Тема: «Определение модуля упругости резины. Учительские университеты Измерение модуля упругости резины

Цель работы: научиться находить модуль упругости резины. Установка для измерения модуля Юнга резины показана на рисунке а.

Модуль Юнга вычисляется по формуле полученной из закона

Гука: где Е - модуль Юнга; Р - сила упругости,

Возникающая в растянутом шнуре и равная весу прикрепленных к шнуру грузов; § - площадь поперечного сечения деформированного шнура; 10 - расстояние между метками А и В на растянутом шнуре (рис. б); I - расстояние между этими же метками на растянутом шнуре (рис. в). Если поперечное сечение имеет форму круга, то площадь сечения выражается через диаметр

Шнура:

Окончательная формула для определения модуля Юнга имеет

Вид:

Пример выполнения:

Вес грузов определяется динамометром, диаметр шнура -штангенциркулем, расстояние между метками А и В - линейкой. Для заполнения таблицы проведем следующие вычисления: 1) Аи1 - абсолютная инструментальная погрешность Аи1 = 0,001 А0/ - абсолютная погрешность отсчета А01 = 0,0005 А1 - максимальная абсолютная погрешность А1 = А и I+ А 01 = 0,0015 2) АиО = 0,00005 А0О = 0,00005 АО = А и В + А 0 В = 0,0001 3) А и Р = 0,05 А0Р = 0,05 АР = А и Р + А 0 Р = 0,05 + 0,05 = 0,1

Вывод: полученный результат модуля упругости резины совпадает с табличным.

*

Практическая работа № 5

Тема. Определение модуля упругости резины

Цель: экспериментально проверить закон Гука и определить модуль упругости резины.

Приборы и материалы: резиновая полоска длиной 20-30 см; набор гирь по 102 г; измерительная линейка с ценой деления 5 мм/под; штатив универсальный с муфтой и лапкой; штангенциркуль.

Теоретические сведения

При деформации тела возникает сила упругости. При малых деформациях сила упругости создает механическое напряжение σ, прямо пропорциональна относительной деформации ε. Эта зависимость называется законом Гука и имеет такой вид:

где σ = F /S ; F - сила упругости; S - площадь поперечного сечения образца; l - l 0 - абсолютная деформация; l 0 - начальная длина образца; l - длина растянутого образца; Е = σ/ε-модуль упругости (Юнга). Он характеризует способность материала противостоять деформации и численно равен механическому напряжению при ε = 1 (т.е. когда l = 2l 0). Реально такой деформации не выдерживает ни одно твердое тело и разрушается. Уже за значительной деформации она перестает быть упругой и закон Гука не выполняется. Чем больше модуль Юнга, тем меньше деформируется стержень при прочих равных условиях (одинаковых F , S , l 0).

ХОД РАБОТЫ

1. Штангенциркулем измерьте диаметр D резиновой полоски и вычислите ее площадь поперечного сечения по формуле:

2. Закрепите свободный конец резиновой полоски в штативе и измерьте с помощью линейки ее начальную длину l 0 от нижнего края лапки штатива до места крепления тягарця.

3. Подвешивая к нижней петли по очереди грузики (рис. 1), измеряйте каждый раз новую длину резиновой полоски l . Вычислите абсолютное удлинение полоски: l - l 0.

4. Определите приложенную силу F = mg , где g = 9,8 м/ c 2 . Результаты запишите в таблицу.

	F, H	l , м	l - l 0, м

5. По полученным данным постройте график зависимости механического напряжения σ от относительного удлинения ε.

6. Выделите на графике прямолинейную участок и в ее пределах вычислите модуль упругости по формуле:

7. Вычислите относительную и абсолютную погрешности измерений модуля Юнга для одной из точек, что принадлежит прямолинейном участке графика, по формулам:

где ΔF = 0,05 Н, Δl = 1,5 мм, ΔD = 0,1 мм; ΔE = Eε.

8. Запишите результат в виде:

9. Сделайте вывод о проделанной работе.

Контрольные вопросы

1. Почему модуль Юнга выражается таким большим числом?

2. Почему практически невозможно определить модуль Юнга прямыми измерениями по определению?

Резинами называются сеточные полимеры с гибкими молекулярными цепями.

Резина - продукт специальной обработки (вулканизации) смеси каучука и серы с различными добавками. Резина обладает высокими эластичными свойствами. Имеет относительное удлинение d = 1000% в широком диапазоне температур. Продольный модуль упругости Е = 1- 200 МПа. Объемная сжимаемость мала, а объемный модуль упругости близок модулю упругости минерального масла æ » 10 3 - 2,5*10 3 МПа или воды и зависит от давления (например, наирит при плотности r = = 1,32 г/см 3 имеет модуль объемной упругости æ= 2,27*10 3 МПа) . Коэффициент Пуассона m = 0,4- 0,5 (для металлов m = 0,25- 0,30). Время релаксации у резин t р = 10 -4 с и выше.

Для резины характерны гистерезисные потери мощности, приводящие к нагреву в случае многократных гармонических воздействий. Это снижает ее работоспособность. Для резин характерна также высокая стойкость к истиранию, водонепроницаемость, относительная газонепроницаемость, химическая стойкость, в специальных случаях электроизолирующие свойства, небольшая плотность r = 0,91- 1,9 г/см 3 .

Деформация резин представляет собой сложный процесс. Он разделяется на 3 составляющие: а) упругую деформацию , аналогичную деформации твердых тел и связанную с изменением межатомных и межмолекулярных расстояний; б) высокоэластичную деформацию , связанную с перемещением звеньев молекул без относительного перемещения молекул, как целого (при этом молекулярные клубки раскручиваются и т.п.); в) пластическую деформацию , связанную с относительным перемещением молекул, как целого.

Высокоэластичность свойствена только резинам и некоторым полимерам .

Существенные черты высокоэластичности можно выяснить на однородной без сдвигов деформации. При такой деформации куб со стороной l o превращается в параллелепипед со сторонами l 1, l 2 , l 3 . Выбирают такие переменные l i , называемые кратностями растяжения , в которых изменение формы отделено от изменения объема l i = l i V -1/ 3 . Здесь i = 1,2,3 и V= l 1 l 2 l 3 - объем деформируемого образца. Кратности растяжения удовлетворяют условию l 1 l 2 l 3 = 1. Поэтому только две из них независимы, например l 3 = 1/(l 1 l 2) . Если происходит только изменение объема без изменения формы, когда все ребра изменяются пропорционально, l i = 1.

При одноосном растяжении куб превращается в параллелепипед с длиной l и квадратным сечением: l 1 = l= lV -1/3 ; l 3 = l 2 = l -1/2 .

Под действием приложенной силы F даже при постоянных давлениях и температуре из-за изменения внутренней энергии происходит некоторое увеличение объема резины, составляющее доли процента . Величину высокоэластичной одноосной деформации для l<2,5 можно определить с помощью эмпирической формулы Бартенева

l= 1+ s/E , (3-1)

где Е - модуль Юнга (модуль упругости), s - напряжение.

Резины нашли широкое применение при изготовлении автомобильных шин, гибких шлангов, ремней, ковейерных лент, как разнообразные уплотняющие материалы и др.

На рис. 3.2 показаны некоторые примеры использования резино-технических изделий (РТИ) в промышленности.

Рис.3.2. Использование ремней с резиновой матрицей для передачи движения.

Основой резины является каучук , натуральный (НК) или синтетический (СК). Синтетический каучук был разработан в СССР академиком Лебедевым С.В. в 20-е годы ХХ века.

Для улучшения свойств в него вводят добавки (ингредиенты):

1. Сера, селен или для электротехнических резин сернистые соединения. Они при взаимодействии с каучуком образуют полимерную сетку.

2. Стабилизаторы (противостарители, антиоксиданты), замедляющие процесс старения резины (парафин, воск). Для этой цели могут наноситься наружные пленки.

3. Мягчители (пластификаторы) - парафин, вазелин, битум...

4. Наполнители, усиливающие и инертные. Их вводят для повышения прочности, износостойкости, снижения стоимости.

Усиливающими наполнителями являются углеродистая сажа, белая сажа, повышающие механические свойства. Инертными- мел, тальк, барит. Последние применяют для снижения стоимости резины.

5. Красители.

Вулканизацией называется процесс химического взаимодействия каучука и серы. В результате вулканизации макромолекулы резины имеют строение редкосетчатое. При этом полимеры, входящие в состав резины, при температуре эксплуатации находятся в высокоэластичном состоянии.

При 1-5% S образуется редкая сетка полимера. Резина в этом случае получается высокоэластичной и мягкой. При 30%S образуется твердый материал- эбонит. Во время вулканизации (Т = 160- 200°С под прессом, Т = 130- 140°С открытым способом) изменяется молекулярная структура полимера. Происходит реакция «сшивания» молекул каучука поперечными связями. В этот момент образуется пространственная сетка и возрастает прочность до s вр = 35 МПа и износостойкость. Повышается также твердость. Ее принято оценивать по методу Шора с помощью прибора ТШМ-2. Здесь в образец вдавливается резиновый шарик и твердость оценивается по глубине его погружения под действием заданной нагрузки. Обычные значения твердости по Шору 30- 90. При твердости 30 резина является мягкой, а при твердости 90 – весьма твердой. Резиновые кольца такой твердости герметизируют соединения с перепадом давления до 400 МПа.

Соотношения единиц твердости и модуля упругости при сжатии.

Упругие характеристики резины во многом определяются ее твердостью. В таблице 3.2 приведены соотношения единиц твердости и модуля упругости при сжатии.

В связи с тем, что модуль упругости резины существенно, на три порядка, ниже модуля упругости стали, то это обстоятельство используется при введении различных амортизирующих прокладок. Поскольку именно высокая податливость (упругость) вызывает резкое снижение резонансной частоты механической системы и сильное демпфирование колебаний.

В машиностроении применяют следующие каучуки:

1. Натуральный каучук (НК) , являющийся полимером изопрена. При Т³ 80- 100°С он размягчается; при Т= 200°С- разлагается. Аморфен. В случае длительного хранения или растяжения возможна кристаллизация.

2. Синтетический каучук бутадиеновый (СКБ) , получен по методу Лебедева. Может набухать в растворителях.

3. Синтетический бутадиенстирольный каучук (СКС) - самый распространенный.

Некоторые марки- СКС-10...СКС-50.

Резины СКС-10, СКД относятся к морозостойким.

4. Синтетический каучук изопреновый (СКИ) .

5. Хлоропреновый отечественный каучук наирит. Имеет высокую эластичность, вибростойкость, маслобензостойкость.

6. Синтетический бутадиеннитрильный каучук (СКН) . Некоторые марки СКН- 18, СКН-25, СКН-40. Зарубежные аналоги- хайкар, пербунал . Изготавливают ремни, прокладки уплотнительные, манжеты. Маслобензостойки.

7. Синтетический каучук теплостойкий (СКТ) . Работает при Т= - 60...+250°С.

8. Светоизносостойкие резины выполнены на основе фтор содержащих, этиленпропиленовых каучуков и бутилкаучуков. СКФ-32, СКФ-26, зарубежные аналогикель-Ф, вайтон .

9. Износостойкие каучуки (СКУ) обладают высокой прочностью, эластичностью. Работают при Т= -30...+130°С. Аналоги зарубежные вулколан, адипрен, джентан, урепан .

Изготавливают автошины, конвейерные ленты, обкладки труб и. т.п.

11. Электротехнические резины изготавливают на основе неполярных каучуков НК, СКБ, СКТ и бутил каучука. Электросопротивление их может составлять r v = 10 11 - 10 15 Ом/см.

Электропроводящие резины, применяемые для экранированных кабелей, изготавливают из НК, СКН, наирита, особенно из полярного СКН- 26, введением в состав углеродной сажи и графита. Электросопротивление составляет r v = 10 2 - 10 4 Ом/см.

Существует много марок резин. Например: 15-РИ-10 (на основе НК), 3826 (на основе СКН-26), В-14-1 (на основе СКН), НО-68-1 (на основе наирита), ИРП-1287 (на основе СКФ-26).

При эксплуатации и хранении под действием внешних факторов резина стареет с ухудшением свойств:

1. Озон и атмосферные условия приводят к растрескиванию.

2. Свет вызывает фотоокисление каучуков.

3. При повышенной температуре (»150°С) многие резины теряют прочность после 1- 10 часов нагрева.

4. В случае низких температур резины становятся стеклообразными, резко возрастает их жесткость.

5. Радиация приводит к повышению твердости и продольного модуля упругости, снижению эластичности.

6. В вакууме у некоторых резин теряется масса. Другие СКИ-3, СКД, СКФ-4, СКТ - устойчивы в вакууме.

Обычно предприятия для обрезиненных деталей указывают срок годности в 1 год.

В крупяной промышленности нашли широкое применение неметаллические материалы (резина, абразив и т. п.), используемые для изготовления рабочих органов шелушильных и шлифовальных машин.

Резина. Резина отличается от других технических материалов уникальным комплексом свойств, из которых главное - высокая эластичность. Это свойство, присущее каучуку - основному компоненту резины, делает ее незаменимым конструкционным материалом в современной технике.

В отличие от металлов, пластмасс, абразива, дерева, кожи и других материалов резина способна к очень большим (в 20..30 раз больше, чем для стали), практически полностью обратимым деформациям под действием относительно небольших нагрузок.

Эластичные свойства резины сохраняются в широком интервале температур и частот деформаций, причем деформация устанавливается в относительно короткие промежутки времени.

Модуль упругости резины при комнатной температуре находится в пределах (10... 100) 105 Па (модуль упругости стали 2000000 10 5 Па).

Важной особенностью резины является также релаксационный характер деформации (снижение напряжения во времени до равновесного значения) . Резина хорошо поддается механической обработке резанием и хорошо шлифуется.

Упругость, прочность и другие свойства резины зависят от температуры. Модуль упругости и модуль сдвига большинства видов резин сохраняют примерно постоянное значение при повышении температуры до 150 С, при дальнейшем повышении температуры - понижаются, и резина размягчается. Примерно при 230° С резина (почти всех видов) становится липкой, а при 240 °С полностью теряет свои упругие свойства.

Резина отличается крайне малой объемной сжимаемостью и большой величиной коэффициента Пуассона, составляющей 0,4...0,5 (для стали 0,25). Исключительная способность к высокоэластичной деформации и высокая усталостная прочность отдельных видов резин сочетаются с рядом других ценных технических свойств: значительная износостойкость, высокий коэффициент трения (от 0,5 и выше), прочность на разрыв и удар, хорошее сопротивление порезам и их разрастанию, газо-, воздухо-, водонепроницаемость, бензо- и маслостойкость, малая плотность (от 0,95 до 1,6), высокая химическая стойкость, диэлектрические свойства и др. Благодаря неповторимой совокупности технических свойств резина стала одним из важнейших конструкционных материалов для различных видов транспорта, сельского хозяйства, машиностроения, а также для производства изделий санитарии и гигиены, предметов народного потребления.

От долговечности и надежности резиновых изделий в значительной мере зависит эффективная работа машин и оборудования во многих отраслях промышленности.

Твердость резины . Под твердостью резины понимается ее способность сопротивляться вдавливанию в нее индентора (стальная игла с притуплённым концом или стальной шарик). Знание твердости резины необходимо для сравнительной оценки жесткости резиновых деталей. Большое практическое значение имеет то обстоятельство, что по твердости резины можно приближенно определить многие другие ее свойства, в частности модуль упругости резины.

Наиболее распространенным способом является определение твердости резины твердомером: ТИР-1 по ГОСТ 263 - 75. Отклонение величины твердости от среднего ее значения составляет для мягкой резины обычно не более ±4 %, а для наиболее твердых сортов ±15 %.

Измерение твердости резины происходит в области ее упругих деформаций, вследствие чего твердость резины является характеристикой ее упругих, а не пластических свойств. Этим твердость резины отличается от твердости металлов, которая характеризуется пластическими деформациями. Следовательно, величина твердости резины может быть использована для определения показателей ее упругости, например модуля упругости или модуля сдвига.

В технических условиях модули упругости и сдвига обычно не указываются, но почти всегда дается твердость резины. Поэтому знание зависимости модулей от твердости очень важно, особенно для проведения предварительных расчетов характеристик упругости резиновых изделий.

Следует учитывать также, что измерить твердость резины можно почти на любом резиновом изделии, а для определения модулей упругости и сдвига нужны специальные образцы.

Многочисленными исследованиями установлено, что модуль упругости Е и модуль сдвига G связаны между собой соотношением Е = 3 G и почти на зависят от марки или состава резины, в частности от вида каучука, на основе которого изготовлена резина, а зависят только от твердости резины. Для различной по составу резины равной твердости модули упругости и модули сдвига различаются не более чем на 10%.

Величина допускаемых напряжений сжатия и сдвига для резиновых изделий. Допускаемые напряжения сжатия в несколько раз выше допускаемых напряжений растяжения, что объясняется чувствительностью растянутой резины к местным дефектам и поверхностным повреждениям.

Допускаемые напряжения при параллельном сдвиге и кручении ниже допускаемых напряжений при растяжении, особенно при длительной динамической нагрузке. Возможность появления кратковременной ударной нагрузки в большинстве случаев не приводит к снижению допускаемых напряжений, если резина работает при нормальной температуре. При длительно действующей динамической нагрузке допускаемые напряжения значительно уменьшаются.

В отечественной литературе для резиновых деталей рекомендуется величина допускаемого напряжения сжатия 11 10 5 Па. Она относится к резине общего назначения средней твердости. Однако во многих случаях резиновые изделия длительно хорошо работают при значительно больших напряжениях. Это свидетельствует о том, что для резины некоторых марок величины допускаемых напряжений занижены.

При оценке прочности резинометаллических изделий допускаемые напряжения должны выбираться с учетом не только предела прочности резины, но и прочности крепления резины к металлу.

Прочность на отрыв крепления резины к металлу при помощи слоя эбонита определяется обычно прочностью резины и находится в пределах (40...60)*10 3 Н/м.

Теплостойкость резины . Этот показатель характеризует работоспособность резины при повышенных температурах. Теплостойкость определяют по изменению с температурой тех показателей свойств материала, которые наиболее важны для конкретных условий применения испытуемой резины. Теплостойкость характеризуют коэффициентом теплостойкости, представляющим собой отношение показателей свойств резины, выбранных за критерий сравнения, при повышенной и комнатной (23 ± 2 С) температурах. В качестве типичных показателей свойств, по которым оценивают теплостойкость резины, часто используют результаты измерений прочности при растяжении, разрывного удлинения или любых других характеристик, важных для конкретных условий применения материала.

Износостойкость резины. Резины и изделия из них часто используют в условиях длительного трения, происходящего под действием значительных нагрузок.

Поэтому важно знать, как происходит износ изделия при трении. Так как трудно воспроизвести все возможные условия трения, оценку износостойкости резины основывают на определении ее поведения в двух крайних условиях - при трении на гладкой поверхности или при трении по сильно шероховатой поверхности, в качестве которой используют шлифовальную шкурку.

При испытании резиновых образцов на истирание в условиях качения с проскальзыванием моделируется работа различных изделий, но в первую очередь шин. Поэтому этот метод испытаний используют для оценки свойств резины, идущей на изготовление протектора колес.

Количественной характеристикой истираемости является отношение потери материала вследствие его интенсивного истирания к затраченной при этом работе сил трения. Истираемость выражают в м3/МДж. Иногда измеряют также обратную величину - сопротивление истиранию. Она представляет собой величину работы сил трения, которую необходимо совершить для того, чтобы произошло истирание образца в объеме 1 см 3 , сопротивление истиранию выражают в МДж/м 3 .

Усталостная выносливость резины . Резиновые изделия в условиях эксплуатации очень часто испытывают многократную периодическую нагрузку. При этом разрушение образца (изделия) наступает не сразу, а после некоторого, иногда очень большого числа циклов нагружения. Это обусловлено постепенным накоплением микроскопических повреждений в образце, которые в конце концов, складываясь друг с другом, приводят к катастрофическому явлению - разрушению. Показателем усталостной выносливости является число циклов многократно периодически повторяющихся нагружений, которое образец резины способен выдержать до разрушения. Испытание на усталостную выносливость резин проводят в строго фиксированных условиях при многократном растяжении образцов, осуществляемом с частотой 250 или 500 циклов в минуту при сравнительно небольших деформациях.

Морозостойкость резины. Этот показатель характеризует способность материала работать в условиях пониженных температур. При снижении температуры любая резина постепенно "твердеет", становится более жесткой и теряет свое основное качество, используемое для изготовления из нее изделий, - легкую деформируемость при сравнительно небольших нагрузках и способность к большим обратимым деформациям.

Поведение резины при низких температурах характеризуют коффициентом морозостойкости и температурой хрупкости.

Под коэффициентом морозостойкости при растяжении понимают отношение удлинения при некоторой низкой температуре к удлинению при комнатной температуре при одинаковой нагрузке, причем нагрузку подбирают таким образом, чтобы относительное удлинение образца при комнатной температуре составляло 100%. Резина считается морозостойкой при выбранной температуре испытаний, если коэффициент морозостойкости не уменьшается ниже 0,1, т. е. резина еще может растянуться, не разрушаясь, на 10 %.

Температуру хрупкости определяют следующим образом. Консольно закрепляют образец и резко (ударом) создают нагрузку. Под температурой хрупкости понимают такую максимальную температуру (до 0°С), при которой образец под действием удара разрушается или в нем возникает трещина.

Обрезиненные валки. Обрезиненные валки, применяемые в машинах типа А1-ЗРД, являются основными рабочими органами. Обрезиненный валок состоит из металлической арматуры и резинового покрытия, которые соединены между собой клеем в процессе вулканизации. Арматура валка представляет собой стальную трубу (гильзу) длиной 400 мм с наружным диаметром 159 мм и внутренним диаметром 150 мм.

В торцах арматуры выфрезерованы пазы размером 12 х 12 мм, служащие для установки резинового валка на полуосях устройства для крепления валков.

На поверхность арматуры методом литья под давлением с последующей вулканизацией нанесен слой резинового покрытия толщиной 20 мм. Резиновая смесь, предназначенная для изготовления валков, составлена по рецепту № 2-605.

Резинотканевые пластины. Резинотканевые пластины РТД-2 применяют для изготовления дек вальцедековых станков 2ДШС-ЗА. Деки изготавливают непосредственно на просозаводе путем набора и крепления резинотканевых пластин в декодержателе. Пластины изготавливают методом вулканизации из резиновой смеси типа 4Э-1014-1 и прорезиненной ткани. Пластина содержит восемь слоев резины и семь слоев прорезиненной ткани.

Резинотканевые пластины РТД-2 выпускают по ТУ 38 УССР 20574 -76.

Для изготовления тормозных планок в шлифовальных поставах RC-125 используют резиновые пластины, допущенные к контакту с пищевыми продуктами (ГОСТ 17133 - 83). Пластины выпускают малой (М), средней (С) и повышенной (П) твердости с толщиной от 1 до 25 мм и размерами стороны квадрата от 250 до 750 мм.

По физико-механическим показателям эта резина характеризуется следующими данными: условная прочность при разрыве от 3,9 до 8,8 МПа (на основе натуральных каучуков); относительное удлинение после разрыва от 200 до 350%; твердость по ТИР 35...55; 50...70 и 65...90 усл. ед. (три диапазона).

Абразивные материалы. Любой минерал естественного или искусственного происхождения, зерна которого обладают достаточной твердостью и способностью резания (царапания), называют абразивным материалом.

Абразивные материалы, применяемые для изготовления абразивных кругов, делятся на естественные и искусственные.

Естественными (природными) абразивными материалами, имеющими промышленное значение, являются минералы: алмаз, корунд, наждак, гранат, кремень, кварц и др. Наиболее употребительны алмаз, корунд и наждак.

Корунд - минерал, состоящий из окиси алюминия (70...95 %) и примесей окиси железа, слюды, кварца и др. В зависимости от содержания примесей корунд имеет различные свойства и цвет.

Наждак - мелкозернистая горная порода, состоящая в основном из корунда, магнетита, гематита, кварца, гипса и других минералов (содержание корунда достигает 30 %). По сравнению с обыкновенным корундом наждак более хрупок и имеет меньшую твердость. Цвет наждака черный, красновато-черный, серо-черный.

К искусственным абразивным материалам относятся алмаз, эльбор, славутич, карбид бора, карбид кремния, электрокорунд и др.

Искусственные абразивные материалы ограничили применение естественных, а в ряде случаев вытеснили последние.

Карбид кремния - абразивный материал, представляющий собой химическое соединение кремния и углерода, получаемое в электрических печах при температуре 2100...2200 °С из кварцевого песка и кокса.

Для абразивной обработки промышленность производит два вида карбида кремния: зеленый и черный. По химическому составу и физическим свойствам они отличаются незначительно, однако зеленый карбид кремния содержит меньше примесей, имеет несколько повышенную хрупкость и большую абразивную способность.

Электрокорунд - абразивный материал, получаемый электрической наплавкой материалов, богатых окисью алюминия (например, боксита и глинозема) .

Размер зерен (зернистость абразивных материалов) определяется размерами сторон ячеек двух сит, через которые просеивают отобранные абразивные зерна. За зернистость принимают номинальный размер стороны ячейки в свету сетки, на которой: задерживается зерно. Зернистость абразивных материалов обозначают номерами.

Связка служит для того, чтобы отдельные абразивные зерна скрепить в одно тело. Вид связки абразивного инструмента существенно влияет на его прочность и режимы работы.

Связки делятся на две группы: неорганические и органические.

К неорганическим связкам относятся керамическая, магнезиальная и силикатная.

Керамическая связка представляет собой стекловидную или фарфоро-подобную массу, составные части которой - огнеупорная глина, полевой шпат, кварц и другие материалы. Смесь из связки и абразивного зерна прессуется в форме или отливается. Литые круги более хрупки и пористы, чем прессованные. Керамическая связка является самой распространенной, так как использование ее в абразивных инструментах рационально для наибольшего числа операций.

Магнезиальная связка представляет собой смесь каустического магнезита и раствора хлористого магния. Процесс изготовления инструмента на Лой связке наиболее прост - составление смеси наждака с магнезиальной связкой в заданном соотношении, уплотнение массы в форме и сушка.

Силикатная связка состоит из жидкого стекла, смешиваемого с окисью цинка, мелом и другими наполнителями. Она не обеспечивает прочного закрепления зерен в круге, так как жидкое стекло слабо сцепляется с абразивными зернами.

К органическим связкам относятся бакелитовая, глифталевая и вулканитовая.

Бакелитовая связка представляет собой бакелитовую смолу в виде порошка или бакелитового лака. Это наиболее распространенная из органических связок.

Глифталевая связка получается при взаимодействии глицерина и фталевого ангидрида. На глифталевой связке инструмент изготавливается примерно так же, как и на бакелитовой.

Вулканитовая связка в своей основе имеет синтетический каучук, Для изготовления кругов абразивный материал смешивают с каучуком, а также серой и другими компонентами в малых количествах.

Для связок приняты следующие условные обозначения: керамическая - К, магнезиальная - М, силикатная -С, бакелитовая - Б, глифталевая - ГФ, вулканитовая - В.

Под твердостью абразивного круга понимается сопротивляемость связки вырыванию шлифующих зерен с поверхности круга под действием внешних сил. Она практически не зависит от твердости абразивного зерна. Чем тверже круг, тем большее усилие нужно приложить, чтобы вырвать зерно из связки. Показателем твердости абразивного инструмента является глубина лунки на поверхности круга (при использовании пескоструйного метода измерения твердости) или показания шкалы прибора Роквелла (при использовании метода вдавливания шарика). Абразивные круги изготовляют самых различных форм и размеров.

Статический дисбаланс абразивного круга. В соответствии с ГОСТ 3060 - 75 статический дисбаланс шлифовального круга характеризует неуравновешенность шлифовального круга, вызванную несовпадением его центра тяжести с осью вращения.

Мерой статического дисбаланса служит масса груза, который, будучи сосредоточен в точке периферии круга, противоположной его центру тяжести, перемещает последний на ось вращения круга,

В зависимости от числа единиц дисбаланса и высоты круга устанавливаются четыре класса дисбаланса. С увеличением класса дисбаланса допускается большая величина неуравновешенной массы.

Абразивные круги - это основные рабочие органы ряда машин, применяемых для шлифования зерна при выработке крупы. К таким машинам относятся A1-ЗШН-З, А1-БШМ-2,5, ЗШН, RC-125 и др.

Абразивные круги, используемые в машинах A1-ЗШН-З и ЗШН, представляют собой сборные конструкций, состоящие из шлифовального круга, закрепленного в двух стальных втулках. Втулки выполняют роль ступиц, посредством которых абразивные круги крепятся на валу машины. На нижней втулке симметрично расположено 12 отверстий для установки балансировочного груза и трех распорных стержней, обеспечивающих размещение на валу кругов с интервалом.

Применяют в этом случае шлифовальные круги ПВД двух типов: плоские с двухсторонней выточкой и такие же круги с наружным коническим профилем.

В. комплект машины A1-ЗШН-З входят пять кругов ПВД плоских с двухсторонней выточкой и один крут плоский с двухсторонней выточкой и наружным коническим профилем. В комплект машины ЗШН входит один круг с наружным коническим профилем и шесть кругов прямого профиля. В шлифовальной машине А1-БШМ-2,5 применяют восемь абразивных кругов прямого профиля ПП. Перед установкой в машину круги насаживают на деревянные втулки, наружный диаметр которых равен внутреннему диаметру отверстия кругов. В таком виде круги устанавливаются и закрепляются на валу, образуя сплошной цилиндр. Сводные данные абразивных кругов, используемых в шлифовальных машинах A1-ЗШН-З, ЗШН и А1-БШМ-2,5, приведены в таблице 1.

Основным рабочим органом шлифовальной машины RC-125 является конусный барабан усеченной формы, боковую поверхность которого покрывают искусственной абразивной массой, состоящей из смеси наждака, каустического магнезита и раствора хлористого магния. Зернистость наждака подбирают с учетом требований по обеспечению эффективного шлифования зерна.

Износившуюся поверхность ротора обычно восстанавливают в условиях крупяного завода по указанной выше технологии для абразивных изделий на магнезиальной связке.

Ситовые цилиндры. В шлифовальных машинах вокруг абразивных кругов с определенным зазором устанавливают перфорированные цилиндры различных конструкций. Так как зерно обрабатывается между вращающимися абразивными кругами и неподвижным перфорированным цилиндром под действием сил трения, цилиндры подвержены интенсивному износу.

Ситовой цилиндр машины A1-ЗШН-З изготавливают из перфорированного стального листа толщиной 0,8... 1,0 мм с продолговатыми отверстиями размером 1,2 х 20 мм. Цилиндр снабжен верхним и нижним кольцами. К верхнему кольцу прикреплено два упора, предотвращающих круговое перемещение цилиндра во время работы машины.

Ситовой цилиндр для машин типа ЗШН по конструкции аналогичен вышеописанному. Его внутренний диаметр 270 мм.

Ситовой цилиндр в машине А1-БШМ-2.5 каркасного типа, состоит из двух полуцилиндров. Полуцилиндры соединены между собой в верхней части болтами, в нижней - специальными зажимами (откидными болтами). Для изготовления одного полуцилиндра используют сито с продолговатыми отверстиями размерами 1,2 х 20 мм и толщиной листа 1 мм. Размеры листа 870 х 460 мм. Сито крепится к каркасу легкосъемными гонками. Такая конструкция ситового цилиндра обеспечивает равномерный рабочий зазор между ним и абразивными кругами, небольшую трудоемкость при замене изношенных сит и гонков, а также установке цилиндров в машину. Срок службы сит толщиной 1 мм около 200 ч.

Сжатый воздух. Величины, характеризующие воздух в данном состоянии, называются параметрами состояния. Чаще всего состояние воздуха определяется следующими параметрами: удельным объемом, давлением и температурой. Применяя сжатый воздух в качестве рабочего агента для шелушения зерна, используют зависимости аэродинамики, объясняющие и раскрывающие явления, происходящие при обтекании твердого тела (зерна) воздушным потоком большой скорости. При обтекании воздушным потоком на его поверхности возникают касательные силы трения или силы вязкости, создающие касательные напряжения.

Характерная особенность воздуха - упругость и сжимаемость. Мерой упругости воздуха является давление, ограничивающее его расширение. Сжимаемостью называется свойство воздуха изменять свой объем и плотность при изменении давления и температуры.

Термическое уравнение состояния идеального газа широко применяют при исследовании термодинамических процессов и в теплотехнических расчетах.

В большинстве рассматриваемых в аэродинамике задач относительная скорость движения газа велика, а теплоемкость и температурные градиенты малы, поэтому теплообмен между отдельными струйками движущегося газа практически невозможен. Это позволяет принять зависимость плотности от давления в форме адиабатического закона.

Характеристикой энергетического состояния газа является скорость звука в нем. Под скоростью звука в газовой динамике понимают скорость распространения в газе слабых возмущений.

Важнейшим газодинамическим параметром является число Маха М = с/а - отношение скорости движения газа с к местной скорости звука а в нем.

Истечение газов через сопла. В практических задачах для ускорения воздушного потока применяют различные типы сопел (насадок).

Скорость истечения и расход воздуха, т. е. количество воздуха, вытекающего в единицу времени, определяют по известным в аэродинамике зависимостям. В этих случаях прежде всего находят отношение P 2 /P 1 , где Р 2 - давление среды на выходе из сопла; Р 1 - давление среды на входе в сопло.

Для получения скоростей истечения выше критических (сверхзвуковые скорости) используют расширяющееся сопло или сопло Лаваля.

Энергетические показатели сжатого воздуха. Процесс шелушения зерна с помощью струи воздушного потока, движущегося с критической и сверхкритической скоростями, базируется на основных закономерностях аэродинамики больших скоростей. Следует отметить, что использование высокоскоростной воздушной струи для шелушения является энергоемкой операцией, так как для производства сжатого воздуха требуются значительные энергетические затраты.

Так, например, для двухступенчатых компрессоров на конечное давление 8 105 Па удельный расход мощности (в кВт мин/м3) в зависимости от производительности (м 3 /мин) характеризуется следующими данными:

Применение сжатого воздуха для шелушения эффективно в тех случаях, когда стоимость обрабатываемого сырья в несколько раз выше стоимости энергии или когда невозможно достичь требуемой обработки продукта другими способами.

Резины и эластомеры (эластопласты) классификация, свойства, хранение.

РЕЗИНА - эластичный материал, образующийся в результате вулканизации натурального (НК) и синтетических каучуков (СК). Представляет собой сетчатый эластомер-продукт поперечного сшивания молекул каучуков химическими связями. Свойства определяются как применяемым каучуком, так и ингредиентами резиновой смеси (подробнее ниже). Резины, в общем, имеют более высокую теплостойкость, чем каучуки. Современная физическая теория упрочнения каучука объясняет повышение его прочности наличием сил связи (адсорбции и адгезии), возникающих между каучуком и наполнителем, а также образованием непрерывной цепочно-сетчатой структуры наполнителя вследствие взаимодействия между частицами наполнителя. Возможно и химическое взаимодействие каучука с наполнителем.

ПРОИЗВОДСТВО РЕЗИНЫ

Пластикация. Одно из важнейших свойств каучука - пластичность - используется в производстве резиновых изделий. Чтобы смешать каучук с другими ингредиентами резиновой смеси, его нужно сначала умягчить, или пластицировать, путем механической или термической обработки. Этот процесс называется пластикацией каучука. Открытие Т.Хэнкоком в 1820 возможности пластикации каучука имело огромное значение для резиновой промышленности. Его пластикатор состоял из шипованного ротора, вращающегося в шипованном полом цилиндре; это устройство имело ручной привод. В современной резиновой промышленности используются три типа подобных машин до ввода других компонентов резиновой смеси в каучук. Это - каучукотерка, смеситель Бенбери и пластикатор Гордона.

Использование грануляторов - машин, которые разрезают каучук на маленькие гранулы или пластинки одинаковых размеров и формы, - облегчает операции по дозировке и управлению процессом обработки каучука. каучук подается в гранулятор по выходе из пластикатора. Получающиеся гранулы смешиваются с углеродной сажей и маслами в смесителе Бенбери, образуя маточную смесь, которая также гранулируется. После обработки в смесителе Бенбери производится смешивание с вулканизующими веществами, серой и ускорителями вулканизации.

Приготовление резиновой смеси. Химическое соединение только из каучука и серы имело бы ограниченное практическое применение. Чтобы улучшить физические свойства каучука и сделать его более пригодным для эксплуатации в различных применениях, необходимо модифицировать его свойства путем добавления других веществ. Все вещества, смешиваемые с каучуком перед вулканизацией, включая серу, называются ингредиентами резиновой смеси. Они вызывают как химические, так и физические изменения в каучуке. Их назначение - модифицировать твердость, прочность и ударную вязкость и увеличить стойкость к истиранию, маслам, кислороду, химическим растворителям, теплу и растрескиванию. Для изготовления резин разных применений используются различные составы.

Ускорители и активаторы . Вещества, называемые ускорителями, при использовании вместе с серой уменьшают время вулканизации и улучшают физические свойства каучука. Примерами неорганических ускорителей являются свинцовые белила, свинцовый глет (монооксид свинца), известь и магнезия (оксид магния). Органические ускорители гораздо более активны и являются важной частью почти любой резиновой смеси. Они вводятся в смесь в относительно малой доле: обычно бывает достаточно от 0,5 до 1,0 части на 100 частей каучука. Большинство ускорителей полностью проявляет свою эффективность в присутствии активаторов, таких, как окись цинка, а для некоторых требуется органическая кислота, например стеариновая. Поэтому современные рецептуры резиновых смесей обычно включают окись цинка и стеариновую кислоту.

Мягчители (пластификаторы). Мягчители и пластификаторы обычно используются для сокращения времени приготовления резиновой смеси и понижения температуры процесса. Они также способствуют диспергированию* ингредиентов смеси, вызывая набухание или растворение каучука. Типичными мягчителями являются парафиновое и растительные масла, воски, олеиновая и стеариновая кислоты, хвойная смола, каменноугольная смола и канифоль, вазелин, битумы и дибутилфталат**. Количество мягчителей составляет 8—30 % массы каучука.

*Диспергирование - тонкое измельчение твердых и жидких тел в какой-либо среде для получения порошков, суспензий и эмульсий.

**Дибутилфталат,ди-н-бутиловый эфир о-фталевой кислоты, С 6 Н 4 (СООС 4 Н 9) 2 , бесцветная маслянистая жидкость со слабым фруктовым запахом; t kип 206°С (10 мм рт. ст.); плотность 1047-1050 кг/м 3 (25°С); показатель преломления n 25 D 1,490-1,493; растворимость в воде 0,1% (20°С). Д. получают из н-бутилового спирта и фталевого ангидрида в присутствии кислотных катализаторов. Д. - пластификатор поливинилхлорида, полистирола и многих др. пластмасс и синтетических каучуков (БСЭ).

Наполнители. Вещества добавляемые к каучуку для удешевления получаемых из него продуктов (наполнители или инертные наполнители). Некоторые вещества усиливают каучук, придавая ему прочность и сопротивляемость износу, они называются упрочняющими наполнителями (или активными, или усиливающими наполнителями). Углеродная (газовая) сажа в тонко измельченной форме - наиболее распространенный упрочняющий наполнитель; она относительно дешева и является одним из самых эффективных веществ такого рода. Протекторная резина автомобильной шины содержит приблизительно 45 частей углеродной сажи на 100 частей каучука. Другими широко используемыми упрочняющими наполнителями являются окись цинка, карбонат магния, кремнезем, карбонат кальция и некоторые глины, однако все они менее эффективны, чем газовая сажа. Следует упомянуть, что часто в состав резиновой смеси вводят регенерат — продукт переработки старых резиновых изделий и отходов резинового производства. Кроме снижения стоимости регенерат повышает качество резины, снижая ее склонность к старению.

Антиоксиданты и противостарители. Использование антиоксидантов для сохранения нужных свойств резиновых изделий в процессе их старения и эксплуатации началось после Второй мировой войны. Как и ускорители вулканизации, антиоксиданты - сложные органические соединения, которые при концентрации 1-2 части на 100 частей каучука препятствуют росту жесткости и хрупкости резины. Воздействие воздуха, озона, тепла и света - основная причина старения резины. Некоторые антиоксиданты также защищают резину от повреждения при изгибе и нагреве. Упрощенно, действие антиоксидантов заключается в том, что они задерживают окисление каучука посредством окисления их самих или за счет разрушения образующихся перекисей каучука применяются альдоль, неозон Д и др.). Противостарители (парафин, воск)же образуют поверхностные защитные пленки, они применяются реже.

Пигменты . Хотя упрочняющие и инертные наполнители и другие ингредиенты резиновой смеси часто называют пигментами, хотя используются и настоящие пигменты, которые придают цвет резиновым изделиям. Оксиды цинка и титана, сульфид цинка и литопон применяются в качестве белых пигментов. Желтый крон, железоокисный пигмент, сульфид сурьмы, ультрамарин и ламповая сажа используются для придания изделиям различных цветовых оттенков. Некоторые красящие вещества (белые, желтые, зеленые) поглощают коротковолновую часть солнечного спектра и этим защищают резину от светового старения.

Каландрование. После того как сырой каучук пластицирован и смешан с ингредиентами резиновой смеси, он подвергается дальнейшей обработке перед вулканизацией, чтобы придать ему форму конечного изделия. Тип обработки зависит от области применения резинового изделия. На этой стадии процесса широко используются каландрование и экструзия.

Каландры представляют собой машины, предназначенные для раскатки резиновой смеси в листы или промазки ею тканей. Стандартный каландр обычно состоит из трех горизонтальных валов, расположенных один над другим, хотя для некоторых видов работ используются четырехвальные и пятивальные каландры. Полые каландровые валы имеют длину до 2,5 м и диаметр до 0,8 м. К валам подводятся пар и холодная вода, чтобы контролировать температуру, выбор и поддержание которой имеют решающее значение для получения качественного изделия с постоянной толщиной и гладкой поверхностью. Соседние валы вращаются в противоположных направлениях, причем частота вращения каждого вала и расстояние между валами точно контролируются. На каландре выполняются нанесение покрытия на ткани, промазка тканей и раскатка резиновой смеси в листы.

Экструзия. Экструдер применяется для формования труб, шлангов, протекторов шин, камер пневматических шин, уплотнительных прокладок для автомобилей и других изделий. Он состоит из стального цилиндрического корпуса, снабженного рубашкой для нагрева или охлаждения. Плотно прилегающий к корпусу шнек подает невулканизованную резиновую смесь, предварительно

нагретую на вальцах, через корпус к головке, в которую вставляется сменный формующий инструмент, определяющий форму получаемого изделия. Выходящее из головки изделие обычно охлаждается струей воды. Камеры пневматических шин выходят из экструдера в виде непрерывной трубки, которая потом разрезается на части нужной длины. Многие изделия, например уплотнительные прокладки и небольшие трубки, выходят из экструдера в окончательной форме, а потом вулканизуются. Другие изделия, например протекторы шин, выходят из экструдера в виде прямых заготовок, которые впоследствии накладываются на корпус шины и привулканизовываются к нему, меняя свою первоначальную форму.

Вулканизация. Далее необходимо вулканизовать заготовку, чтобы получить готовое изделие, пригодное к эксплуатации. Вулканизация проводится несколькими способами. Многим изделиям придается окончательная форма только на стадии вулканизации, когда заключенная в металлические формы резиновая смесь подвергается воздействию температуры и давления. Автомобильные шины после сборки на барабане формуются до нужного размера и затем вулканизуются в рифленых стальных формах. Формы устанавливаются одна на другую в вертикальном вулканизационном автоклаве, и в замкнутый нагреватель запускается пар. В невулканизованную заготовку шины вставляется пневмомешок той же формы, что и камера шины. По гибким медным трубкам в него запускаются воздух, пар, горячая вода по отдельности или в сочетании друг с другом; эти служащие для передачи давления текучие среды раздвигают каркас шины, заставляя каучук втекать в фасонные углубления формы. В современной практике технологи стремятся к увеличению числа шин, вулканизуемых в отдельных вулканизаторах, называемых пресс-формами. Эти литые пресс-формы имеют полые стенки, обеспечивающие внутреннюю циркуляцию пара, горячей воды и воздуха, которые подводят тепло к заготовке. В заданное время пресс-формы автоматически открываются.

Были разработаны автоматизированные вулканизационные прессы, которые вставляют в заготовку шины варочную камеру, вулканизуют шину и удаляют варочную камеру из готовой шины.

Варочная камера является составной частью вулканизационного пресса. Камеры шин вулканизуются в сходных пресс-формах, имеющих гладкую поверхность. Среднее время вулканизации одной камеры составляет около 7 мин при 155° С. При меньших температурах время вулканизации возрастает.
Многие изделия меньшего размера вулканизуются в металлических пресс-формах, которые размещаются между параллельными плитами гидравлического пресса. Плиты пресса внутри полые, чтобы обеспечить доступ пара для нагрева без непосредственного контакта с изделием. Изделие получает тепло только через металлическую пресс-форму.
Многие изделия вулканизуются нагревом в воздухе или углекислом газе. Прорезиненная ткань, одежда, плащи и резиновая обувь вулканизуются таким способом. Процесс обычно проводится в больших горизонтальных вулканизаторах с паровой рубашкой. Резиновые смеси, вулканизуемые сухим теплом, обычно содержат меньшую добавку серы, чтобы исключить выход части серы на поверхность изделия. Для уменьшения времени вулканизации, которое, как правило, больше, чем при вулканизации открытым паром или под прессом, используются вещества-ускорители.

Некоторые резиновые изделия вулканизуются погружением в горячую воду под давлением. Листовой каучук наматывается между слоями муслина на барабан и вулканизуется в горячей воде под давлением. Резиновые груши, шланги, изоляция для проводов вулканизуются в открытом паре. Вулканизаторы обычно представляют собой горизонтальные цилиндры с плотно подогнанными крышками.
Пожарные шланги вулканизуются паром с внутренней стороны и таким образом играют роль собственных вулканизаторов. Каучуковый шланг втягивается вовнутрь плетеного хлопчатобумажного шланга, к ним прикрепляются соединительные фланцы и внутрь заготовки на заданное время под давлением нагнетается пар.

Вулканизирующие вещества (агенты) участвуют в образовании пространственно-сеточной структуры вулканизата. Обычно в качестве таких веществ применяют серу и селен, для некоторых каучуков перекиси. Для резины электротехнического назначения вместо элементарной серы (которая взаимодействует с медью) применяют органические сернистые соединения — тиурам (тиурамовые резины).

Перспективны использование порошкообразных каучуков и композиций и получение литьевых резин методами жидкого формования из композиций на основе жидких каучуков. При вулканизации смесей, содержащих 30-50% по массе S в расчете на каучук, получают эбониты .

ТВЕРДАЯ* РЕЗИНА И МЯГКАЯ РЕЗИНА

Изделия из твердой резины отличаются от изделий из мягкой резины главным образом количеством серы (или другого агента), используемого при вулканизации. Когда количество серы в резиновой смеси превышает 5%, в результате вулканизации получается твердая резина. Резиновая смесь может содержать до 47 частей серы на 100 частей каучука; при этом получается твердый и жесткий продукт, называемый эбонитом, поскольку похож на эбеновое (черное) дерево.

Изделия из твердой резины обладают хорошими диэлектрическими свойствами и используются в электротехнической промышленности в качестве изоляторов, например в распределительных щитах, вилках, розетках, телефонах и аккумуляторах. Изготовленные с применением твердой резины трубы, клапаны и арматура применяются в тех областях химической промышленности, где требуется коррозионная стойкость. Изготовление детских игрушек - еще одна статья потребления твердой резины.

*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 снижают твердость резины.

Свойства. Резину можно рассматривать как сшитую коллоидную систему, в которой каучук составляет дисперсионную среду, а наполнители - дисперсную фазу. Важнейшее свойство резины - высокая эластичность, т. е. способность к большим обратимым деформациям в широком интервале температур.Резина сочетает в себе свойсиства твердых тел (упругость, стабильность формы), жидкостей (аморфность, высокая деформируемость при малом объемном сжатии) и газов (повышение упругости вулканизационных сеток с ростом температуры, энтропийная природа упругости).

Резина - сравнительно мягкий, практически несжимаемый материал. Комплекс ее свойств определяется в первую очередь типом каучука (см. Список и Таблицу ниже); cвойства могут существенно изменяться при комбинировании каучуков разл. типов или их модификации.

Модуль упругости резины различных типов при малых деформациях составляет 1-10 МПа, что на 4-5 порядков ниже, чем для стали;

Коэфициент Пауссона резины близок к 0,5.

Упругие свойствава резины нелинейны и носят резко выраженный релаксационный характер: зависят от режима нагружения, величины, времени, скорости (или частоты), повторности деформаций и теспературы. Относительное удлинение достигает 1000%

Деформация обратимого растяжения резины может достигать 500-1000% (для стали примерно 1%).

Сжимаемость резины - для инженерных расчетов резину обычно считают несжимаемой.

Нижний предел температурного диапазон а высокоэластичности резины обусловлен главным образом температурой стеклования каучуков, а для кристаллизующихся каучуков зависит также от температуры и скорости кристаллизации.

Верхний температурный предел эксплуатации резины связан с термичической стойкостью каучуков и поперечных химических связей, образующихся при вулканизации. Ненаполненные резины на основе некристаллизующихся каучуков имеют низкую прочность. Применение активных наполнителей (высокодисперсных саж, SiO 2 и др.) позволяет на порядок повысить прочностные характеристики резины и достичь уровня показателей резины из кристаллизующихся каучуков.

Твердость резины определяется содержанием в ней наполнителей и пластификаторов, а также степенью вулканизации.

Плотность резины рассчитывают как средневзвешенное по объему значение плотностей отдельных компонентов. Аналогичным образом могут быть приближенно вычислены (при объемном наполнении менее 30%) теплофизические характеристики резины: коэфициент термического расширения, удельная объемная теплоемкость, коэфициент теплопроводности.

Резины незначительно поглощают воду и ограниченно набухают в органических растворителях.

Известны резины, характеризующиеся масло-, бензо-, водо-, паро- и термостойкостью, стойкостью к действию химически агрессивных сред, озона, света, ионизирующих излучений. При длит. хранении и эксплуатации резины подвергаются старению и утомлению, приводящим к ухудшению их механических свойств, снижению прочности и разрушению. Срок службы резины в зависимости от условий эксплуатации от нескольких дней до нескольких десятков лет.

Классификация резин.

По назначению различают следующие основные группы резины:

Общего назначения,

Специального назначения, в том числе:

Теплостойкие,

Морозостойкие,

Маслобензостойкие,

Стойкие к действию химически агрессивных сред, в том числе стойкие к гидравлическим жидкостям,

Диэлектрические,

Электропроводящие,

Магнитные,

Огнестойкие,

Радиационностойкие,

Вакуумные,

Фрикционные (износостойкие*),

Пищегого и медицинского назначения,

для условий тропического и другого климата

По типам:

получают также

Пористые, или губчатые

Цветные и прозрачные резины.

*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 (определяется как отношение уменьшения объема образца при истирании к работе, затраченной на истирание, и выражается в м3/МДж[см3/(кВт(ч)].
Сопротивление истиранию (определяется как отношение затраченной работы на истирание к уменьшению объема образца при истирании и выражается в МДж/м3 [см3/(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.

Каучуки и эластомеры (эластопласты).

1)Натуральный (НК) и синтетические изопреновые (СКИ). Плотность каучуков 910-920кг/м 3 , предел прочности 24-34МПа, относительное удлинение 600-800%. По эластическим свойствам марка СКИ-3 превосходит большую часть известных ныне СК и практически равноценна НК. Кроме того, выпускают изопреновый каучук пищевой СКИ-Зп, СКИ-Зс-для цветных изделий, СКИ-ЗНТП - для светлых тонкостенных изделий и др. Изопреновые каучуки применяются в производстве конвейерных лент, формовых изделий, губчатых медицинских и других изделий.

2)Бутадиеновый (СКД). Плотность каучука 900-920кг/м 3 , предел прочности 13-16МПа, относительное удлинение 500-600% . Известны: СКД I и II групп, различающиеся по пластичности, а также СКДМ - маслонаполненный, с содержанием масла от 16 до 25 ч. (по массе), СКДП - содержащий 9-10 % пиперилена. СКД обладает высокими морозостойкостью и сопротивлением истиранию. Резиновые смеси на основе СКД плохо перерабатываются экструзией и каландрованием. Для улучшения этих свойств, к СКД добавляют НК и СКИ-3. Маслонаполненный СКД обладает лучшими пластоэластическими свойствами, а вулканизаты на его основе - комплексом улучшенных физико-механических свойств. Смеси на основе СКД характеризуются низкой клейкостью. СКД уступает НК по прочности вулканизатов.

3)Бутилкаучук (БК) обладает стойкостью к кислороду, озону и другим химическим реагентам. Каучук обладает высоким сопротивлением истиранию и высокими диэлектрическими характеристиками. По температуростойкости уступает другим резинам,. Основным физическим свойством БК является необычно высокая газо- и влагонепроницаемость. Камера шины из этого материала удерживает воздух в 10 раз дольше, чем камера из натурального каучука. Бутилкаучук широко применяют как каучук общего и специального назначения. В производстве РТИ из БК изготовляют паропроводные рукава, конвейерные ленты и резиновые технические детали, от которых требуются повышенные тепло-, паро-, озоно- и химическая стойкость. БК применяют для изготовления электроизоляционных резин, различных прорезиненных тканей и обкладки химической аппаратуры. Резины из БК используются в деталях доильных аппаратов и в пищевой промышленности.

Каучук кристаллизующийся, что позволяет получать материал с высокой прочностью (хотя эластические свойства низкие).

4)Бутадиенстирольный (СКС) и бутадиенметилстирольные (СКМС) каучуки. Плотность каучука 919-920кг/м 3 , предел прочности 19-32МПа, относительное удлинение 500-800% Резины на основе бутадиенстирольных и бутадиенметилстирольных каучуков имеют высокое сопротивление истиранию. Резины из этих каучуков широко применяются в производстве конвейерных лент для обкладочных резин, различных РТИ. Выпускаются специальные марки морозостойких каучуков с пониженным содержанием стирола или метилстирола: СКС-Ю, СКМС-10 и СКС-10-1.

5)Бутадиеннитрильный (СКН). Резины на основе СКН обладают высокой прочностью, хорошо сопротивляются истиранию, но по эластичности уступают резинам на основе НК, превосходят их по стойкости к старению и действию разбавленных кислот и щелочей. Бутадиеннитрильный -основной тип маслобензостойкого каучука, широко применяемого при изготовлении очень большого ассортимента РТИ. Нитрильные каучуки маслостойки в степени, соответствующей содержанию в них акрилонитрила. Промышленность РТИ применяет следующие типы каучуков: СКН-18,СКН-18M, СКН-26, СКН-26М, СКН-40М, СКН-40Т, СКН-18РВДМ, СКН-26РВДМ. В настоящее время разработаны новые типы бутадиеннитрильных каучуков. К ним относятся: каучук с большим содержанием акрилонитрила, мягкого типа, получаемый с нетоксичным эмульгатором,- СКН-50СМ; модифицированный поливинилхлоридом - СКН-18ПВХ и др.

6)Этиленпропиленовые (СКЭП и СКЭПТ) сополимер этилена с пропиленом — представляет собой белую каучукообразную массу, которая обладает высокой прочностью и эластичностью, очень устойчива к тепловому старению, имеет хорошие диэлектрические свойства. Кроме СКЭП выпускают тройные сополимеры СКЭПТ.
Каучуки обладают комплексом ценных свойств (тепло-, свето- и озоностойкостью), позволяющих использовать их в производстве резин как общего, так и специального назначения. Стойки к действию сильных окислителей (HNOз, Н2О2 и др.), применяются для уплотнительных изделий, диафрагм, гибких шлангов и т. д., не разрушаются при работе в атмосферных условиях в течение нескольких лет. Он используется для производства формовых и неформовых изделий, изоляции, герметиков для гидравлических систем. Такой каучук изготавливается из дешевых сырьевых материалов и находит многочисленные применения в промышленности.
Этиленпропиленовый каучук имеет высокую воздухопроницаемость.

7)Хлоропреновый (ХК) = Найрит. Резины на основе наирита обладают высокой эластичностью, вибростойкостью, озоностойкостью, устойчивы к действию топлива и масел, хорошо сопротивляются тепловому старению. (Окисление каучука замедляется экранирующим действием хлора на двойные связи.)(масло -, бензо -, озоностойкость, негорючесть, повышенную теплостойкость), определяющих специфику его применения. Они не содержат серы в молекулярной цепи, более регулярны и кристаллизуются с большей скоростью. отличные динамические свойства. Наириты применяются в производстве клиновых ремней, формовой и неформовой техники, рукавов, лент и других РТИ. Резины на основе наирита с успехом используют для обкладки химической аппаратуры, подвергающейся действию щелочей, растворов солей и других агрессивных сред. Промышленностью выпускаются и жидкие наириты - которые используют для антикоррозионных и защитных покрытий.
Выпускаемые хлоропреновые каучуки могут быть разделены на две основные группы: модифицированные серой и модифицированные меркаптанами. К первой группе относятся наирит СР-50, наирит СР-100, наирит КР-50, которые содержат серу в молекулярной цепи, менее регулярны и имеют сравнительно невысокую скорость кристаллизации. Ко второй группе относятся наирит П, наирит НП, наирит ПНК, наирит НЕ. Освоено производство наиритов новых марок - ДФ, ДКР, ДН и др.

8)Хлорсульфированый полиэтилен (ХСПЭ) обладают повышенным сопротивлением истиранию при нагреве, озоно-, масло- и бензостойки, хорошие диэлектрики. Применяют как конструкционный и защитный материал (противокоррозионные, не обрастающие в морской воде водорослями и микроорганизмами покрытия), для защиты от воздействия излучения. Его вулканизаты обладают отличной озоностойкостью, высоким сопротивлением износу и стойкостью к атмосферным воздействиям, низким водопоглощением, хорошими диэлектрическими показателями, высокой химической стойкостью. ХСПЭ используют для обкладки конвейерных лент, транспортирующих нагретые материалы. Рекомендуется применять его в производстве рукавов, ремней, теплостойких уплотнителей, прокладок, губчатых изделий, специальных видов прорезиненных тканей.
К недостаткам относятся сравнительно высокое теплообразование, значительные остаточные деформации и газовыделение при нагревании.

9)Уретановый (СКУ)/ Полиуретановый обладают высокой прочностью, эластичностью, сопротивлением истиранию, маслобензостойкостыо. Стоек к кислороду и озону, его газонепроницаемость в 10 — 20 раз выше, чем у НК. Уретановые резины стойки к воздействию радиации. Резины на основе СКУ применяют для автомобильных шин, транспортерных лент, обкладки труб и желобов для транспортировки абразивных материалов, обуви и др.

На основе сложных полиэфиров вырабатывают СКУ-7, СКУ-8, СКУ-50; на основе простых полиэфиров - СКУ-ПФ, СКУ-ПФЛ.

10)Полисульфидный (ПСК) Тиокол. Устойчив к топливу и маслам, к действию кислорода, озона, солнечного света. Имеет высокую газонепроницаемость — хороший герметизирующий материал, хорошие характеристики старения, высокое сопротивление раздиру. Водные дисперсии тиоколов используют для герметизации железобетонных резервуаров.
Механические свойства резины на основе тиокола невысокие.

11)Акрилатный (АК)/ Полиакрилатный. Достоинством акрилатных резин является стойкость к действию серосодержащих масел при высоких температурах; их широко применяют в автомобилестроении. Они стойки к действию кислорода, достаточно теплостойки, обладают адгезией к полимерам и металлам. Отличительные свойства акриловых каучуков - это их высокая тепло- и маслостойкость. По теплостойкости они уступают только силоксановым и фторкаучукам. Общей особенностью СКУ является исключительно высокое сопротивление истиранию. По этому показателю они значительно превосходят не только все типы каучуков общего и специального назначения, но и многие металлы. Наряду с этим СКУ отличаются хорошей эластичностью.
Рекомендуется применять акрилатные каучуки для различных тепло- и маслостойких уплотнительных изделий (например, сальников, колец, прокладок), рукавов, диафрагм, защитных покрытий, гумирования аппаратуры, липких лент; для изготовления изделий, работающих в условиях истирания: различных формовых изделий, печатных валиков, обкладок трубопроводов и спускных желобов, по которым транспортируются абразивные материалы, и т. д.
Недостатками являются низкая морозостойкость, невысокая стойкость к воздействию горячей воды и пара.
СКУ на основе простых эфиров известны под марками СКУ-ПФ, СКУ-ПФЛ; на основе сложных эфиров - СКУ-8, СКУ-7, СКУ-8П, СКУ-7Л, СКУ-7П.

12)Фторкаучук (СКФ). Каучуки устойчивы к тепловому старению, воздействию масел, топлива, различных растворителей (даже при повышенных температурах), негорючи стойки к действию сильных окислителей (HNOз, Н2О2 и др.), применяются для уплотнительных изделий, диафрагм, гибких шлангов и т. д., не разрушаются при работе в атмосферных условиях в течение нескольких лет.
Вулканизованные резины обладают высоким сопротивлением истиранию. Теплостойкость длительная. Резины из фторкаучуков широко применяют в авто- и авиапромышленности. Из фторкаучуков изготавливают уплотнительные и герметизирующие детали, предназначенные для работы в маслах и топливах при 200 °С и выше. Фторкаучуки нашли применение и в производстве рукавов, шлангов и трубок для горючих агрессивных жидкостей и газов, изоляции проводов и кабелей, эксплуатируемых в условиях высоких температур. Из фторкаучуков изготовляют губчатый материал, характеризующийся высокой стойкостью к агрессивным жидкостям и электрической прочностью в широком интервале температур. Широко используют также герметики из фторкаучуков.

Недостатками является малая стойкость к большинству тормозных жидкостей и низкая эластичность.

Наиболее широкое промышленное применение нашли две марки фторкаучуков: СКФ-26 и СКФ-32, выпускается фторкаучук СКФ-26НМ для изготовления термомаслобензостойких герметиков.

13)Силоксановый=Силиконовый (СКТ). Плотность каучука 1700-2000кг/м 3 , предел прочности 35-80МПа, относительное удлинение 360% .
СКТ — синтетический каучук теплостйкий. Их применяют как эластичные материалы специального назначения в различных отраслях промышленности, многих областях техники. Силоксановые резины используют для изготовления уплотнителей, мембран, профильных деталей для герметизации дверей и окон, кабин самолетов, а также гибких соединений, выдерживающих очень низкие температуры в высоких слоях атмосферы, значительные концентрации озона и солнечной радиации. Их сопротивление старению и диэлектрические характеристики также весьма высоки.
Высокая теплостойкость резин из силоксанового каучука, позволяет применять их также для изготовления резинометаллических виброизоляторов (амортизаторов), антивибраторов воздухопроводов, оболочек свечей зажигания, уплотнителей прожекторов и т. п. Следует сказать также об оснащении силоксановым резинами промышленных печей и различных аппаратов, работающих при высоких температурах (башен для крекинга нефтепродуктов, газопроводов, рекуперационных установок и т. д.). Из резин на основе силоксанового каучука изготавливают теплостойкие рукава. Кроме того, повышенная стоимость таких резин окупается длительной работоспособностью их по сравнению с обычными резинами.
В растворителях и маслах он набухает, имеет низкую механическую стойкость, высокую газопроницаемость, плохо сопротивляется истиранию.
Выпускаются каучуки СКТ, СКТВ, СКТВ-1 и СКТН и др.

14)Фторсилоксановый=Фторсиликоновый= (СКТФТ). Сочетает хорошие температурные характеристики силиконов с определенной химической стойкостью на маслах и топливах. Обеспечивает значительное расширение области применения силиконов. Из-за весьма ограниченных механических свойств рекомендуется применять фторсиликоны только в неподвижных соединениях. Первичное применение нашли в топливных системах при температурах до +177 о С.

15) Эпихлоргидрин - современный эластопласт востребованный прежде всего ввиду превосходной газонепроницаемости при отличной устойчивости к нефтяным маслам. Устойчив к озону, окислению, атмосферным воздействиям и солнечному свету.
К недостаткам следует отнести сложность механической обработки и возможность проявления коррозионной активности полимера.

РТИ не должны храниться в условиях пониженной или повышенной влажности. Для защиты от воздействия озона РТИ не следует размещать около электрического оборудования, которое может выделять озон. Также не следует допускать длительного хранения РТИ в географических районах с повышенным содержанием озона. Попадание прямого или отраженного солнечного света на изделия не допускается.

Поскольку некоторые виды грызунов и насекомых могут повредить резиновые изделия, следует предусмотреть адекватную защиту и от них.