ЗМІСТ
Вступ
1. Загальні засади контролю якостіеластомерів
1.1 Загальні засади контролю якості еластомерів,особливості, чинники, різновиди
1.2 Загальні вимоги до фізико-механічних випробуваньгум
2. Пружно-міцнісні властивості гум
2.1 Контроль пружно-міцнісних властивостейеластомерів, загальні засади
2.2 Визначення пружно-міцносних властивостей гум зарозтягу
2.3 Визначення умовно-рівноважного модуля гум
Література
Вступ
Дисципліна “Контрольякості полімерних матеріалів” дає знання про те, якими методами оцінюють якістьматеріалів, з яких виготовляють полімерні вироби. Властивості полімернихматеріалів визначають і якість виробів і терміни їх експлуатації. Дисципліназнайомить 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 хімії і фізики полімерів, прикладної механіки.
Полімернимиматеріалами можуть бути пластики, на основі яких виготовляють пластмасовівироби, або каучуки, які є основою виробів з еластомерів, тобто гумовихвиробів. Піддаються контролю також полімерні композиції, тобто суміші пластиківабо каучуків з різними добавками, які забезпечують модифікацію властивостейполімерів та виробів з них. Пластмаси та каучуки мають спільну полімернуприроду, бо є високомолекулярними сполуками, що визначає особливості їхповедінки в процесах переробки та експлуатації (перехід у в’язкотекучий стан,висока в’язкість розплавів, склування та кристалізація, релаксація, гістерезіста ін.). Але при цьому вони розрізняються за температурами фазових та фізичнихпереходів, молекулярною масою, гнучкістю полімерних ланцюгів, поведінкою зарозтягу та ін.). Тому оцінку якості цих полімерних матеріалів необхіднопроводити лише за затвердженими методиками, на спеціальних приладах та за умов,передбачених технічними умовами на конкретний полімерний матеріал.
1.Загальні засади контролю якості еластомерів
еластомер різновид гума властивість
1.1Загальні засади контролю якості еластомерів, особливості, чинники, різновиди
Еластомерискладають великий клас полімерних матеріалів, до якого відносять лінійнікаучуки та рідкозшиті гуми. Їхньою особливою властивістю є здатність до великихоборотних деформацій, тобто еластичність. Гума є дуже складнимбагатокомпонентним матеріалом з міцною просторовою сіткою, що відрізняється завластивостями і від твердих пружних тіл і від в’язких рідин, хоча і має ознакиі тих і інших. Тому для випуску стандартної гумової продукції необхіднозастосовувати лише якісні вихідні матеріали та суворо дотримуватись стандартнихметодик контролю. Специфічні властивості гуми та великий спектр умов їїпрактичного застосування потребують особливого контролю якості як вихіднихкаучуків, так і гумових сумішей та вулканізатів. Під дією різних механічних танемеханічних факторів за експлуатації властивості гуми суттєво змінюються,навіть за короткочасної дії таких факторів. Гумові вироби можутьексплуатуватись за статичних або динамічних умов, за високих або низькихтемператур, в середовищах повітря, кисню, озону, агресивних рідин та ін. Томувироби повинні мати властивості, які дозволяють виконувати їх своїфункціональне призначення. Через свою неоднорідність гумові вироби маютьвеликий розкид показників, що потребує набагато більшої кількості зразків длявипробувань. Порівняти показники різних гум можна тільки за використанняоднакових стандартизованих методів контролю.
Контроль якостігумових виробів здійснюють трьома способами:
1) визначенняфізико-механічних показників (ФМП) зразків, що вирізано з виробу абовиготовлено з тої ж самої гумової суміші, що і виріб;
2) лабораторнівипробування гумових виробів універсальних або специфічних машинах (стендах);3) експлуатаційні випробування готових виробів.
1.2Загальні вимоги до фізико-механічних випробувань гум
Фізико-механічні випробування класифікуютьсяза характером навантажень та за призначенням і можуть проводитись в статичнихабо динамічних умовах. Вони є основним засобом оцінки якості сировини, напівфабрикатівта готових виробів. Такі випробування повинні мати достатню чуттєвість,проводитись швидко та за умов, що максимально наближені до експлуатаційних.Випробування повинні проводитись тільки на стандартних приладах з застосуваннямстандартних зразків. Необхідно суворо дотримуватись ходу випробування, якийвказано в стандарті, особливо звертаючи увагу на виготовлення зразків,швидкість навантаження, тривалість витримки та „відпочинку” зразків. Требапідтримувати температуру та вологість повітря, що вказані в стандарті на певнийвид випробування. Зразки для кожного окремого виду випробуванняфізико-механічних властивостей гум мають різну форму та розміри. Випробуваннюможуть підлягати зразки як в сирому вигляді, так і в вулканізованому.
2.Пружно-міцнісні властивостігум
2.1Контроль пружно-міцнісних властивостей еластомерів, загальні засади
Міцністьбудь-якого матеріалу означає його опір напруженню, що прикладається зовні. Вонадорівнює:
/>,
де σр– руйнівне напруження, Па;
Р – сила, яка руйнує зразок чивиріб, Н;
S– площина поперекового перетинузразка або виробу, м2.
На відміну відміцності традиційних матеріалів міцність гум має специфічні особливості. Вонавизначається величинами енергії зв’язку між елементами структурної сітки. Однакреальна міцність набагато менша за теоретичну, що розрахована за сумарноюенергією зв’язків, що перешкоджає розриву структурної сітки. Це є наслідкомтого, що навіть в гумі високої якості завжди є мікродефекти, зумовленінеоднорідністю структури. За дії розтягуючого напруження ділянки з зовнішнімидефектами стають перенапруженими. В них з’являються осередки руйнування, які поступово розростаються та ведуть доповного руйнування зразка. Таким чином, для гуми найбільш небезпечними єрозтягуючі напруження, тому визначення міцності проводиться за розтягу. Прицьому до зразка докладається сила, яка розтягує його до руйнування. Знаючивеличину цієї сили та площину поперекового перетину зразка, можна розрахуватинапруження, що руйнує зразок. Якщо при цьому виміряти довжину зразка в моментрозриву, можна розрахувати відносне подовження, яке характеризує здатність гумидо розтягу, тобто пружність.
Випробування гумна міцність можна розділити на такі види:
1) визначеннямежі міцності гум з розривом;
2) визначеннявідносного подовження за розриву;
3) випробуванняна роздирання.
2.2Визначення пружно-міцносних властивостей гум за розтягу
Найбільшнебезпечними для гумових виробів є напруження розтягу. Тому звичайнопружно-міцнісні властивості визначають за розтягу. Для цього певним чиномготують зразки зазначеної форми та розмірів, розтягують їх з певною швидкістюта визначають руйнівну силу. Порядок визначення суворо стандартизований, бочерез специфічні особливості гуми та її неоднорідність можна одержатинекоректні результати. Зразки виготовляють з гумової суміші того складу, що ї йгумовий виріб, та за тих самих умов технологічного процесу. Зразки мають формудвобічних лопаток ( рис. 1), щоб добре закріпити між захватами розривноїмашини. Робочою частиною зразка є тонка прямокутна ділянка певної товщини тависоти, на яку діє сила, що розтягує зразок.
/>Рис. 1.Форма стандартних зразків
Передвипробуванням вимірюють ширину та довжину робочої частини кожного зразка зточністю до 0,01 мм, що потрібно для розрахунку площини поперекового перетину.Для визначення обов’язково беруть збільшену кількість зразків та вимірюютьрозміри кожного з них. В стандарті дається кількість зразків, що підлягаєвипробуванню, що требі суворо виконувати. Кожний зразок окремо розтягують нарозривній машині і вимірюють силу, яка руйнує зразок. Розривна машинавпорядкована спеціальною лінійкою та пристроєм, що рухається разом з зразком тазупиняється в момент його розриву. Таким чином, одночасно вимірюють і міцністьзразка, і його відносне подовження, тобто і міцнісні і пружні властивості.
За випробуваннязразків вимірюють такі величини:
4) навантаження(сила), що викликає задане подовження;
5) навантаження(сила), що викликає розрив зразка;
6) подовженнязразка, за якого відбувається розрив.
Розрізняють умовніта істинні показники. На практиці використовують умовні значення, які віднесенідо початковогоперетину зразка.
Умовна міцність за розтягу зразка в формілопаток розраховується за формулою:
еластомергума пружний розтяг
/>, МПа,
де Рр– сила, що викликає розрив зразка;
h – середнє значенняпочаткової товщини зразка;
b – початкова ширина зразка.
Часто визначаютьнапруження при заданих подовженнях (200 %, 300 %, 500 % та т.д.).
Умовне напруженняпри заданомуподовженні зразків (лопаток) розраховують за формулою:
/>, МПа,
де Рр– сила, що викликає задане подовження зразка;
h – середнє значенняпочаткової товщини зразка;
b – початкова ширина зразка.
Відноснеподовженнязразків (лопаток) в відсотках визначають за формулою:
/>,
де lр – довжина робочої ділянкизразка в момент розриву;
l– початкова довжина робочої ділянки.
Як додатковимихарактеристиками рекомендовано користуватись величинами істинного напруження зазаданого подовження та заданої міцності.
Істинненапруження за заданогоподовження зразків (лопаток) розраховують за формулою:
/>, МПа,
де fε– умовне напруження за заданогоподовження;
εε– задане подовження, %.
Істинна міцність визначається за формулою:
/>, МПа,
де fр – умовна міцність;
εр– відноснеподовження в момент розриву, %.
Для випробуваньберуть 5-6 зразків, для яких за результат приймається середньоарифметичне.
Слід пам’ятати,що істинні значення напруження за заданого подовження та істинна міцністьзавжди мають значення, які більші за умовні показники, бо площа поперековогоперетину за розтягу весь час зменшується.
2.3Визначення умовно-рівноважного модуля гум
Гума є полімернимматеріалом, що в звичайних умовах не підкоряється закону Гука, тобто немає прямолінійної залежності між напруженням та відносною деформацією. Модуль Ев рівнянні закону Гука σ = Е·ε є коефіцієнтом пропорційності.Рівноважний стан, коли така залежність виконується, потребує дуже малоїшвидкості деформування і дуже великої тривалості випробування, чого не можнадосягти за промислових умов. Тому модуль Е визначають в наближених дорівноважних умовах і вважають його умовно-рівноважним. Тоді як відноснадеформація гуми завдяки її унікальній властивості – еластичності — можедосягати кількох сотень відсотків, визначення умовно-рівноважного модуляпроводиться за деформацій 50 – 100 % (залежно від типу каучуку). Визначенняпроводять на спеціальному приладі, який дозволяє розтягувати зразки тавимірювати силу, що розтягує. Зразки мають вигляд смужок довжиною 70±5 мм та ширину 5±0, 5 мм. Зразки вирубають з вулканізованих платин товщиною 1±0,2 мм або 2±0,1 мм. Для визначення беруть не менше 3 зразків і вимірюють товщину кожного з них втрьох точках, беручи середнє значення з трьох вимірювань. Розрахунокумовно-рівноважного модуля здійснюють за формулою:
/>,
де Р –навантаження;
S – площина початкового перетину,
l– початкова довжина робочої ділянки;
l – довжина розтягнутого зразка.
Література
1. Берштейн Л.А. Лабораторныйпрактикум по технологии резины. — Л.: Химия, 1989. — с. 111-123.
2. Захаров Н.Д. Лабораторныйпрактикум по технологии резины. – М.: Химия, 1988. с. 9-30.
3. Федюкин Д.Л., Махлис Ф.А.Технические и технологические свойства резины. — М.: Химия, 1985. – с 41-64.