3 просмотров

От чего зависит твердость резины

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.

ГОСТ Р ИСО 7619-1-2009 Резина вулканизованная или термопластичная. Определение твердости при вдавливании. Часть 1. Метод с применением дюрометра (твердость по Шору)

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО
ПО ТЕХНИЧЕСКОМУ РЕГУЛИРОВАНИЮ И МЕТРОЛОГИИ

национальный
стандарт
российской

ФЕДЕРАЦИИ

гост р исо
7619-1-2009

Резина вулканизованная или термопластичная

Определение твердости при вдавливании

МЕТОД С ПРИМЕНЕНИЕМ ДЮРОМЕТРА
(ТВЕРДОСТЬ ПО ШОРУ)

ISO 7619-1:2004
Rubber, vulcanized or thermoplastic- Determination of indentation hardness
Part 1: Durometer method (Shore hardness)
(IDT)

Стандартинформ

Предисловие

Цели и принципы стандартизации в Российской Федерации установлены Федеральным законом от 27 декабря 2002 г. № 184-ФЗ «О техническом регулировании», а правила применения национальных стандартов Российской Федерации – ГОСТ Р 1.0-2004 «Стандартизация в Российской Федерации. Основные положения»

Сведения о стандарте

1 ПОДГОТОВЛЕН Обществом с ограниченной ответственностью «Научно-исследовательский институт эластомерных материалов и изделий» (ООО «НИИЭМИ») и Техническим комитетом по стандартизации ТК 080 «Резиновые технические изделия» на основе аутентичного перевода на русский язык указанного в пункте 4 стандарта, который выполнен ФГУП «СТАНДАРТИНФОРМ»

2 ВНЕСЕН Управлением технического регулирования и стандартизации Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии

3 УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 15 декабря 2009 г. № 1224-ст

4 Настоящий стандарт идентичен международному стандарту ИСО 7619-1:2004 «Каучук вулканизованный или термопластичный. Определение твердости при вдавливании. Часть 1. Метод с применением дюрометра (твердость по Шору)» (ISO 7619-1:2004 «Rubber, vulcanized or thermoplastic – Determination of indentation hardness – Part 1: Durometer metod (Shore hardness)»).

При применении настоящего стандарта рекомендуется использовать вместо ссылочных международных стандартов соответствующие им национальные стандарты Российской Федерации, сведения о которых приведены в дополнительном приложении ДА

5 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

Информация об изменениях к настоящему стандарту публикуется в ежегодно издаваемом информационном указателе «Национальные стандарты», а текст изменений и поправок – в ежемесячно издаваемых информационных указателях «Национальные стандарты». В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего стандарта соответствующее уведомление будет опубликовано в ежемесячно издаваемом информационном указателе «Национальные стандарты». Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются также в информационной системе общего пользования – на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет

Твердость резины, измеряемая дюрометром или карманным твердомером IRHD, характеризуется способностью резины противостоять внедрению в нее индентора под действием определенной нагрузки.

Твердость будет зависеть от:

– модуля упругости резины;

– вязкоупругих свойств резины;

– толщины испытуемого образца;

– скорости погружения индентора;

Учитывая эти факторы, не рекомендуется сравнивать результаты, полученные на дюрометре, со значениями IRHD, хотя для некоторых резин установлены корреляции.

ГОСТ Р ИСО 7619-1-2009

НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Резина вулканизованная или термопластичная
Определение твердости при вдавливании

МЕТОД С ПРИМЕНЕНИЕМ ДЮРОМЕТРА (ТВЕРДОСТЬ ПО ШОРУ)

Rubber, vulcanized or thermoplastic. Determination of indentation hardness.
Part 1. Durometer method of measurement (Shore hardness)

Дата введения – 2011-01-01

1 Область применения

Настоящий стандарт устанавливает метод определения твердости при вдавливании (твердость по Шору) вулканизованной или термопластичной резины с использованием дюрометров, имеющих шкалы следующих типов:

– А – для резин, имеющих твердость в диапазоне средних значений;

– D – для резин, имеющих твердость в диапазоне высоких значений;

– АО – для резин, имеющих твердость в диапазоне низких значений, и для пористых резин;

– AM – для тонких образцов резин, имеющих твердость в диапазоне средних значений.

2 Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие международные стандарты:

ИСО 48:2007 Каучук вулканизованный или термопластичный. Определение твердости (от 10 до 100 IRHD) [ISO 48:2007, Rubber, vulcanized or thermoplastic – Determination of hardness (hardness between 10 IRHD and 100 IRHD)]

ИСО 7627-2:2008 Валки с резиновым покрытием. Определение кажущейся твердости. Часть 2. Метод с использованием твердости по Шору (ISO 7627-2:2008, Rubber covered rollers – Determination of apparent hardness – Part 2: Shore-type durometer method)

ИСО 23529:2004 Каучук. Общие процедуры приготовления и кондиционирования испытательных образцов для испытаний физических свойств (ISO 23529:2004, Rubber – General procedures for preparing and conditioning test pieces for physical test method)

3 Сущность метода и выбор типа дюрометра

Измеряемой характеристикой является глубина проникновения заданного индентора, прижимаемого к образцу при определенных условиях.

При использовании дюрометров типов А и D шкалу выбирают следующим образом:

– при глубине проникновения менее 20 мм на дюрометре типа D выбирают шкалу типа А;

– при глубине проникновения менее 20 мм на дюрометре типа А – шкалу АО;

– при глубине проникновения более 90 мм на дюрометре типа А – шкалу типа D;

– при использовании тонких испытуемых образцов (толщиной менее 6 мм) – шкалу типа AM.

4 Аппаратура

4.1 Дюрометры типов A, D и АО

Дюрометры типов A, D и АО состоят из составных частей, указанных в 4.1.1 – 4.1.5.

Прижимная лапка дюрометров типов А и D должна быть диаметром (18,0 ± 0,5) мм и иметь в центре отверстие диаметром (3,0 ± 0,1) мм. Для дюрометров типа АО прижимная лапка должна быть площадью не менее 500 мм 2 и иметь в центре отверстие диаметром (5,4 ± 0,2) мм. Предельные отклонения на диаметр отверстия и требования к размеру прижимной лапки устанавливают только для дюрометров со штативом.

4.1.2 Индентор

Индентор представляет собой стержень диаметром (1,25 ± 0,15) мм, изготовленный из закаленной стали.

Форма и размеры индентора для дюрометров типа А приведены на рисунке 1, для дюрометров типа D – на рисунке 2.

* Положение индентора соответствует показанию 0.

Рисунок 1 – Индентор для дюрометра типа А

* Положение индентора соответствует показанию 0.

Рисунок 2 – Индентор для дюрометра типа D

Дюрометры типа АО должны иметь индентор в форме полусферы радиусом (2,50 ± 0,02) мм в соответствии с рисунком 3.

* Положение индентора соответствует показанию 0.

Рисунок 3 – Индентор для дюрометра типа АО

4.1.3 Индикаторное устройство

Индикаторное устройство позволяет считывать степень вдавливания определенной точки (кончика) индентора ниже плоскости прижимной лапки. Индикаторное устройство должно иметь шкалу единиц твердости от 0 до 100, при этом 0 должен соответствовать максимальному вдавливанию (2,50 ± 0,02) мм, а 100 – нулевому вдавливанию. Значения твердости получают при проведении прижимной лапки и индентора в соприкосновение с соответствующей плоской твердой поверхностью.

4.1.4 Калиброванная пружина

Пружину применяют для приложения усилия F, мН, к индентору и определяют по одной из следующих формул:

для дюрометра типа А:

F = 550 + 75HA,

где НА – значение твердости по дюрометру типа А;

для дюрометра типа D:

где HD– значение твердости по дюрометру типа D;

для дюрометра типа АО:

F = 500 + 75 НА0,

где НАО – показание твердости по дюрометру типа АО.

Таймер должен автоматически включаться при прикосновении прижимной лапки к испытуемому образцу и указывать окончание времени испытания или удерживать фиксированное значение времени по завершению испытания. Применение таймера для фиксирования времени испытания повышает точность измерения. При использовании дюрометра на штативе предельное отклонение на время должно составлять ±0,3 с.

4.2 Дюрометр типа AM

Дюрометр типа AM состоит из составных частей, указанных в 4.2.1 – 4.2.5.

Прижимная лапка должна иметь диаметр (9,00 ± 0,03) мм и отверстие в центре диаметром (1,19 ± 0,03) мм.

4.2.2 Индентор

Индентор представляет собой стержень диаметром (0,790 ± 0,025) мм, изготовленный из закаленной стали. Форма и размеры индентора указаны на рисунке 4.

* Положение индентора соответствует показанию 0.

Рисунок 4 – Индентор для дюрометра типа AM

4.2.3 Индикаторное устройство

Индикаторное устройство позволяет считывать степень вдавливания определенной точки (кончика) индентора ниже плоскости прижимной лапки. Индикаторное устройство должно иметь шкалу единиц твердости от 0 до 100, при этом 0 должен соответствовать максимальному вдавливанию (1,25 ± 0,01) мм, а 100 – нулевому вдавливанию. Значения твердости получают при приведении прижимной лапки и индентора в соприкосновение с соответствующей плоской твердой поверхностью.

4.2.4 Калиброванная пружина

Пружину применяют для приложения усилия F. Усилие F, мН, определяют по формуле

F = 324 + 4,4HAM,

где НАМ – значение твердости по дюрометру типа AM.

Таймер должен автоматически включаться при прикосновении прижимной лапки к испытуемому образцу и указывать окончание времени испытания или удерживать фиксированное значение времени по завершению испытания. Применение таймера для фиксирования времени испытания повышает точность измерения. При использовании дюрометра со штативом предельное отклонение на время испытания должно быть ± 0,3 с.

При использовании штатива с отвесом, центрированным с осью индентора для удобства приложения прижимной лапки к испытуемому образцу, получают большую точность измерения. Дюрометры типов A, D и АО можно использовать как ручные карманные приборы или устанавливать на штатив. Дюрометр типа AM следует всегда устанавливать на штатив.

4.3.1 Общие положения

Штатив в рабочем состоянии должен обеспечивать параллельность поверхности прижимной лапки дюрометра относительно плоской поверхности (стола), на котором расположен испытуемый образец.

4.3.2 Рабочая скорость

Штатив должен обеспечивать приложение испытуемого образца к индентору или индентора к испытуемому образцу с максимальной скоростью 3,2 мм/с без удара.

Общая масса дюрометра и дополнительная масса для приложения усилия пружины, кг, должны быть:

– (1,0 +0,1 ) – для дюрометров типов А и АО;

– (5,0 +0,5 ) – для дюрометра типа D;

– (0,25 +0,05 ) – для дюрометра типа AM.

4.4 Калибровка усилия пружины дюрометра

Значения должны соответствовать приведенным в таблице 1.

Твердость и толщина резины

Поскольку деформация резины при сжатии используется в обрезиненных валах всех типов как для выжимания жидкости, так и для поглощения ударных нагрузок, твердость и толщина резины — это одни из наиболее важных критериев, которые оп­ределяются только после соответствующего анализа.

Характеристики деформации обрезиненного вала под воздействием нагрузки нельзя прогнозировать только по значениям твердости, так как они определяются соотношением толщины покрытия, диаметра готового вала и модуля Юнга. Поэтому два обрезиненных вала с одинаковым диаметром стержня и готового вала, с оди­наковой твердостью могут показать различные характеристики деформации под воздействием нагрузки при разных значениях модуля Юнга. Однако значения нор­мального модуля для резины при определенных деформациях, таких как от 100 до 200%, наряду со значениями удлинения при разрыве дают некоторое представление о характеристиках валов.

Например, меньшая деформация соответствует более вы­соким значениям модуля и наоборот. Соотношение толщины резинового покрытия к диаметру готового вала очень важно при определении характеристик деформации под воздействием нагрузки. Например, если одна и та же смесь для резинового по­крытия, имеющая определенное значение модуля Юнга (нормальный модуль рези­ны при растяжении от 100 до 200%) используется для покрытия толщиной 10 мм при наружном диаметре 200 мм, сжатие может составлять 2,5 мм, а при использова­нии этой смеси для покрытия толщиной 20 мм при наружном диаметре 200 мм сжа­тие может доходить до 6 мм.

Более высокие характеристики деформации являющие­ся преимуществом в определенном оборудовании, например, в котором лист может порваться и попасть в зазор, — область, в которой вероятность повредить резиновое покрытие значительно уменьшена. Однако соответствующая твердость (в сочета­нии с модулем) должна поддерживаться для предотвращения избыточной деформа­ции, которая может привести к постоянной усадке и волнистости резинового по­крытия.

Большое значение придается заданию твердости резиновых покрытий, которая, в сущности, является лишь мерой сопротивления проникновению индентора и по­этому в значительной степени зависит от толщины, создавая различие между твер­достью наблюдаемой (кажущейся) и истинной. С уменьшением толщины резиново­го покрытия шлифованием, наблюдаемая (кажущаяся) твердость увеличивается, но истинная твердость может остаться неизменной. Необходимо измерять твердость резиновых покрытий толщиной 10 и 6,5 мм до 50 по Шору А и 50-100 по Шору А со­ответственно.

Твердость вала — это среднее значение трех показаний, полученных через 120° вокруг центральной линии. Допустимый предел любой заданной твердости обычно равен + 5 по Шору А. Обычно предел колебаний твердости внутри вала берется рав­ным 4 по Шору Л. Колебания твердости возникают не только из-за дефектов, связан­ных с распределением, но и из-за неравномерности нагрева во время вулканизации.

У тяжелых валов (например, валы для бумажного производства) выпуклость валка не сохраняется, если имеются чрезмерные отклонения твердости. Кроме того, более мягкие области могут вызвать влажные полосы, а твердые участки дают сухую по­верхность. Подобные аномалии можно наблюдать и в случае печатных валков, осо­бенно для переноса краски или намазочных, где мягкие области могут нанести боль­ше краски, а более твердые участки дадут неразличимый рисунок.

Обычно задают твердость резины 30-85 по Шору А и толщину 10-35 мм, но бы­вают исключения, такие как валки с пористой резиной для печати (с твердостью 15 по Шору Л) и опорные валки для печатающих устройств (с твердостью выше 90 по Шору Л).

Экономические показатели

Если несколько резиновых смесей соответствуют предъявляемым требованиям, следует учитывать такие факторы, как стоимость, срок эксплуатации, интервал шлифования и возможные потери при замене валов.

Ссылка на основную публикацию
Статьи c упоминанием слов: