Что такое деформация резины

Деформация резины колеса — почему это происходит и можно ли это «вылечить»?

Иногда можно наблюдать то, как автомобильная покрышка приобрела неестественную для себя форму окружности. Почему это происходит и чем чревато для колеса потеря исходной формы?

Как это выглядит?

Зрелище не очень приятное..и требует срочного принятия мер

Как правило, деформированная покрышка имеет выраженные продавленные зоны на поверхности. Таким образом, колесо становится «квадратным» и несимметричным. Подобное явление часто встречается на низкопрофильных шинах с низкой высотой боковин и относительно слабым кордом, но и «бюджетные» колеса до R15 также не застрахованы от деформации.

Почему это происходит?

Существует несколько основных причин.

# Неправильные условия хранения

При смене сезонных шин, многие игнорируют довольно простые правила консервации резины, в том числе и правильное их расположение. Специалисты советуют складывать покрышки без диска горизонтально, друг на друга. Тогда как колесо в сборе (с диском) нужно ставить вертикально, рядом друг с другом. При это, раз в месяц обязательна перемена положения колес. Если игнорировать эти рекомендации, то на покрышке могут появиться продавленные участки. ( как правильно хранить шины? )

# Долгая стоянка

Колесо также способно изменять свою форму под воздействием продолжительного нахождения автомобиля в статическом положении. На покрышки влияет множество факторов, основные из которых − вес машины и температура воздуха. Большая масса продавливает резину, а горячий воздух ее размягчает. Поэтому, оставив свой автомобиль на улице на продолжительную стоянку (более полумесяца), не стоит удивляться в появлении деформации на шинах.

# Неправильное давление в покрышке

При низком давлении воздуха в колесе, увеличивается пятно контакта с дорогой, в следствие чего возрастает нагрузка на резину, особенно на ее центральную часть. Также, шина становится более мягкой и в поворотах ее боковина сильно гнется. В результате этого, при частой езде с приспущенными колесами, можно обнаружить на них продавленную центральную часть и стирание боковой части ( оптимальное давление в шинах )

Как избежать деформации покрышки?

Чтобы сохранить исходный вид покрышки необходимо следовать простым рекомендациям:

• Грамотно хранить колеса и складывать их . Чтобы предотвратить деформацию, нужно дополнительно следить за температурой воздуха в месте хранения и не допускать повышения свыше +20 градусов. В ином случае резиновый состав начнет нагреваться и станет более податливым, в результате чего любая тяжелая поклажа на шине может продавить ее и деформировать.
• Следить за давлением в колесе и поддерживать значения в соответствии с рекомендуемыми.
• Не использовать зимние колеса летом .(почитайте это ) Мягкий состав покрышки под воздействием высокой температуры воздуха становится еще мягче, что увеличивает риск деформации.
• Не перегревать покрышки резкими ускорениями , маневрами и торможениями.
• Постараться не оставлять долго машину на хранение при открытом воздухе.
• Избегать попадания колеса в большие ямы и вообще аккуратней ездить по разбитым дорогам.

Физико-механические свойства резин

Важнейшей особенностью резин является то, что они находятся в высокоэластическом состоянии в широком диапазоне температур, что позволяет выбирать материал, который будет сохранять эластические свойства при заданных условиях эксплуатации. Механические свойства резин являются следствием их высокоэластического состояния. Как видно из табл. 10.1, резины обладают высокой прочностью и чрезвычайно высоким, достигающим нескольких сотен процентов, удлинением при разрыве. При этом деформация резин носит обратимый характер.

У резин низкий модуль упругости. Так, модуль упругости при 300%-ном растяжении резин на основе различных каучуков составляет 2—18 МПа, в то время как модуль упругости чугуна равен 9- 10 4 МПа (табл. 10.3).

Упругость резин принципиально отличается от упругости твердых низкомолекулярных тел, у которых она является следствием очень малых, обратимых межатомных смещений при воздействии нагрузки. Упругость же высокомолекулярных тел является следствием ограниченности возможных конформационных превращений макромолекул под действием нагрузки.

Таблица 10.3. Значение коэффициента Пуассона и модуля упругости различных материалов

Модуль упругости х 10 3 , МПа

При сжатии объем резины не изменяется: ее коэффициент Пуассона составляет 0,49, для сравнения: у чугуна — 0,27.

Большие деформации резин происходят только за счет изменения формы образца.

Резины обладают ярко выраженными релаксационными свойствами, т. е. реакция резины на механическое воздействие растянута во времени. При статической нагрузке переход из неравновесного состояния в равновесное может быть достаточно длительным и характеризуется временем релаксации, которое зависит от величины напряжения и температуры.

При механической нагрузке происходят не только обратимые перестройки структуры резины. Часть возникших изменений структуры носит необратимый характер, что приводит к размягчению резины и так называемым гистерезисным потерям. Именно благодаря гистерезисным потерям резины являются прекрасным вибропоглощающим материалом. Однако в массивных изделиях, таких, например, как автопокрышки, гистерезисные потери приводят к саморазогреву изделия за счет перехода механической энергии в теплоту, что отрицательно сказывается на его усталостной прочности. Это объясняется тем, что гистерезисные явления связаны с рассеянием энергии внешнего воздействия и являются мерой термодинамической необратимости релаксационных процессов.

Прочность резин зависит от скорости приложения нагрузки и от температуры испытания. В зависимости от температуры резина может находиться в высокоэластическом или в стеклообразном состоянии. Резины в стеклообразном состоянии обладают хрупкостью, чем пользуются при утилизации изношенных автопокрышек, переводя их перед дроблением в хрупкое состояние путем охлаждения жидким азотом (криогенное измельчение). У различных резин температура стеклования находится в интервале от -30 до -110 °С.

Еще одним очень важным свойством резин является их высокая устойчивость к истиранию, определяемому усталостным разрушением поверхностного слоя материала при трении. Истирание — широко распространенный вид нагрузок изделий из резины. Такой нагрузке подвергаются автопокрышки, подошвы обуви, тормозные колодки, различные уплотнения, транспортерные ленты, покрытия полов, рассеивающие поверхности грохотов и др.

Резины обладают высоким сопротивлением истиранию. Так, интенсивность износа (мм 3 /с) мягких резин с низким модулем упругости намного ниже, чем пластмасс и металлов:

Резины благодаря высокой износостойкости широко используются для изготовления изделий, работающих в условиях абразивного износа, — автопокрышек, подошв обуви и др.

МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА РЕЗИН И КАУЧУКОВ

Общие понятия

Механические свойства каучуков и резин могут быть охарак­теризованы комплексом свойств.

К особенностям механических свойств каучуков и резин следует отнести:

1) высокоэластический характер деформации каучуков;

2) зависимость деформаций от их скорости и продолжитель­ности действия деформирующего усилия, что проявляется в релак­сационных процессах и гистерезисных явлениях

3) зависимость механических свойств каучуков от их предвари­тельной обработки, температуры и воздействия различных немеха­нических факторов (света, озона, тепла и др.).

Различают деформационно-прочностные, фрикционные и дру­гие специфические свойства каучуков и резин.

К основным деформационно-прочностным свойствам относятся:

пластические и эластические свойства, прочность при растяжении, относительное удлинение при разрыве, остаточное удлинение по­сле разрыва, условные напряжения при заданном удлинении, ус­ловно-равновесный модуль, модуль эластичности, гистерезисные потери, сопротивление раздиру, твердость.

К фрикционным свойствам резин относится износостойкость, ха­рактеризующая сопротивление резин разрушению при трении, а также коэффициент трения.

К специфическим свойствам резин относятся, например, темпе­ратура хрупкости, морозостойкость, теплостойкость, сопротивление старению.

Очень важным свойством резин является сопротивление старе­нию (сохранение механических свойств) после воздействия света, озона, тепла и других факторов.

Механические свойства резин определяют в статических усло­виях, т. е. при постоянных нагрузках и деформациях, при относи­тельно небольших скоростях нагружения (например, при испыта­нии на разрыв), а также в динамических условиях, например, при многократных деформациях растяжения, сжатия, изгиба или сдви­га. При этом особенно часто резины испытывают на усталостную выносливость и теплообразование при сжатии.

Усталостная выносливость характеризуется числом циклов де­формаций, которое выдерживает резина до разрушения. Для со­кращения продолжительности определения усталостной выносли­вости испытания проводят иногда в условиях концентрации напря­жений, создаваемых путем дозированного прокола или примене­ния образцов с канавкой.

Теплообразование при многократных деформациях сжатия оп­ределяется по изменению температуры образца резины в процессе испытания в заданном режиме (при заданном сжатии и заданной частоте деформаций).

Пластические и эластические свойства

Пластичностью называется способность материала легко де­формироваться и сохранять форму после снятия деформирующей нагрузки. Иными словами, пластичность — это способность мате­риала к необратимым деформациям.

Эластичностью называется способность материала легко дефор­мироваться и восстанавливать свою первоначальную форму и раз­меры после снятия деформирующей нагрузки, т. е. способность к значительным обратимым деформациям.

Эластическими деформациями, в отличие от упругих, называют­ся такие обратимые деформации, которые характеризуются значительной величиной при относительно малых деформирующих усилиях (низкое значение модуля упругости).

Пластические и эластические свойства каучука проявляются одновременно; в зависимости от предшествующей обработки кау­чука каждое из них проявляется в большей или меньшей степени. Пластичность невулканизованного каучука постепенно снижается при вулканизации, а эластичность возрастает. В зависимости от степени вулканизации соотношение этих свойств каучука посте­пенно изменяется. Для невулканизованных каучуков более харак­терным свойством является пластичность, а вулканизованные каучуки отличаются высокой эластичностью. Но при деформациях невулканизованного каучука наблюдается также частичное восста­новление первоначальных размеров и формы, т. е. наблюдается некоторая эластичность, а при деформациях резины можно наблю­дать некоторые неисчезающие остаточные деформации.

Согласно теории, разработанной советскими учеными А. П. Александровым и Ю. С. Лазуркиным, общая деформация каучука и резины состоит из трех составляющих: 1) упругой де­формации, подчиняющейся закону Гука, jу; 2) высокоэластической деформации jв и 3) пластической деформации jп:

Соотношение составляющих общей деформации зависит от при­роды каучука, его структуры, степени вулканизации, состава ре­зины, а также от скорости деформаций, значений создаваемых на­пряжений и деформаций, длительности нагружения и от темпера­туры.

Упругая деформация практически устанавливается мгновенно при приложении деформирующего усилия и также мгновенно исче­зает после снятия нагрузки; обычно она составляет доли процента от общей деформации. Этот вид деформации обусловлен неболь­шим смещением атомов, изменением межатомных и межмолеку­лярных расстояний и небольшим изменением валентных углов.

Высокоэластическая деформация резин увеличивается во вре­мени по мере действия деформирующей силы и достигает посте­пенно некоторого предельного (условно-равновесного) значения. Она так же, как и упругая деформация, обратима; при снятии на­грузки высокоэластическая деформация постепенно уменьшается, что приводит к эластическому восстановлению деформированного образца. Высокоэластическая деформация, в отличие от упругой, характеризуется меньшей скоростью, так как связана с конформационными изменениями макромолекул каучука под действием внеш­ней силы. При этом происходит частичное распрямление и ориен­тация макромолекул в направлении растяжения. Эти изменения не сопровождаются существенными нарушениями межатомных и меж­молекулярных расстояний и происходят легко при небольших усилиях. После прекращения действия деформирующей силы вследствие теплового движения происходит дезориентация молекул и восстановление размеров образца. Специфическая особенность

механических свойств каучуков и резин связана с высокоэластической деформацией.

Пластическая деформация непрерывно возрастает при нагружении и полностью сохраняется при снятии нагрузки. Она характер­на для невулканизованного каучука и резиновых смесей и связана с необратимым перемещением макромолекул друг относительно друга.

Скольжение молекул у вулканизованного каучука сильно за­труднено наличием прочных связей между молекулами, и поэтому вулканизаты, не содержащие наполнители, почти полностью восстанавливаются после прекращения действия внешней силы. На­блюдаемые при испытании наполненных резин неисчезающие де­формации являются следствием нарушения межмолекулярных связей, а также следствием нарушения связей между каучуком и компонентами, введенными в нею, например вследствие отрыва частиц ингредиентов от каучука. Неисчезающие остаточные деформации часто являются кажущимися вследствие малой скорости эластического восстановления, т. е. оказываются практически исчезающими в течение некоторого достаточно продолжительного времени.

Твердость резины

Твердость резины характеризуется сопротивлением вдавлива­нию в резину металлической иглы или шарика (индентора) под действием усилия сжатой пружины или под действием груза.

Для определения твердости резины применяются различные твердомеры. Часто для определения твердости резины использует­ся твердомер ТМ-2 (типа Шора), который имеет притупленную иглу, связанную с пружиной, находящейся внутри прибора. Твер­дость определяется глубиной вдавливания иглы в образец под дей­ствием сжатой пружины при соприкосновении плоскости основа­ния прибора с поверхностью образца (ГОСТ 263—75). Вдавлива­ние иглы вызывает пропорциональное перемещение стрелки по шкале прибора. Максимальная твердость, соответствующая твер­дости стекла или металла, равна 100 условным единицам. Резина в зависимости от состава и степени вулканизации имеет твердость в пределах от 40 до 90 условных единиц. С увеличением содержа­ния наполнителей и увеличением продолжительности вулканиза­ции твердость повышается; мягчители (масла) снижают твердость резины.

Теплостойкость

О стабильности механических свойств резины при повышенных температурах судят по показателю ее теплостойкости. Испытания на теплостойкость производят при повышенной температуре (70 °С и выше) после прогрева образцов при температуре испытания в те­чение не более 15 мин (во избежание необратимых изменений)

с последующим сопоставлением полученных результатов с резуль­татами испытаний при нормальных условиях (23±2°С).

Количественной характеристикой теплостойкости эластомеров служит коэффициент теплостойкости, равный отношению значений прочности при растяжении, относительного удлинения при разрыве и других показателей, определенных при повышенной температуре, к соответствующим показателям, определенным при нормальных условиях. Чем ниже показатели при повышенной температуре по сравнению с показателями при нормальных условиях, тем ниже коэффициент теплостойкости.

Полярные каучуки обладают пониженной теплостойкостью. На­полнители значительно повышают теплостойкость резин.

Износостойкость

Основным показателем износостойкости является истираемость и сопротивление истиранию, которые определяются в условиях ка­чения с проскальзыванием (ГОСТ 12251—77) или в условиях скольжения по истирающей поверхности, обычно, как и в преды­дущем случае, по шлифовальной шкурке (ГОСТ 426—77).

Истираемость a определяется как отношение уменьшения объема образца при истирании к работе, затраченной на истирание, и выражается в м 3 /МДж [см 3 /(кВт.ч)]. Сопротивление истиранию b определяется как отношение затраченной работы на истирание к уменьшению объема образца при истирании и выражается в МДж/м 3 [см 3 /(кВт.ч)].

Истирание кольцевых образцов при качении с проскальзыва­нием более соответствует условиям износа протекторов шин при эксплуатации и поэтому применяется при испытаниям на износо­стойкость протекторных резин.

Дата добавления: 2019-07-15 ; просмотров: 1272 ; Мы поможем в написании вашей работы!