ЗМІСТ
Вступ
1. Визначення морозостійкості гум
1.1 Випробування гум за низькихтемператур
1.2 Визначення морозостійкості гум зарозтягу
1.3 Визначення морозостійкості гум заеластичного відновлення після стиску
2. Склування і крихкість гум та їхвизначення
2.1 Визначення температури склування гумтермомеханічним методом
2.2 Визначення температур склування йхарактеристик кристалізації за дилатометричним методом
2.3 Визначення температури крихкості гум
Література
Вступ
морозостійкйстьсклування крихкість гумовий
Тема реферату здисципліни «Контроль якості полімерних матеріалів»
«Визначенняморозостійкості гум. Склування і крихкість гум та їх визначення».
Дисципліна«Контроль якості полімерних матеріалів» дає знання про те, якими методамиоцінюють якість матеріалів, з яких виготовляють полімерні вироби. Властивостіполімерних матеріалів визначають і якість виробів і терміни їх експлуатації.Дисципліна знайомить з методами контролю якості пластмас і еластомерів,принципами і суттю цих методів, особливостями контролю того чи іншогоматеріалу, а також з розрахунками кількісних показників якості.
Матеріалдисципліни базується на вивченні хімії і фізики полімерів, прикладної механіки.
1.Визначенняморозостійкості гум
1.1Випробування гум за низькихтемператур
Багато гумовихвиробів (шини, конвеєрні стрічки, рукави, деталі машин та ін.) в процесіексплуатації піддаються дії знижених температур, за яких спостерігаєтьсяуповільнення їх деформації, збільшення жорсткості та перехід в твердий, а потімі у крихкий стан.
Опір вулканізатівдії низьких температур визначають методами, які ґрунтуються на вимірювання їхміцнісних та еластичних властивостей на розривних машинах з термокріокамерою, атакож жорсткості та швидкості відновлення на спеціальних приладах.
Морозостійкістьгум може характеризуватись кількома показниками, вимірювання яких здійснюєтьсяз застосуванням специфічних властивостей гуми:
a. температурасклування, яка визначається за вимірювання питомого об’єму зразка абовідновлення еластичних властивостей зразка після заморожування;
b. температура крихкості заданої динамічної деформації, а саме удару;
c. змінафізико-механічних показників зразків за знижених температур порівняно заналогічними показниками, які визначено за кімнатної температури: такимипоказниками можуть бути подовження за постійного навантаження, навантаження, щовикликають задане подовження, еластичність за відскоком, твердість, динамічнівластивості за ударних навантажень розтягу або стиску, відновлення після згинута крутіння та ін..
Більшістьхарактеристик дає порівняльну оцінку якості гум, бо умови їх визначення неповністю відповідають умовам роботи гуми за експлуатації.
Найбільшпоширеними є методи визначення крихкості гум за удару та коефіцієнта зростанняжорсткості на приладі для визначення морозостійкості.
Охолодженнязразків перед випробуванням здійснюється шляхом занурення їх в хладагент, якийзнаходиться у кріокамері, або витримкою їх у кріокамері з температурою, щорегулюється. Для визначення морозостійкості застосовується декілька різнихприладів.
На дилатометрівизначають питомий об’єм зразка за різних значень температур випробування,будують залежність зміни питомого об’єму від температури та за різким зламомкривої знаходять температуру структурного склування гуми.
На приладіМарея температурою склування вважається температура, за якої зразок, щознаходиться під постійним навантаженням стиску через пружину, післязаморожування в посудині з хладагентом та подальшого поступового нагрівання зпевною швидкістю, набуває здатність до еластичної деформації, яку вимірюють здопомогою мікрометра.
На вагахКаргіна з допомогою оптичного пристрою ряд значень деформації зразка, щовикликана певним навантаженням за зміни температури випробування на 2-4градуси. За результатами випробування будують криву залежності деформації відтемператури та за зламом кривої встановлюють температуру механічного склуваннязразка.
В приладі НИИРвимірюють зусилля, яке необхідне для вигину охолодженого зразка на певний кут(звичайно 45 º), будують криві в осях координат зміна зусилля –температура та за зламом кривих визначають температуру склування. Коефіцієнтморозостійкості при цьому розраховують як відношення зусилля, необхідного длявигину зразка на цей кут за кімнатної температури, до зусилля, що вигинаєзразок на той же кут за зниженої температури.
На інших приладахкоефіцієнт морозостійкості визначають за зміною фізико-механічних показниківпри статичних навантаженнях. Наприклад, температура крихкості визначається якнайбільша температура, за якої на поверхні зразка утворюються з заморожуваннятріщини або злам.
Вибір приладу таметоду визначення морозостійкості залежить від характеру деформації, який маєгумовий виріб за експлуатації.
1.2Визначення морозостійкості гум зарозтягу
Визначення морозостійкостігуми за розтягу ґрунтується на зміні еластичних властивостей гуми зазаморожування. Сутність методу полягає в розтягуванні зразка до заданих певнихзначень подовження під дією навантаження за кімнатної температури (23±2 ºС)та визначенні подовження зразка за того ж навантаження за низької температури.
Зразки маютьформу скорочених двобічних лопаток довжиною 50 мм. Їх вирубають штанцевим ножемз вулканізованих пластин товщиною 1±0, 2мм або 2±0,2 мм. Кількість зразків длявипробування не повинно бути менше 3. Спочатку їх кондиціонують та вимірюютьтовщину кожного в трьох точках, після чого обчислюють середнє арифметичнезначення. Потім на зразок-лопатку наносять штампом мітки робочої частини,довжина якої складає 25±0,5 мм. Навантаження зразка підбирають таким чином, щобвоно збільшувало довжину зразка на 100±5 % (до 25±2,5 мм) за 300±5 секунд.Охолодна суміш в кріостаті складається з етилового спирту та двооксиду карбону(сухого льоду).
Коефіцієнтморозостійкості за розтягу розраховують за формулою:
/>,
де l1 – подовження робочої частинизразка, яке викликано навантаженням Р за нормальної температури, мм;
l2– подовження робочої частини зразказа охолодження, яке викликано тим же навантаженням, мм.
Для визначеннякоефіцієнта збільшення жорсткості та залишкової деформації до зразка докладаютьнавантаження, яке викликає протягом 300±5 секунд таке ж подовження, що й за діїпочаткового навантаження в спирті за 23 ºС. Через зазначений час знімаютьнавантаження та записують його значення і показники шкали подовження приладу.
Коефіцієнтзбільшення жорсткості обчислюють за формулою:
/>,
де Р– навантаження, яке викликає подовження зразка за кімнатної температури;
Р1 – навантаження, яке викликаєтаке ж подовження охолодженого зразка.
Залишковадеформація за розтягу дорівнюватиме:
/>·100, %,
де l– довжина робочої частинизразка до випробування, мм;
l3 – довжина робочої частинизразка безпосередньо після видалення навантаження, яке розтягує, мм.
В наведеніформули підставляють середні значення, які добуто за випробування зразків.
Морозостійкістьтим вища, чим ближче значення коефіцієнтів морозостійкості та збільшенняжорсткості до одиниці. Найменша втрат еластичних властивостей гуми відповідає Км=1 та Квж= 1. ЦК відбувається, коли l2 = l та Р = Р1, тобто колиеластичність повністю зберігається.
Цей методвизначення морозостійкості не має достатньої точності, бо дуже важко досягтиточності вимірювання довжини зразка, швидкості підбору навантаження, крім того,необхідно розтягувати зразки за нормальної температури.
1.3Визначення морозостійкості гум заеластичного відновлення після стиску
Сутність методувизначення морозостійкості гуми за еластичним відновленнямпісля стиску полягає в визначенні здатності зразка, який стиснуто затемператури 23±2 ºС та витримано за низької температури, відновлювати занеї свою висоту після вивільнення від навантаження. Визначається змінапочаткової висоти зразка, який заморожено до заданої температури, за стиску тапісля відновлення. Температуру випробування вибирають з рекомендованого ряду:0; мінус 10, мінус 20, мінус 40, мінус 50, мінус 55, мінус 60 та мінус 70ºС. Визначення коефіцієнта відновлення форми проводять на спеціальномуприладі. Прилад охолоджується сумішшю етилового спирту з двооксидом вуглецю,співвідношення яких в суміші підбирається таким чином, щоб температура сумішібула б на 4 – 5 ºС нижче температури випробування. Зразки для визначеннякоефіцієнта відновлення форми мають форму циліндра висотою та діаметром 10±0,2мм. Перед випробуванням вимірюють висоту hкожного зразка з точністю до 0,01мм. Зразок затискують між площинками приладу і стискують до заданої висоти h1. Опускають зразок в посудинуз охолоджуючою рідиною і витримують протягом 5 хвилин, після чого зразоквиймають, втримують протягом 3 хвилин на повітрі і вимірюють його висоту h2. Коефіцієнт відновленняформи розраховують за формулою:
/>,
де h– початкова висота зразка;
h1– висота зразка після стиску;
h2 – висота зразка після відновлення.
Залежно віделастичних властивостей гуми після заморожування зразки частково або повністювідновлюють свою висоту. Теоретично, коли зразок повністю зберігаєеластичність, h2= h, і k1 = 1. Якщо зразок повністю втратив еластичність,h2 = h1, і k1 = 0.
Коефіцієнтвідновлення форми є комплексним показником. Він залежить від ступенюкристалізації, уповільнення релаксаційних процесів або склування.
2.Склування і крихкість гум та їхвизначення
2.1Визначення температури склування гумтермомеханічним методом
Гума та вироби знеї експлуатуються в високоеластичному стані, межами якого є температура склуваннята температура текучості. За температур, що значно нижчі за температурусклування, гума може руйнуватись як крихкий матеріал. Перехід у крихкий станспостерігається за температури крихкості Тхр, вище якої матеріалзнаходиться в стані вимушеної еластичності. Вимушена еластичність відрізняєтьсявід високо еластичності значенням відносної деформації і не може бутиприпущеною для експлуатаційних умов. Тому за визначення придатності гумовоговиробу для заданих низькотемпературних умов експлуатації визначають яктемператур крихкості, так і температуру склування. Температуру склуваннянайчастіше визначають термомеханічним методом, яку проводять на вагах Каргіна.Вони мають автоматичний підрахунок деформації та температури. Для випробуваннязастосовують зразки циліндричної форми діаметром 10 мм та висотою 10 мм. Занавантаження зразків та поступового нагрівання їх записується термомеханічна кривадеформація — температура, яка складається з трьох ділянок з різним нахилом доосі абсцис. Перша ділянка відповідає склоподібному фізичному стану, друга –високоеластичному, а третя – в’язкотекучому. На перехресті першої та другоїділянок визначають значення температури склування.
2.2Визначення температур склування йхарактеристик кристалізації за дилатометричним методом
Температурусклування можна вимірювати дилатометричним методом. Об'ємний дилатометр (рис. 1)складається з колби 3, у якупоміщають зразок, капілярної трубки 2, верхня частина якої має розширення 1, а нижня через шліф-пробку з'єднаназ колбою.З'єднання повинне бути герметичним. Об’єм колби становить 250 мл, діаметркапіляра 0,3 — 1,0 мм, довжина 0,5 — 0,7 мм.
/>
Рис.1. Об'ємний дилатометр
1 — розширена частина капілярної трубки; 2 — капілярна трубка; 3 — колба.
Кріостатзабезпечує зміну температури від мінус 20 до мінус 70 °С и збереження її протягомдосліду.
Зразкикаучуку, гумової суміші або гуми нарізають у вигляді шматочків 1 X 1 X 1 мм,зважують на аналітичних вагах і поміщають у колбу дилатометра. Зразки неповинні мати пор. Дилатометр заповнюють робочою рідиною (етиловим спиртом)одним із двох способів. За першого способу дилатометр вакуумують протягом 10-15хвилин за допомогою форвакуумного насоса, після чого під вакуумом уводятьробочу рідину. За другим способом колбу дилатометра зі зразком заповнюють докраїв робочою рідиною — підфарбованим етиловим спиртом. Капілярну трубкуобережно вставляють зверху, при цьому рідина піднімається по капіляру. Урозширену частину капіляра доливають спирт, після чого колбу дилатометрапоміщають у водяну баню й нагрівають доти, поки рідина в капілярі не з'єднається.Перед початком досліду заповнений дилатометр прогрівають протягом 30 хвилин притемпературі плавлення кристалів (50-70 °С).
Завизначення температури структурного склування заповнені дилатометри поміщають укріостат, у якому встановлена температура на 5-10 град. нижче температуриструктурного склування, знайденої по довіднику. Зразок витримують візотермічних умовах протягом 60 хвилин. Зміна температури не повиннеперевищувати ± 1°. Вимірюють рівень робочої рідини в капілярі /> та починають підвищуватитемпературу в камері зі швидкістю 1 град/хвилину. Вимірюють рівень робочоїрідини в капілярі через певні проміжки часу />.
Завизначення характеристик кристалізації заповнені дилатометри поміщають укріостат, у якому встановлена задана температура. Протягом 5 хвилин дилатометризі зразками термостатують і потім вимірюють початковий рівень робочої рідини вкапілярі. Кристалізацію проводять в ізотермічних умовах, зміна температури неповинне перевищувати ± 1°С, що забезпечується автоматичним регулюванням подачіохолодного агента.
Протягомкристалізації через певні інтервали часу (спочатку через 5 хвилин, а наприкінцікристалізації через 20-30 хвилин) заміряють рівень рідини в капілярі.
Завизначення температури склування зміну об’єму зразка /> в інтервалітемператур /> обчислюють по формулі:
/>,
де /> - діаметр капіляра, м;
/> - зміна рівня рідини, рівне />, м.
Напідставі отриманих експериментальних даних будують графік залежності />від /> і по крапці перегинувизначають температуру структурного склування (рис. 2).
Показники процесукристалізації визначають на основі залежності відносного об’єму полімеру /> від тривалостікристалізації /> (рис. 2). Значення/> розраховують по формулі:
/> %.
де /> - діаметр капіляра;
/> - щільність зразка при кімнатнійтемпературі;
/> - зміна висоти стовпа рідини вкапілярах;
/> - маса зразка;
/> - температурний коефіцієнтоб'ємного розширення зразка;
/> і /> - температура при нормальнихумовах, і температура досліду.
Зазнайденим значенням будують графік залежності /> відt (див. рис. 2, б). На графіку виявляються три періоди: I — індукційний (/> ), що характеризуєтьсянезначною зміною об’єму й відповідає утворенню центрів кристалізації, II — період власно кристалізації,що супроводжується зміною об’єму при формуванні кристалічної структури, III — кінцевий або післякристалізаційний,що полягає в упорядкуванні кристалічної структури.
Максимальнашвидкість кристалізації визначається тангенсом кута нахилу, а дотична — у точціперегину кривій. Час досягнення максимальної швидкості кристалізаціїхарактеризується відрізком />. Глибинакристалізації виражається подвоєним значенням відносного об’єму полімеру домоменту досягнення максимальної швидкості кристалізації.
2.3Визначення температури крихкості гум
Температуру крихкостівизначають на спеціальному приладі, який дозволяє витримати гуму за низькихтемператур та вимірювати температуру, за якої зразок розіб’ється під дієюпевного навантаження. Для випробування застосовуються зразки в вигляді смужокдовжиною 25 ± 0,5 мм, шириною 6,5 ± 0,5 мм та товщиною 2 ± 0,3 мм. Випробують10 – 15 однакових зразків. Зразки поміщують в металеву посудину, яка в своючергу знаходиться в кожусі. Охолоджуюча рідина – це суміш етанолу з твердимдвооксидом вуглецю. Зразок охолоджують в рідині протягом 5 хвилин за певноїтемператури, після чого розбивають його, відпускаючи пружину. Якщо зразок нерозіб’ється, його замінюють на інший і встановлюють більш низьку температуру.Випробування проводять до встановлення інтервалу температур, в якому зразок розбивається.Підбирають температуру з точністю до 1 0, яку вважать температуроюкрихкості даної гуми.
Література
1. Берштейн Л.А. Лабораторныйпрактикум по технологии резины. — Л.: Химия, 1989. – с. 182-198.
2. Захаров Н.Д. Лабораторныйпрактикум по технологии резины. — М.: Химия, 1988. — с. 142-149.