Краткие теоретические сведения.

Лабораторная работа № 2

ИЗУЧЕНИЕ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ РЕЗИНОТЕХНИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙ

Цель: Изучить структуру и свойства резинотехнических изделий.

Задачи:

1. изучить структуру РТИ;

2. исследовать свойства РТИ;

3. определить относительное удлинение изучаемого образца РТИ.

Краткие теоретические сведения.

Резиной называют продукты переработки натурального каучука (НК) или искусственного синтетического каучука (СК) с вулканизатором, серой, и с различными добавками. Резина характеризуется высокой эластичностью, износостойкостью, хорошими электроизоляционными свойствами и химической стойкостью. Совокупность таких свойств выдвинула резину в число незаменимых материалов в различных отраслях деятельности.

Технология производства резины состоит из следующих этапов: приготовления резиновых смесей; переработке смесей в полуфабрикаты и изделия; вулканизации. Разрезанный на куски каучук пропускают через вальцы с целью придания ему пластичности, а затем вносят необходимые добавки и подвергают смешиванию в специальных смесителях. Полученную таким образом смесь (однородную массу) называют сырой резиной. Сырая резина подвергается дальнейшей переработке: выдавливанию на червячных прессах заготовок для труб, стержней и других изделий; прессованию в пресс-формах, в вальцах (каландрах) – для получения гладких и рифленых листов; литью под давлением.

Завершающим этапом процесса является вулканизация готовых изделий. Горячая вулканизация осуществляется в специальных котлах (автоклавах) в среде насыщенного водяного пара при температуре 140 – 160 ⁰С и давлении 0,3 – 0,4 МПа или гидравлических прессах в горячих формах. Холодную вулканизацию выполняют путем введения в резину раствора полухлористой серы. Вулканизация повышает пластичность, упругость, прочность. Прорезинивание ткани выполняют на специальных клеепропиточных роликовых машинах при непрерывном движении ткани через систему роликов. Для увеличения прочности резины изделия армируют: вводят в стенки упрочняющий материал – стальную проволоку или сетку, стеклянную или капроновую ткань. Для получения пористой, ячеистой резины в состав сырой резины вводят материалы, которые при нагревании разлагаются, образуя в резине поры, ячейки.

В зависимости от методов изготовления различают резину штампованную, формовую и клееную, а по назначению – общего назначения, теплостойкую, морозостойкую, масло- и бензостойкую, кислото- и щелочестойкую, для работы на дизельном топливе. для пищевой промышленности. По свойствам резину разделяют на два класса: мягкую (эластичную), содержащую 1 – 3 % серы, и твердую (средней и повышенной твердости), называемую эбонитом.

Эбонит – термопластичный материал с высокими диэлектрическими и химическими свойствами (содержит 27 – 35% серы) – выпускают в виде листов, стержней и трубок. Из эбонита изготавливают детали электроприборов, оси, валики, прокладки. Изделия из резины стандартизированы. Из листовой резины изготавливают уплотнители, амортизаторы, прокладки. В промышленности широко применяют ремни (плоские, приводные, тканевые прорезиненные, клиновые из кордткани или кордшнура) и многие другие детали и изделия из резины.

Резина от других конструктивных материалов отличается высокими эластическими свойствами. Почти полностью обратимые упругие деформации возникают в резине под действием относительно небольших напряжений, после снятия нагрузки полностью исчезают.

Вследствие релаксационного характера деформации, а также достаточной прочности, широкого интервала рабочих температур, химической стойкости к большинству агрессивных сред и технологичности, резины широко используются в химическом машиностроении в качестве упругих уплотнительных элементов (манжеты и кольца), подшипников, прокладок, диафрагм, мембран, амортизаторов, муфт передачи крутящего момента, рукавов, шлангов и т.п.

Основным носителем конструкционных свойств резины является каучук. Для получения видов резин отвечающих разносторонним требованиям машиностроения, в состав смеси наряду с каучуком вводят различные добавки (вулканизирующие вещества, стабилизаторы, активаторы и др.), усилители. Например, добавки углеродной сажи повышают разрывную прочность и износостойкость резин, а также минеральные добавки – двуокись кремния, окись цинка или магния, каолин и др. – усиливают сопротивление образованию и разрастанию трещин.

Важную роль в повышении некоторых конструкционных свойств резин и улучшении процессов смешения компонентов и переработки резиновых смесей играют мягчители или пластификаторы, например различные нафтеновые масла и бензины.

К указанным основным видам компонентов резин в зависимости от назначения и способа изготовления резиновых изделий добавляются другие материалы: термопласты, реактопласты, порообразователи, красители и др.

Превращение пластоэластической резиновой смеси в высокоэластичный структурированный материал – резину – осуществляется в пресс-формах. Время при вулканизации, температура и применяемое давление зависят от состава резиновой смеси и формы детали.

Применяемые при переработке резиновых смесей прессование, шприцевание и литье под давлением не обеспечивают точности деталей выше 4 – 5 классов. В тех случаях, когда требуется изготовить детали повышенной точности, применяют механическую обработку. Учитывая эластичное состояние деталей из резин, для их механической обработки необходимо повысить твердость деталей, а это достигается охлаждением (намораживанием) в смеси этилового гидролизного спирта и твердой углекислоты в интервале температур от – 75⁰С до – 150⁰С. Основные физико – механические свойства резин на основе каучуков приведены в таблице. Испытание на растяжение производится при заданной деформации, т.е. задается скорость принудительного движения захвата машины и фиксируется изменение напряжения в зависимости от свойств материала, в этом случае помимо предела прочности при растяжении s_в определяют относительное удлинение при разрыве d, остаточное удлинение после разрыва d_ост. Остаточное удлинение – одна из основных характеристик, нормирующих возможность применения материала данной марки в конкретных условиях.

Важным показателем прочности резин при статическом приложении усилий является твердость, способность материала оказывать сопротивление механическому проникновению в него более твердого тела. Показателем твердости резин является число твердости по ТШР в кгс/см², получаемое при вдавливании стального шарика Æ 5 мм при постоянной нагрузке на твердомере ТШМ-2, или условное число твердости по ТИР методом вдавливания находящейся под нагрузкой стальной закаленной иглы с конусом на приборе ТМ-2. Эластичность по отскоку Эо определяется с помощью удара падающего маятника и определения его отброса при ударе с помощью упругомера УМР с углами падения маятника 60 и 90^о при запасе энергии 2,5 и 5 кгс×см.

Определение сопротивления раздиру s_рзд заключается в растяжении надрезанного образца и отнесение нагрузки (кгс), вызывающей раздир, к толщине образца (см). Истираемость (износ) А_f (см³/кВт×ч) определяют с помощью машин, оценивающих износостойкость в режиме скольжения на машинах МИ-2, МПИ-1 и режиме качения на машинах МИР-1.

Тип каучука	Марка	sв, кгс/см2	d, %	dост, %	Н ТИР	Эо, %	sрзд, кгс/см2
при 200С	при 1000С
Натуральный	НК		600-800	25-40	50-75	40-55	45-60	120-170
Бутадиеновый	СКБ	120-155	500-650	50-70				50-55
Цис-полибутадиеновый	СКД	150-180			-	45-48		30-55
Полиизопреновый	СКИ	230-310	750-1000	35-50	60-65	35-50	42-50	90-100
Бутадиенстирольный	СКС				65-68		90-110	85-95
Бутадиенметилвинилпиридиновый	СКМВП
Этиленпропиленовый	СКЭП						-	44-55
Бутилкаучук	БК
Тиокол	-	40-80	250-430	10-25	64-84		-	-
Уретановый	СКУ-2
Силиконовый	СКТ	25-40	100-200	-	50-60		-	-
Кремнийорганический	СКТВ	40-9-	150-500	-		-	-	-
Низкомолекулярный кремнийорганический	СКТН	15-25	100-200	-	-	-	-	-
Бутадиеннитрильный	СКН-18			10-20	73-74		-	45-49
Найрит (хлоропреновый)	ХП	150-250	670-800	16-20				40-45
Фторкаучук	СКФ-26	140-200	150-200	2-15	70-80	5-8	-	25-30
Фторкаучук	СКФ-32		200-300	2-10	70-80	5-8	-	25-60

В машиностроении широко используются в качестве фрикционных материалов резины, работающие в широком интервале скоростей, температур и давлений. Коэффициент трения резин зависит преимущественно от типа каучука и меньше от наполнителя.

При прочих равных условиях коэффициент трения резин повышается при увеличение площади контакта, полярности, скорости скольжения и сдвига (до определенного предела), шероховатости твердой поверхности; удлинения времени неподвижного контакта.

При трении резины по твердой поверхности значение коэффициента трения скольжения равно трению качения. В зависимости от давления в условиях трения по стали со смазкой жидкостью коэффициент трения по формуле f= 4,5×10^-3р, где р – давление кгс/см². Формула справедлива для давления до 28 кгс/см².

Коэффициенты трения резины по стали без смазки

Резина на основе каучука	Наполнитель	Коэффициент трения при нагрузке
р=1 кгс/см2	р=3 кгс/см2
СКБ	Сажа газовая	1,55	0,89
Сажа ламповая	1,80	0,86
СКИ-18	Сажа ламповая	1,87	1,02
СКИ-26	Сажа ламповая	2,00	1,09
Окись магния	1,94	1,18
Мел	1,86	1,06
СКС-30	Сажа газовая	1,96	1,03
Сажа ламповая	1,95	1,03

*В таблице приведены значения коэффициентов трения резины с 40% наполнителя при трении по стали при скорости скольжения 1 м/с.

При сопряжении с резиновыми деталями лучшими материалами контртел являются металлы, бутакрил и эпоксидные покрытия. Фторирование поверхности резин ведет к уменьшению коэффициента трения.

Для подвижных уплотнений резина – металл рекомендуется в качестве смазки масло, вода и другие жидкости.

Химическая стойкость резин зависит от агрессивной среды, условий работы и оценивается по изменению массы и физико-механических свойств под напряжением.

Химическая стойкость резин зависит от вида каучука, наполнителя и других факторов. В таблице приведена оценка по пятибалльной системе стойкости каучуков к воздействию различных агрессивных факторов.