ЗМІСТ
Вступ
1. Визначення релаксаційниххарактеристик гум
1.1. Визначення характеристик хімічної іфізичної релаксації напруження у гумах
1.2. Визначення дискретних спектрівтривалості релаксації за тривалістю спостереження
2. Визначення якості приготуваннягумових сумішей
2.1. Визначення ступеню диспергування технічноговуглецю у гумових сумішах
2.2. Визначення рівномірності змішуванняза кільцевим модулем гумових сумішей
3. Порівняльна характеристикаконтролю пластичних мас та еластомерів
3.1. Порівняння методіввизначення механічних властивостей пластичних мас та еластомерів
3.2. Порівнянняпластоеластичних властивостей пластмас та еластомерів
Література
Вступ
Тема реферату з дисципліни «Контроль якості полімерних матеріалів» — «Визначеннярелаксаційних характеристик гум. Визначення якості приготування гумовихсумішей. Порівняльна характеристика контролю пластичних мас та еластомерів».
Дисципліна «Контрольякості полімерних матеріалів» дає знання про те, якими методами оцінюють якістьматеріалів, з яких виготовляють полімерні вироби. Властивості полімерних матеріаліввизначають і якість виробів і терміни їх експлуатації. Дисципліна знайомитьстудента з методами контролю якості пластмас і еластомерів, принципами і суттюцих методів, особливостями контролю того чи іншого матеріалу, а також зрозрахунками кількісних показників якості. Матеріал дисципліни базується навивченні студентами хімії і фізики полімерів, прикладної механіки. Післявивчення цієї дисципліни студент повинен знати основні методи контролю якостіполімерних матеріалів; принципи, що закладено до визначення властивостейполімерних матеріалів за цими методами; особливості полімерних матеріалів, якітреба ураховувати за контролю їхньої якості; умови здійснення того чи іншогометоду контролю; значення конкретної кількості зразків, необхідної для визначеннявластивостей полімерних матеріалів за тим чи іншим методом випробування;зв’язок властивостей полімерного матеріалу та виробу, для виготовлення якогоцей матеріал застосовується. Студент повинен вміти, мати навички запропонуватинеобхідний метод для визначення потрібних для даного випадку властивостейполімерного матеріалу; відрізняти методи визначення властивостей пластичних масі еластомерів; забезпечити умови здійснення методу для визначення необхіднихвластивостей; виконати розрахунки достовірних значень необхідної властивостіконкретного матеріалу; відбракувати зразки, що не можуть бути ураховані урозрахунках кількісної характеристики того чи іншого показника.
1.Визначення релаксаційниххарактеристик гум
1.1Визначення характеристик хімічної іфізичної релаксації напруження у гумах
гумовасуміш пластична маса еластомер
Під релаксаційнимивластивостями гум розуміють залежність механічних властивостей гуми відтривалості або швидкості навантаження. Розрізняють два види релаксаційнихпроцесів: релаксація напруження та релаксація деформації. Релаксація напруження– це процес встановлення рівноваги між напруженням та деформацією, якийхарактеризується зменшенням напруження та постійним значення деформаціїпротягом випробування. Процес зменшення деформації під дією постійногонавантаження називається релаксацією деформації або повзучістю. Релаксаційніпроцеси можна спостерігати лише тоді, коли їх швидкість можна порівняти зшвидкістю механічного навантаження. За підвищення температури релаксація прискорюється,за зниження – уповільнюється. За швидкістю перебігу структурних змін процес релаксаціїнаповнених гум умовно можна розділити на три стадії: фізична релаксація зтривалістю перегрупування структурних елементів 10-4 – 104с, релаксація наповнених технічним вуглецем структур з тривалістю релаксації 105–106с, релаксація поперекових зв’язків і ланцюгів з тривалістю 107–109с (хімічна релаксація). Час, що необхідний для здійснення перегрупувань, тимбільший, чим більша енергія взаємодії та чим менша інтенсивність тепловогоруху, тобто чим менша температура. Звичайно в умовах експлуатації гумовихвиробів або випробувань гум за достатньо тривалої дії навантаження перебігаютьвсі ці процеси. Але в певних умовах можна виділити той чи інший переважний видрелаксації. Звичайно розрізняють фізичну та хімічну релаксацію. Фізичнарелаксація перебігає переважно за відносно малої тривалості дії, невисокоїтемператури та бажано в умовах інертних середовищ. Хімічна релаксація перебігаєпереважно за тривалої дії навантаження, підвищених температур (вище за 100ºС) та в активних середовищах. Визначення характеристик фізичної тахімічної релаксації проводиться одночасно та вміщує визначення залежностінапруження від тривалості знаходження зразка в деформованому стані на приладірелаксометрі. За визначення фізичної релаксації випробування здійснюють затемператури 23±2 ºС. Тривалість дії механічного напруження повинна бутидостатньою для досягнення рівноважного стану (не менше за 3 години). Захімічної релаксації попередньо створити умови, достатні для перебігудеструктивних процесів. Тривалість випробування може складати до 20 годин. Запрямолінійною ділянкою залежності напруження – деформація визначають швидкістьрелаксації.
1.2.Визначеннядискретних спектрів тривалості релаксації за тривалістю спостереження
Визначення дискретнихспектрів тривалості релаксації за великої тривалості спостереження проводять нарозривній машині. Випробуванню підлягають кільцеві зразки з внутрішнімдіаметром 44,6±0,2 мм та зовнішнім 52,6±0,2 мм. Товщина зразків повиннаскладати від 4 до 6 мм. Зразки вирубають з вулканізованих платин певної товщини спеціальними циліндричними штанцевими ножами. Припускаєтьсявиготовлення зразків а прес-формах. Кількість зразків – не менше 2.Підготований зразок надівають на ролики розривної машини та розтягують його на100 або 200 % за швидкості пересування нижнього затиску 300 мм за хвилину. Фіксують максимальнінавантаження та подовження. Протягом випробування здійснюється безперервнийавтоматичний запис кривої релаксації напруження.
2.Визначенняякості приготування гумових сумішей
2.1.Визначенняступеню диспергування технічного вуглецю у гумових сумішах
Більшість гумовихсумішей вміщують достатньо велику кількість технічного вуглецю, який є активнимнаповнювачем. Якість гумових сумішей значно залежить від рівномірностірозподілу наповнювача в суміші. Погане розмішування веде до неоднорідноїструктури, появи дефектів, напружених місць та передчасного руйнування виробу.Метод визначення ступеню диспергування технічного вуглецю ґрунтується навимірюванні діаметрів агломератів технічного вуглецю, визначенні середньоївеличини розміру частинок та відношенні площини агломератів до площини зразка.Діаметр агломератів вимірюють окулярмікрометром, а площину ділянки, щорозглядається, — мікрометричною сіткою. Досліджують звичайно 25–30 полівзразка, для приготування яких необхідно зробити 30–50 серій зрізів. З кожноїсерії вибирають одно або два поля, де агломерати мають найбільший діаметр.
Ступінь диспергуваннятехнічного вуглецю розраховують за формулою:
/>, %,
де А –площина, що зайнята агломератами технічного вуглецю, які не дисперговані вгумовій суміші; розраховується за а формулою:
/>,
де ni–кількість агломератів, що недисперговані;
di– діаметр i-того агломерату недиспергованоготехнічного вуглецю даного розміру;
S– площина поляспостереження;
k – середня об’ємна фракція технічного вуглецю вагломератах; приймається k ≈0,4);
f1 та f2 – емпіричні коефіцієнти, якіураховують збільшення поверхні з рахунок набухання та розплющування каучуковоїматриці агломератів технічного вуглецю (f1 = 4; f2 = 2);
α – об’ємненаповнення суміші технічним вуглецем (α = 0,18).
2.2Визначення рівномірності змішуванняза кільцевим модулем гумових сумішей
Кільцевий модуль характеризує розтяжність(податливість) гумового зразка. Даним показником оцінюють ступінь жорсткостіпри міжопераційному експрес-контролі рівномірності змішування гумових сумішей.Випробування вміщує розтягування вулканізованого зразка під дією певного вантажуна приладах стандартної конструкції (рис. 1).
/>Рис. 1. Прилад для визначення кільцевого модулю гум
1 – вісь; 2 –стійка; 3 –аретир;4,5 – виступи; 6 – утримувач; 7- шкала;
8 – підвіски; 9 – вантаж; 10–важіль.
Зразками длявипробування є кільця товщиною 4±0,1 мм з зовнішнім діаметром 18±0,2 мм тавнутрішнім діаметром 10±0,2 мм. Зразки вулканізують в спеціальних прес-формах,після чого охолоджують проточною водою з температурою 18–20 ºС не менше 10хвилин.
Зразок надівають назімкнуті циліндричні виступи таким чином, щоб він щільно приліг до утримувача.На зразок дають навантаження розтягу та утримують його в розтягнутому станіпротягом 3 с, після чого відзначають модулю за шкалою приладу.
За кільцевиммодулем можна визначати якість та ступінь вулканізації. Для цього треба знатинормативні показники для даної гуми і шляхом порівняння нормативних таекспериментально знайдених значень кільцевого модулю можна дати оцінку процесувулканізації.
3.Порівняльнахарактеристика контролю пластичних мас та еластомерів
3.1Порівнянняметодів визначення механічних властивостей пластичних мас та еластомерів.
Полімерні матеріали для виготовлення виробіввміщують пластики та гуми, які, в свою чергу, готуються з полімерних композиційта формуються у вироби різними методами. Механічні властивості виробіввизначаються хімічною будовою полімеру та складом полімерної композиції. Якщопластмас можуть перероблюватись в вироби і без подальшого зшивання в тримірну сітку(термопласти), то гума завжди є тільки тримірним матеріалом, хоча і з невеликимступенем зшивання. Тому механічні властивості пластиків та еластомеріввідрізняється не тільки між цими двома класами, але і в межах одного і того жкласу. Методи визначення механічних властивостей за своїми засадами тапринципом дії майже однакові, але є великі розбіжності через різне відношеннядо деформації. Це залежить від кількох факторів: фізичного стану, в якомузнаходяться той чи інший полімер, наявності чи відсутності хімічної сітки міжланцюгами, наявності пластифікаторів та інших модифікаторів тощо. Пластмасиексплуатуються в склоподібному стані, для якого характерні вимушені еластичнідеформації, які є невеликими і призводять до холодної текучості за розтягу.Навіть за високої гнучкості ланцюгів полярна або регулярна будова пластиківзумовлює дуже високу міжмолекулярну взаємодію та низьку деформацію пластмас.Еластомери експлуатуються у власно високоеластичному стані і мають подовженняза розтягу, яке перевищує декілька сотень відсотків. Крім того, відмінністюеластомерів є постійний об’єм за деформування, що і визначає високі ущільнюючівластивості гуми. Тому відмінності таких властивостей ведуть до того, щоприлади, придатні для контролю пластиків, не можна використовувати для контролюеластомерів і навпаки.
3.2Порівнянняпластоеластичних властивостей пластмас та еластомерів
Пластмаси та еластомери відносяться до одногокласу речовин – високомолекулярних речовин з ланками, які повторюються вмакромолекулярному ланцюзі, тобто полімерів. При цьому є багато розбіжностей вїх властивостей, які зумовлені хімічною будовою їх ланцюгів. Еластомерипобудовані з ланцюгів неполярної природи і тому характеризуються малоюміжмолекулярною взаємодією між ланцюгами. Обертання навкруги одинарних зв’язківкарбонового ланцюга відбувається легко, тому макромолекули легко змінюють своюконформацію та виявляють велику гнучкість Така висока гнучкість ще підсилюєтьсянаявністю в більшості еластомерів подвійного зв’язку, який зміщує до себеелектронну густину та полегшує обертання ланцюга. Такі відмінностівідокремлюють еластомери від пластиків. Для останніх не існує поняттяпластоеластичних властивостей, бо вони не відновлюють своїх розмірів та формипісля зняття навантаження. Пластичність пластмас реалізується за підвищенихтемператур, коли відбувається перехід з склоподібного стану довисокоеластичного, і матеріал пом’якшується. Ця пластичність не є характерною ішвидко зникає за зниження температури до кімнатної, бо стан, в якомуексплуатуються пластики, є склоподібним. Цей стан характеризується відсутністюрухомості макромолекул, в ньому можуть тільки відбуватись коливання атомівнавкруги центрів тяжіння. В еластомерах власної енергії достатньо для того, щобпостійно відбувались рухи атомів, ланок та ланцюгів в цілому. Томупластоеластичні властивості є такими, що притаманні тільки еластомерам івизначають їх унікальність серед усіх речовин, які існують.
Література
1. Механические свойства полимеров иполимерных композиций. –М.: Химия, 1978. – 319 с.
2. Григорьев А.П., Федотова О.Я.Лабораторный практикум по технологии пластических масс. – М.: Высшая школа,1977. — 264 с.
3. Берштейн Л.А. Лабораторныйпрактикум по технологии резины. — Л.: Химия, 1989. — 248 с.
4. Федюкин Д.Л., Махлис Ф.А.Технические и технологические свойства резины.- М.: Химия, 1985. — 240 с.
5. Захаров Н.Д. Лабораторныйпрактикум по технологии резины. — М.: Химия, 1988. — с. 180-181.