комнатной, допускаются отклонения ±1°С. Перед испытанием образцы выдерживают в темперирующей камере в течение минимум 30 мин. Расстояние от точек измерения до края образца должно быть около 13 мм и между точками измерения примерно 5 мм. Твердость определяют через 3 с после соприкосновения контактной поверхности прибора с образцом, а при отчетливо выраженных свойствах текучести — через более длительное время, например 15 с.
Испытание резины на искусственное старение по нормам ДИН 53508. При испытаниях на искусственное старение резины относительную стойкость к старению определяют по формуле
Z = O-A/O,
где О — свойства резины до старения; А — свойства резины после искусственного старения.
Испытания проводят при атмосферном давлении и повышенной температуре в специальных секционных печах или шкафах, а также в барокамерах при повышенном давлении и повышенной температуре. Искусственное старение предусматривается при атмосферном давлении на воздухе и повышенном давлении в кислороде, на воздухе и смеси воздуха с водяными парами.
Для испытаний на искусственное старение рекомендуется использовать образцы, которые установлены для соответствующих физических испытаний, с тем, чтобы после испытаний на старение не требовалась дополнительная механическая, химическая или тепловая обработка. При оценке результатов опытов можно сопоставлять только образцы с одинаковыми размерами.
Секционная печь для испытаний состоит из одной или нескольких цилиндрических секций высотой минимум 300 мм. Ячейки должны быть окружены хорошим теплоносителем, температура которого регулируется термостатом, например, алюминиевым блоком, жидкостной ванной, насыщенным паром. В ячейки снизу подают воздух, нагретый до соответствующей температуры. Скорость воздуха рассчитывают так, чтобы обмен его в ячейках происходил по крайней мере 3 раза в час.
Можно применять также шкафы, в которых обеспечивается медленное перемещение воздуха и обмен минимум 3 раза в час. Между образцами следует располагать термометры.
Применяемая барокамера состоит из коррозиеустойчивой стали или другого прочного материала. Она не должна иметь медных или латунных деталей. Температура теплоносителя поддерживается термостатом. Камеру оборудуют предохранительным клапаном, манометром и термометром. Предохранительный вентиль регулируют на 35 кгс/см2 (старение в кислороде), 10 кгс/см2 (старение на воздухе) и 18 кгс/см2 (старение в смеси воздуха с парами воды).
Испытание на искусственное старение производят не ранее чем через 3 сут и не позднее 14 сут после вулканизации резины. Хранение образцов должно удовлетворять требованиям норм ДИН 50014. Испытания начинают не позднее чем через 24 ч после физических испытаний образцов, не подвергавшихся старению. Образцы должны занимать не более 10% объема печи или ячейки. Нельзя помещать в одной камере одновременно образцы различного состава, чтобы от образца к образцу не передавались сера, противостарители, перекиси или пластификаторы. При отсутствии отдельных камер рекомендуется вместе испытывать только образцы из следующих материалов:
- полимеры одинакового типа;
- вулканизаты, содержащие промоторы одного типа и характеризующиеся примерно одинаковым отношением серы к промоторам;
- вулканизаты, содержащие пластификаторы одного типа и в одинаковом количестве.
Кислород подают в барокамеру под давлением 21 кгс/см2. Во время испытаний давление не должно изменяться более чем на ±1 кгс/см2. При старении в воздухе давление его должно составлять 6+0,5 кгс/см2. При старении в смеси воздуха с водяными парами барокамеру на 1/5 заполняют водой, образцы укладывают так, чтобы они находились над водой. Камеру закрывают и нагревают до 180°С. При этом давление в камере должно быть равным 10 кгс/см2. По окончании старения давление медленно и равномерно снижают в течение 5 мин, образцы вынимают и испытывают в течение 16—96 ч после соответствующей подготовки для определения физических свойств.
Испытания в печах или шкафах в условиях атмосферного давления проводят при температуре 70±1°С. В соответствии с условиями поставки, инструкциями по контролю качества и другими нормативами искусственное старение можно проводить при температурах 105±2°С, 120±2°С, 140±3°С, 160±3°С, 180±3°С, 200±3°С, 240±3°С.
Температура в барокамере должна составлять при старении в кислороде 70°С±2°С, в воздухе 120±2°С и в смеси воздуха с водяными парами 180±3°С.
Продолжительность испытаний зависит от типа резины и составляет при испытаниях при атмосферном давлении 7 сут (или кратная 7 сут), при испытаниях в барокамере 24 и 48 ч (или кратная 48 ч).
Относительную стойкость к старению оценивают в процентах по формуле
Z = O-A/O 100%.
Ускоренное старение резины при воздействии озона по нормам ДИН 53509. Испытания проводят для определения влияния озона как основного фактора, вызывающего при естественном старении образование трещин в резине в растянутом состоянии. На естественное старение влияют прежде всего концентрация озона в атмосфере и удлинения материала. Кроме того, на старение оказывают влияние температура, влажность воздуха, солнечные лучи и загрязненность воздуха, а также количество атмосферных осадков.
Во время испытаний стандартный образец подвергают определенному растяжению. На образование трещин очень влияют деформации растяжения, поэтому рекомендуется испытывать образцы при тех удлинениях, которые ожидаются в период эксплуатации конструкции. Кроме того, следует учитывать, что корреляция с практикой тем лучше, чем ниже концентрация озона.
При статических испытаниях отказываются от учета второстепенных факторов и производят испытания при постоянных концентрации озона, удлинениях, температуре и влажности воздуха. Статические испытания по нормам ДИН 53509 проводят в том случае, если при эксплуатации ожидаются только статические воздействия. При динамических воздействиях в период эксплуатации выполняют динамические испытания. Контроль за концентрацией озона осуществляется в соответствии со специальными нормами.
Данные нормы касаются статических испытаний на старение. Образцы следует изготовлять по нормам ДИН 53502 или из готовых изделий. Стандартные образцы должны иметь следующие размеры: диски — толщину 6±0,3 мм, длину стороны (квадратные) или диаметр 60±3 мм; полосы — толщину 2±0,1 мм, ширину 25±0,5 мм и длину 150 мм. Для испытаний целесообразнее применять образцы из готовых изделий.
При испытаниях используют минимум три образца. Одновременно с ним следует испытывать образец с известной озоностойкостью для сравнения результатов. Образцы устанавливают в зажимное приспособление не ранее чем через 72 ч после вулканизации и в течение последующих 72 ч хранят при комнатной температуре, защищая от воздействия прямых солнечных лучей. Затем начинают испытания. Изменение свойств испытуемых образцов рекомендуется сравнивать с изменением свойств сравнительного образца с известным составом резины.
Зажимное приспособление для испытаний должно быть изготовлено из материала, например алюминия, не поглощающего озон и не реагирующего с ним. Дискообразные образцы получают в зажимном приспособлении (рис. 5.39) максимальные удлинения (около 20%). Для полосовых образцов используют болтовые зажимы, в которых образцы удлиняются на 20±2%. Свободная длина образца в этом зажиме составляет 100 мм. Для готовых элементов применяют специально конструируемые зажимные приспособления.
Внутренние стенки испытательной камеры не должны поглощать озон и реагировать с ним. Для этого можно применять, например, алюминий. Отношение свободного объема камеры (в кубических сантиметрах) к поверхности образцов (в квадратных сантиметрах) должно составлять минимум 10:1. Свободным объемом испытательной камеры считают ее объем за вычетом объема зажимных приспособлений и образцов.
Воздух в испытательной камере должен обмениваться 3—4 раза в минуту. При этом поток нового воздуха должен омывать всю камеру, а скорость его у поверхности образцов должна составлять 60 см/с. Во время испытаний необходимо обеспечить в камере температуру 25±2°С и относительную влажность воздуха 55±5%.
В камере предусматривается смотровые стекла для наблюдения за образцами без открывания камеры (прерывания озонирования). Следует защищать образцы от воздействия прямых солнечных лучей и ультрафиолетового излучения.
Озон получают с помощью ультрафиолетовых ламп или электрических разрядов вне испытательной камеры, или по крайней мере так, чтобы ультрафиолетовый свет не падал на образцы. Обновление воздуха озоном должно обеспечить необходимую концентрацию его в испытательной камере, которая принимается равном 50±10 pphm. (Ipphm = 10в...8 = 1 ч озона на 10в8 ч воздуха по объему).
Концентрацию озона в камере необходимо поддерживать в установленных пределах с учетом допускаемых отклонений. Для этого обязателен соответствующий контроль.
Испытательную камеру вводят в действие до загружения образцами, доводя концентрацию озона и температуру до требуемых параметров. После загружения в нее приспособлений с зажатыми образцами необходимо в течение последующих 30 мин обеспечить требуемые условия испытаний. По возможности следует оценивать состояние образцов через смотровые стекла, чтобы избежать прерывания испытаний, или минимально ограничивать перерывы. В случае прерывания озонирования результаты испытаний изменились бы вследствие влияния релаксации.
Трещинообразование в образцах оценивают после 6, 24 и 48 ч. Подсчет количества и измерение трещин требуют много времени, поэтому результаты испытаний оценивают визуально степенью трещинообразования — от нулевой до третьей. При этом образцы остаются в зажимных приспособлениях. Нулевая степень трещинообразования характеризуется отсутствием трещин, первая — узкими поверхностными трещинами, вторая — умеренно широкими и умеренно глубокими трещинами, отчетливо видимыми; третья — широкими и глубокими трещинами. При этом следует оценивать ширину и глубину трещин, но не длину. При оценке дисков и полос трещины на кромках не принимают во внимание. Глубокие трещины делают резину непригодной для практического использования, в то время как поверхностные трещины в общем только ограничивают ее работоспособность.
Известно, что после более или менее длительной эксплуатации на поверхности резины появляются трещины, на образование которых в основном влияет концентрация озона в окружающем воздухе. Кроме того, трещинообразование зависит от второстепенных факторов, на степень воздействия которых влияют условия местности и время года (температура, солнечное излучение, влажность, атмосферные осадки).
Учитывая невозможность имитации всех естественных воздействий, при испытаниях усиливают основные факторы, оставляя другие постоянными. Так, концентрацию озона доводят до 50*10в-8 против обычной концентрации озона в воздухе менее 10*10в-8 и деформации растяжения до 20%, которые для большинства видов резины являются критическими. Дальнейшее повышение концентрации озона при испытаниях нецелесообразно, так как при этом не будет необходимой корреляции по отношению к естественным условиям с концентрацией озона менее 10*10в-8.
При разработке настоящих норм учитывали американские нормы АСТМ Д1149—60Т и нормативы международного ведомства по стандартизации.
Определение остаточных деформаций сжатия при комнатной и более высокой температурах по нормам ДИН 53517. Испытания эластомеров по нормам ДИН 53517 проводят для определения влияния продолжительных постоянных деформаций сжатия при комнатной и более высокой температурах. С помощью этих испытаний можно оценивать вязкоупругие свойства уплотнений и покрытий, амортизаторов всех типов. Кроме того, эти испытания можно использовать для оценки степени вулканизации. Нормы непригодны для определения влияния продолжительных переменных нагрузок.
Для испытаний берут два типа стандартных образцов с различными размерами. При использовании различных образцов следует ожидать несопоставимых результатов. Если нет особых указаний, то должны применять стандартный образец A.
Стандартный образец А представляет собой цилиндрический диск диаметром 13±0,5 мм и высотой 6,3±0,3 мм, который вулканизируют в форме или вырезают из готового материала. Стандартный образец В имеет диаметр 29±0,5 мм и высоту 12,5±0,5 мм, его вулканизируют в форме или вырезают из готового материала.
Образцы также можно вырезать из готовых изделий или испытывать эти изделия целиком, принимая во внимание, что направление загружения при испытаниях и при эксплуатации изделий должно быть одинаковым. Испытывать необходимо минимум три образца.
Испытания следует начинать не ранее чем через 16 ч (в особых случаях не ранее чем через 72 ч) после вулканизации. По крайней мере в течение последних 3 ч образцы должны хранить при температуре 23±2°С. Высоту образцов следует измерять с точностью до 0,01 мм, усилия необходимо определять с точностью до 0,5± ±0,05 Н.
Приспособление для создания постоянных деформаций (рис. 5.40) состоит минимум из двух полированных коррозиестойких стальных плит, между которыми зажимают образцы. Стальные плиты с помощью прокладок устанавливают так, чтобы между ними был заданный зазор h1. При твердости эластомера до 80 по; Шору-А высота прокладок составляет: при применении образцов А — 4,72±0,01 мм и при применении образцов В — 9,38±0,01 мм. Для образцов твердостью более 80 по Шору-А использование таких прокладок, позволяющих создать деформации, равные примерно 25% высоты образцов, не всегда возможно. Поэтому для более жестких образцов используют более высокие прокладки.
Перед испытаниями измеряют высоту образца h0 при температуре 23±2°С с точностью 0,01 мм. Образцы укладывают на стальные плиты приспособления и сжимают до высоты h1. Если необходимо уменьшить трение по опорным поверхностям, то эти поверхности посыпают тальком или обрабатывают жидкой смазкой, например силиконовым маслом, которая не действует на эластомер. Результаты испытания таких образцов отличаются от результатов испытания образцов без применения смазки.
После необходимой выдержки образцов под нагрузкой их по возможности быстро и одновременно разгружают, укладывают на основание из материала с небольшой теплопроводностью и выдерживают в течение 30±3 мин при 23±2°С. Затем измеряют h2.
Испытания проводят при 23±2°С в течение 72 (-2) ч или при 70±2°С в течение 24 (-2) ч. Если необходимо определить влияние температуры, то образцы испытывают в течение 24 (-2) ч при температурах 85+2°С, 100±2°С, 125±2°С, 150±2°С.
Результаты испытаний оценивают по следующей формуле:
где DV — остаточные деформации сжатия.
Определение остаточных деформаций сжатия при низких температурах по нормам ДИН 53517. Для испытаний при низких температурах используют такие же приспособления и образцы, что и при испытаниях при комнатной и более высокой температурах. Количество испытываемых образцов — минимум три. Испытания проводят не ранее чем через 16 ч после вулканизации, причем последние 3 ч образцы выдерживают при температуре 23±2°С.
Допускаемые отклонения температуры в морозильной камере составляют ±1°С. Разгружение образцов и последующее измерение их высоты производят при температуре испытаний. После снятия нагрузки образцы выдерживают в морозильной камере 30±3 мин, затем измеряют высоту h2.
Испытания проводят в течение 24 (-2) ч при следующих температурах: 0°C, -10°C, -25°С, -40°С, -55°С (допускаемые отклонения ±1°С).
Остаточные деформации сжатия определяют по формуле
- Химические свойства хлоропренового каучука
- Огнестойкость, водопоглащение, термические, электрические и динамические свойства материалов для резиновых опорных частей
- Трение сцепления резиновых опорных частей
- Ползучесть и релаксация резиновых опорных частей
- Модуль упругости резиновых опорных частей
- Касательные напряжения для резиновых опорных частей
- Модуль сдвига резиноэластичного материала
- Эластичность резины
- Общие сведения о свойствах материалов для резиновых опорных частей
- Катковые поперечно-подвижные и направляющие опорные части