Министерство образования и науки РФ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Ярославский государственный технический университет»

Кафедра «Химия и технология переработки эластомеров»

Отчет защищен

с оценкой

преподаватель

канд. техн. наук, доцент

В. А. Панкратов

Определение прочностных свойств резин при растяжении

Отчет о лабораторной работе

по курсу “Общая технология резины”

ЯГТУ 240502.65-001ЛР

Отчет выполнила

студентка гр. ХТР-37

Ершова М.А.

2011

Определение прочностных свойств резин при растяжении

Суть метода

Растяжение образца до разрыва и измерение нагрузки и деформации при разрыве.

Теоретическая часть

Прочность характеризует способность материалов противостоять разрушению под действием механических напряжений.

В зависимости от физического состояния материала и условий деформации различают:

- хрупкое разрушение,

- пластическое разрушение,

- высокоэластическое разрушение.

Для резин наиболее характерны высокоэластические деформации. Высокоэластическому разрыву предшествуют большие обратимые деформации, приводящие к эффекту ориентационного упрочнения.

При увеличении скорости растяжения прочность резин возрастает. Этот процесс зависит от типа резин. Для наполненных резин после первоначального увеличения характерно уменьшение прочности с возможным небольшим последующем ее возрастанием. При повышении температуры прочность при растяжении снижается. Прочностные показатели возрастают с уменьшением объема образцов.

Механические свойства резин зависят от природы применяемого каучука, особенностей его строения, типа и дозировки наполнителя, характера вулканизирующей группы, а также от типа и дозировки пластификатора.

Прочность полимера возрастает при повышении его молекулярной массы до определенного значения. Дальнейшее ее повышение на прочность практически не влияет. Для резин влияние молекулярной массы на их прочность уменьшается тем больше, чем выше степень сшивания. При достаточно больших значениях средней молекулярной массы молекулярно-массовое распределение мало влияет на прочность полимеров, при низких и средних значениях это влияние заметно.

Межмолекулярное взаимодействие оказывает большое влияние на характер разрушения, прочность и долговечность полимеров. С увеличением полярности каучуков в резинах наблюдается тенденция к переходу от механического разрушения, типичных для твердых тел, при этом происходит возрастание прочности.

Одним из главных факторов, влияющих на прочность, является регулярность строения полимерной цепи. Каучуки с регулярным строением способны образовывать ориентированную и кристаллическую структуры, что приводит к резкому возрастанию прочности.

Большое влияние на прочность резин оказывает строение вулканизационной сетки. Сшивание и изменение концентрации поперечных связей сильно влияют на процесс разрушения резин. С увеличением густоты пространственной сетки наблюдается тенденции к переходу от механизма разрушения, характерного для эластомеров, к механизму разрушения, характерного для твердых тел.

Прочность повышается пропорционально увеличению доли активных цепей вулканизующей сетки и уменьшается с увеличением роли деструктивных процессов при вулканизации. Побочные реакции при вулканизации, приводящие к модификации полимерной цепи, также существенно влияют на прочность. Так, с увеличением содержания серы, связанной в циклы, или при достаточно высокой степени изомеризации прочность снижается.

Пластификаторы обычно снижают прочность резин, так как уменьшают межмолекулярное взаимодействие.

Объект исследования

В качестве объекта исследования использована резиновая смесь, рецептура которой приведена в таблице 1.

Таблица 1- Рецептура резиновой смеси шифра И-19-50-143

Ингредиенты	Содержание ингредиентов, мас.ч.
Каучук СКИ-3	100
Альтакс	0,6
ДФГ	3
Белила цинковые	5
Сера	1
Стеарин	1
Вазелиновое масло	15
Технический углерод П-514	30

Материалы, инструменты, оборудование

Резиновая пластина, подкладочная пластина, мыльный раствор, краска для меток, штанцевый нож, разрывная машина (рисунок 3), вырубной пресс (рисунок 1), толщиномер (рисунок 2), миллиметровая линейка.

1 — рычаг;

2 — станина;

3 — упор;

4 — рукоятка;

5 — направляющие;

6 — верхняя плита;

7— нижняя плита

Вырубной пресс. На литой чугунной станине 2 смонтированы плиты. Верхняя плита 6 жестко прикреплена к станине, нижняя 7 может перемещаться в горизонтальном и вертикальном направлениях. Горизонтальное перемещение осуществляется по направляющим 5 с помощью рукоятки 4 вручную, это перемещение необходимо для правильной установки подложки, резиновой пластины и штанцевого ножа. Вертикальное перемещение плиты производится при помощи рычага 1. Упор 3 ограничивает поворот рычага, а следовательно подъем и опускание плиты. В исходном положении нижняя плита должна быть установлена так, чтобы в момент полного прорезания резиновой пластины штанцевым ножом без значительного углубления лезвия в подложку рычаг 1 находился в горизонтальном фиксированном положении.

Рисунок 1 - Вырубной пресс

1— корпус;

2 — направляющие;

3 — рычаг;

4—стержень;

5, 6—стрелки;

7—компен­сационный механизм;

8—верхняя площад­ка;

9—пружина;

10—шестерни

Рисунок 2 - Толщиномер

Толщиномер. Толщиномер применяется для измерения толщины образца с точностью до 0,01 мм с измерительным органом на основе индикатора часового типа. В корпусе 1 укреплены направляющие 2 подвижного стержня 4, связанного с верхней подвижной площадкой 8. Поднятие стержня 4 и соответственно площадки 8 осуществляется при воздействии на рычаг 3. Для ограничения хода стержня, равного перемещению верхней площадки, на стержне имеется фиксатор. Самопроизвольное движение стержня вниз осуществляется пружиной растяжения 9, которая одним концом прикреплена к стержню, другим к корпусу индикатора. Посредством зубов, нанесенных на стержне, осуществляется вращение находящейся в зацеплении с ним шестерни 10 и поворот связанных с ней стрелок 5,6 шкал с ценой деления 1 мм и 0,01 мм. Для стабилизации положения стрелки имеется компенсационный механизм 7.

Давление верхней площадки на образец при замере их толщины не должно превышать 0,016 МПа. Оно определяется массой стержня, жесткостью пружины и площадью контакта площадки и образца.

Схема установки

Рисунок 3 – Разрывная машина

РМИ-60

1 — рычаг; 2 — демпфер; 3 — дроссель; 4 — груз; 5 — дуга; 6 — держатель; 7 — штифт; 8, 10 — зажимы; 9— указатели; 11, 14 — концевые выключатели; 12 — кнопочный пускатель; 13 — цепь; 15 — педаль; 16 — педаль скоростей; 17 — таблица скоростей; 18 — редуктор; 19 — электродвигатель; 20 — ремень; 21 — шкив; 22 — линейки; 23, 24 — колодки; 25 — пишущий механизм; 26 — каретка с пером; 27 — щит; 28 — валик; 29 — циферблат; 30 — стрелки; 31 — маятник; 32 — ось маятника

Привод машины осуществляется от электродвигателя 19, включаемого кнопочным магнитным пу­скателем 12. Через клиноременную передачу 20 и двухступенчатые шкивы 21 движение передается редуктору 18 и затем через цеп­ную передачу 13 нижнему зажиму 10. При установке ремня на соответствующие ступени шкивов редуктор может давать зажиму две пары скоростей перемещения: 200 и 1000 или 100 и 500 мм/мин. Переключение с одной скорости на другую производится с по­мощью педали 16. Положение педали, соответствующее требуе­мой скорости движения нижнего зажима, указано в таблице скоростей 17, расположенной под педалью. Для быстрого подня­тия или опускания нижнего зажима при холостом ходе служит педаль 15. Автоматическая остановка машины при крайних нижнем и верхнем положениях нижнего зажима осуществляется с помощью концевых выключателей 11 и 14, при нажиме на кото­рые электродвигатель отключается.

Подготовка образцов

Для испытания на разрывных машинах применяют образцы в форме двухсторонних лопаток. Образцы в количестве не менее 5 штук, вырубают из пластин толщиной 2 мм (рисунок 4). Измерить длину и ширину лопаток и рабочего участка. Длина рабочего участка 50 мм. Ширина лопаток 3 мм. Затем замаркировать образцы. Метки нанести специальной краской с помощью штампа. Перед испытанием необходимо измерить толщину рабочего участка образца в трех точках толщиномером.

Проведение испытания

Образец закрепляют в зажимах строго по меткам так, чтобы ось образца совпадала с направлением растяжения. Приводят в действие механизм растяжения, фиксируя нагрузки, соответствующие удлинениям от 100 %, до удлинения разрыва через каждые 100 % . После разрыва образца записывают значения нагрузки, соответствующие положению неподвижной стрелки и удлинения по шкале удлинений. Через минуту после разрыва замеряем длину рабочего участка сложенного образца (остаточное удлинение). Данные испытаний заносим в таблицу № 2. Считаем условную прочность и среднюю условную прочность. Высчитываем условное напряжение при заданном удлинении и его среднее значение. Заносим результаты расчетов в таблицу № 3. Строим график- кривую растяжения в координатах напряжение – удлинение (рис.4).