1. Физико-механические испытания вулканизатов.

В работе будут определены следующие физико-механические характеристики:

- условная прочность при разрыве - σр, МПа;

- напряжения при заданных относительных удлинениях - σ МПа;

- относительное удлинение при разрыве – Εотн, %;

-относительное остаточное удлинение - Θ, %;

Образцами для испытаний являются двусторонние лопатки, которые заготавливают на вырубном прессе с помощью специального штанцевого ножа. Из каждой пластинки вулканизованного образца вырубают 5-6 лопаток, на которых шариковой ручкой отмечают границы рабочего участка и на широких частях лопатки проставляют порядковый номер лопатки и время вулканизации. Записывают значения длины рабочего участка L₀ и его ширины b , которые постоянны для всех образцов и определяются размерами штанцевого ножа. С помощью толщиномера замеряют толщину каждого образца в трех точках рабочего участка с точностью до 0,01 мм и за расчетную величину (d) принимают наименьшее значение толщины. Физико-механические испытания проводят на разрывной машине (динамометре). Деформацию образца при растяжении измеряют с помощью специальной масштабной линейки, градуированной в единицах относи- тельного удлинения. В ходе растяжения начало линейки должно совпадать с верхней меткой рабочего участка образца. Когда нижняя метка рабочего участка подходит к значениям относительного удлинения (%), снимают показания динамометра (P). В момент разрыва образца фиксируют по линейке значение относительного удлинения при разрыве и показания динамометра Pp - напряжение при разрыве. Для определения относительного остаточного удлинения замеряют расстояние между метками рабочего участка - L₁ через 5 мин после испытания. Если разрыв образца произошел вне рабочего участка, результаты испытания не учитывают.

Оформление результатов

Условная прочность G_р (в МПа):

G_р= Р_р /d·b₀ (1)

где – Р_р нагрузка, при которой наступает разрыв, МН; d – среднее значение толщины образца до испытания, м; b₀ – ширина образца до испытания, м.

Относительное удлинение при разрыве _р (в %):

(2)

где l_p – расстояние между метками в момент разрыва образца, мм;

l₀ – расстояние между метками образца до испытания, мм.

Условное напряжение при заданном удлинении G_ (в МПа):

G_=P_/ d·b₀ (3)

Остаточная деформация образца после разрыва (относительное остаточное удлинение)  в %:

(4)

l₁- длина рабочего участка разрушенного образца после “ отдыха” , мм;

l₀ – первоначальная длина рабочего участка, мм.

Результаты испытаний представлены в таблице 2.

Результаты расчетов представлены в таблице 3.

Таблица 2 - Результаты испытания резиновой смеси при разном времени вулканизации.

Образец/время вулканизации	№ образца	b(CМ)	d(CМ)	S0	P100	σ100	P200	σ200	P300	σ300	P400	σ400	Pp	σp
2/5	1	0,39	0,1177	0,04590	1,0	21,7851	3,2	69,7122	6,6	143,7815	9,8	213,4937	12,9	281,0274
	2	0,39	0,1170	0,04563	1,6	35,0647	2,0	43,8308	6,4	140,2586	9,2	201,6217	12,1	265,1764
	3	0,39	0,1180	0,04602	1,6	34,7675	4,0	86,9187	6,0	130,3781	9,8	212,9509	13,5	293,3507
	4	0,39	0,1160	0,04524	1,4	30,9461	3,8	83,9965	6,8	150,3095	10,4	229,8851	12,5	276,3042
	5	0,39	0,1140	0,04446	2,0	44,9843	3,8	85,4701	6,8	152,9465	10,0	224,9213	12,9	290,1484
	6	0,39	0,1113	0,04341	1,6	36,8604	3,6	82,9359	6,4	147,4417	9,0	207,3398	13,1	301,7946
2/10	1	0,39	0,1140	0,04446	1,6	35,9874	4,0	89,9685	7,0	157,4449	9,2	206,9276	12,1	272,1547
	2	0,39	0,1130	0,04407	1,4	31,7676	3,8	86,2265	6,8	154,3000	10,4	235,9882	12,3	279,1014
	3	0,39	0,1120	0,04368	1,8	41,2088	3,6	82,4176	7,4	169,4139	9,8	224,3590	12,1	277,0147
	4	0,39	0,1110	0,04329	2,0	46,2000	3,6	83,1601	6,6	152,4602	9,0	207,9002	12,0	277,2003
	5	0,39	0,1090	0,04251	1,8	42,3430	4,6	108,2098	6,8	159,9624	8,8	207,0101	12,1	284,6389
	6	0,39	0,1070	0,04173	1,8	43,1344	4,2	100,647	6,4	153,3669	9,0	215,6722	12,1	289,9593
2/20	1	0,39	0,1200	0,04680	1,4	29,9145	3,6	76,9231	6,0	128,2051	8,8	188,0342	10,5	224,3590
	2	0,39	0,1210	0,04719	1,4	29,6673	4,0	84,7637	6,6	139,8601	9,4	199,1947	12,1	256,4103
	3	0,39	0,1190	0,04641	1,4	30,1659	3,6	77,5695	6,2	133,5919	9,0	193,9237	10,9	234,8632
	4	0,39	0,1160	0,04524	1,6	35,3669	3,6	79,5756	6,8	150,3095	9,2	203,3599	10,7	236,5164
	5	0,39	0,1130	0,04407	1,4	31,7676	3,8	86,2265	6,0	136,1470	8,8	199,6823	11,1	251,8720
	6	0,39	0,1100	0,04290	1,6	37,2960	3,4	79,2541	6,2	144,5221	9,1	212,1212	10,1	235,4312
2/25	1	0,39	0,1228	0,04789	1,6	33,4085	3,4	70,9931	5,8	121,1058	8,2	171,2186	11,1	231,7715
	2	0,39	0,1225	0,04778	1,4	29,3040	3,2	66,9806	6,0	125,5887	9,0	188,3830	10,9	228,1528
	3	0,39	0,1222	0,04766	1,4	29,3760	3,2	67,1451	6,0	125,8970	7,8	163,6661	11,7	245,4992
	4	0,39	0,1208	0,04711	1,4	29,7164	3,8	80,6589	6,4	135,8465	8,8	186,7889	11,7	248,3444
	5	0,39	0,1177	0,04590	1,4	30,4991	3,0	65,3552	5,6	121,9964	8,2	178,6376	10,1	220,0292
	6	0,39	0,1147	0,04473	1,6	35,7678	3,8	84,9485	6,6	147,5421	9,4	210,1357	10,1	225,7841

Таблица 3 - Результаты расчетов.

Образец/время вулканизации	№ образца	lp(см)	lo(см)	Eотн%	l1	lo	Ѳотн%
2/5	1	12,096	2	504,8	6,1	5,5	10,909091
	2	12,096	2	504,8	6,3	5,5	14,545455
	3	12,096	2	504,8	6,3	5,5	14,545455
	4	12,096	2	504,8	6,3	5,5	14,545455
	5	12,096	2	504,8	6,3	5,5	14,545455
	6	12,096	2	504,8	6,3	5,5	14,545455
2/10	1	12,096	2	504,8	6,5	5,5	18,181818
	2	12,096	2	504,8	6,3	5,5	14,545455
	3	12,096	2	504,8	6,2	5,5	12,727273
	4	12,096	2	504,8	6,2	5,5	12,727273
	5	13,440	2	572,0	6,2	5,5	12,727273
	6	12,096	2	504,8	6,2	5,5	12,727273
2/20	1	12,120	2	506,0	6,2	5,5	12,727273
	2	12,096	2	504,8	6,2	5,5	12,727273
	3	12,120	2	506,0	6,2	5,5	12,727273
	4	12,120	2	506,0	6,2	5,5	12,727273
	5	12,120	2	506,0	6,2	5,5	12,727273
	6	12,120	2	506,0	6,2	5,5	12,727273
2/25	1	12,120	2	506,0	6,0	5,5	9,0909091
	2	12,120	2	506,0	6,0	5,5	9,0909091
	3	12,096	2	504,8	6,0	5,5	9,0909091
	4	12,096	2	504,8	6,0	5,5	9,0909091
	5	12,120	2	506,0	6,0	5,5	9,0909091
	6	12,120	2	506,0	6,0	5,5	9,0909091

Для каждого времени вулканизации рассчитывают средние значения вышеприведенных показателей σ300 ,σ400 , σр , Εотн и Θ и среднеквадратичную ошибку их измерения:

S= [ Σ (σр - σср )2 / (n-1)]1/2 , где (n-1) - число образцов.

Результаты среднеквадратичных ошибок и средних значений для каждого времени вулканизации представлены в таблице 4,5 соответственно.

Таблица 4.1 - Данные обсчета прочности при удлинении на 100% с учетом

среднеквадратичной ошибки измерения.

Образец /время вулканизации	№ образца	σ100	σ100-σсp	(σ100-σсp)^2	S
2/5	1	21,7851	-12,2829	150,8702
	2	35,0647	0,9967	0,9933
	3	34,7675	0,6995	0,4893
	4	30,9461	-3,1219	9,7464
	5	44,9843	10,9163	119,1648
	6	36,8604	2,7924	7,7976	7,603
	ср.знач.	34,0680
2/10	1	35,9874	-4,1195	16,9701
	2	31,7676	-8,3392	69,5429
	3	41,2088	1,1019	1,2142
	4	46,2000	6,0932	37,1266
	5	42,3430	2,2361	5,0001
	6	43,1344	3,0276	9,1661	5,273
	ср.знач.	40,1069
2/20	1	29,9145	-2,4485	5,9953
	2	29,6673	-2,6958	7,2671
	3	30,1659	-2,1971	4,8275
	4	35,3669	3,0039	9,0233
	5	31,7676	-0,5954	0,3545
	6	37,2960	4,9330	24,3343	3,219
	ср.знач.	32,3631
2/25	1	33,4085	2,0632	4,2568
	2	29,3040	-2,0413	4,1668
	3	29,3760	-1,9693	3,8783
	4	29,7164	-1,6289	2,6532
	5	30,4991	-0,8462	0,7161
	6	35,7678	4,4225	19,5583	2,654
	ср.знач.	31,3453

Таблица 4.2 - Данные обсчета прочности при удлинении на 200% с учетом

среднеквадратичной ошибки измерения.

Образец /время вулканизации	№ образца	σ200	σ200-σсp	(σ200-σсp)^2	S
2/5	1	69,7122	-5,7652	33,2370
	2	43,8308	-31,6466	1001,5048
	3	86,9187	11,4414	130,9046
	4	83,9965	8,5191	72,5749
	5	85,4701	9,9927	99,8543
	6	82,9359	7,4586	55,6301	16,696
	ср.знач.	75,4774
2/10	1	89,9685	-1,8031	3,2511
	2	86,2265	-5,5451	30,7484
	3	82,4176	-9,3540	87,4973
	4	83,1601	-8,6115	74,1579
	5	108,2098	16,4383	270,2161
	6	100,6470	8,8754	78,7734	10,437
	ср.знач.	91,7716
2/20	1	76,9231	-3,7957	14,4070
	2	84,7637	4,0450	16,3619
	3	77,5695	-3,1492	9,9178
	4	79,5756	-1,1431	1,3068
	5	86,2265	5,5077	30,3350
	6	79,2541	-1,4647	2,1452	3,859
	ср.знач.	80,7187
2/25	1	70,9931	-1,6872	2,8465
	2	66,9806	-5,6996	32,4852
	3	67,1451	-5,5351	30,6378
	4	80,6589	7,9786	63,6586
	5	65,3552	-7,3250	53,6558
	6	84,9485	12,2683	150,5100	8,171
	ср.знач.	72,6802

Таблица 4.3 - Данные обсчета прочности при удлинении на 300% с учетом

среднеквадратичной ошибки измерения.

Образец/время вулканизации	№ образца	σ300	σ300-σсp	(σ300-σсp)^2	S
2/5	1	143,7815	-0,4045	0,1636
	2	140,2586	-3,9274	15,4241
	3	130,3781	-13,8079	190,6570
	4	150,3095	6,1235	37,4973
	5	152,9465	8,7605	76,7466
	6	147,4417	3,2557	10,5996	8,137
	ср.знач.	144,1860
2/10	1	157,4449	-0,3798	0,1443
	2	154,3000	-3,5247	12,4237
	3	169,4139	11,5892	134,3101
	4	152,4602	-5,3645	28,7783
	5	159,9624	2,1377	4,5696
	6	153,3669	-4,4578	19,8721	6,326
	ср.знач.	157,8247
2/20	1	128,2051	-10,5675	111,6722
	2	139,8601	1,0875	1,1827
	3	133,5919	-5,1807	26,8400
	4	150,3095	11,5368	133,0983
	5	136,1470	-2,6256	6,8938
	6	144,5221	5,7495	33,0569	7,909
	ср.знач.	138,7726
2/25	1	121,1058	-8,5569	73,2210
	2	125,5887	-4,0741	16,5979
	3	125,8970	-3,7657	14,1807
	4	135,8465	6,1837	38,2387
	5	121,9964	-7,6664	58,7732
	6	147,5421	17,8793	319,6706	10,205
	ср.знач.	129,6627

Таблица 4.4 - Данные обсчета прочности при удлинении на 400% с учетом

среднеквадратичной ошибки измерения.

Образец /время вулканизации	№ образца	σ400	σ400-σсp	(σ400-σсp)^2	S
2/5	1	213,4937	-1,5417	2,3770
	2	201,6217	-13,4137	179,9266
	3	212,9509	-2,0845	4,3452
	4	229,8851	14,8496	220,5120
	5	224,9213	9,8859	97,7304
	6	207,3398	-7,6956	59,2220	10,622
	ср.знач.	215,0354
2/10	1	206,9276	-9,3820	88,0213
	2	235,9882	19,6787	387,2496
	3	224,3590	8,0494	64,7934
	4	207,9002	-8,4093	70,7169
	5	207,0101	-9,2994	86,4793
	6	215,6722	-0,6374	0,4062	11,812
	ср.знач.	216,3095
2/20	1	188,0342	-11,3518	128,8638
	2	199,1947	-0,1913	0,0366
	3	193,9237	-5,4623	29,8366
	4	203,3599	3,9739	15,7915
	5	199,6823	0,2963	0,0878
	6	212,1212	12,7352	162,1854	8,207
	ср.знач.	199,3860
2/25	1	171,2186	-11,9197	142,0803
	2	188,3830	5,2447	27,5071
	3	163,6661	-19,4722	379,1666
	4	186,7889	3,6506	13,3269
	5	178,6376	-4,5008	20,2568
	6	210,1357	26,9974	728,8581	16,194
	ср.знач.	183,1383

Таблица 4.5 - Данные обсчета прочности при разрыве с учетом

среднеквадратичной ошибки измерения.

Образец /время вулканизации	№ образца	σp	σр-σсp	(σр-σсp)^2	S
2/5	1	281,0274	-3,6062	13,0050
	2	265,1764	-19,4572	378,5830
	3	293,3507	8,7171	75,9877
	4	276,3042	-8,3295	69,3801
	5	290,1484	5,5148	30,4132
	6	301,7946	17,1610	294,5004	13,129
	ср.знач.	284,6336
2/10	1	272,1547	-7,8568	61,7293
	2	279,1014	-0,9101	0,8283
	3	277,0147	-2,9969	8,9814
	4	277,2003	-2,8113	7,9032
	5	284,6389	4,6274	21,4125
	6	289,9593	9,9477	98,9571	6,322
	ср.знач.	280,0115
2/20	1	224,3590	-15,5497	241,7930
	2	256,4103	16,5016	272,3023
	3	234,8632	-5,0455	25,4570
	4	236,5164	-3,3923	11,5078
	5	251,8720	11,9634	143,1218
	6	235,4312	-4,4774	20,0474	11,952
	ср.знач.	239,9087
2/25	1	231,7715	-1,4920	2,2262
	2	228,1528	-5,1107	26,1195
	3	245,4ф992	12,2357	149,7114
	4	248,3444	15,0808	227,4320
	5	220,0292	-13,2343	175,1475
	6	225,7841	-7,4794	55,9418	11,283
	ср.знач.	233,2635

Таблица 5 - Средние значения рассчитанных данных.

Образец/время вулканизации	σ100 МПа	σ200 МПа	σ300 МПа	σ400 МПа	σр МПа	Eотн, %	Ѳотн, %
2/5	34,0680	75,4774	144,1860	215,0354	284,6336	504,8	13,9394
2/10	40,1069	91,7716	157,8247	216,3095	280,0115	516,0	13,9394
2/20	32,3631	80,7187	138,7726	199,3860	239,9087	505,8	12,7273
2/25	31,3453	72,6802	129,6627	183,1383	233,2635	505,6	9,09091

По полученным усредненным значениям строим зависимости показателей от времени вулканизации:

Рис.1 "Влияние времени вулканизации на напряжение при заданных относительных удлинениях".

Рис.2 "Влияние времени вулканизации на напряжение при разрыве".

Рис.3 " Влияние времени вулканизации на относительное удлинение при разрыве ".

Рис.4 "Влияние времени вулканизации на относительное остаточное удлинение".

На графиках зависимости условного напряжения при заданном удлинении, условной прочности, остаточного удлинения от времени вулканизации наблюдается ярко выраженный максимум, что свидетельствует о наличии оптимального времени вулканизации в интервале от 10 до 30 мин. С увеличением продолжительности вулканизации, уменьшается относительное удлинением при разрыве, возрастает твердость в связи с образованием пространственной вулканизационной сетки. Наличие максимумов объясняется тем, что в начальный период вулканизации увеличение числа сшивок ведет к образованию пространственной вулканизационной сетки. При этом прочностные показатели растут. При достижении определенного значения степени сшивания, эти показатели достигают максимального значения. При дальнейшей вулканизации образование избыточного количества поперечных связей ведет к затруднению ориентации макромолекул в направлении деформирования, что сказывается на прочностных показателях (они уменьшаются). Образование пространственной вулканизационной сетки ведет к уменьшению доли пластической деформации. При этом относительное остаточное удлинение уменьшается.