Способ определения долговечности эластомеров

 

Изобретение относится к методам прогнозирования сроков службы резиновых технических изделий и эластомерных покрытий , работающих при воздействии натурных условий эксплуатации. Цель изобретения - повышение производитель ности. Предварительно дли испытуемого эластомера определяют температуру релаксационных переходов, затем осуществляют растяжение образцов при повышенных температурах , лежащих внутри межрелаксационного интервала температур, скорость растяжения выбирают из условия обеспечения разрушения образцов базой 10 мм и через 100-400 с, энергию активации определяют по формуле Uo ° ToRIn гэф/г0, где г0 с; Гэф - эффективная долговечность материала в условиях испытания; R - универсальная газовая постоянная; Т0 -температура определяется линейной экстраполяцией кривой а-Т в межрелаксационном интервале температур, а о долговечности судят по формуле г 10 и° +P eUo/RT. где а и ft - коэффициенты , равные OF--0,111 ±0,001, -3,687 ± 0,05. v I

ВЗАМЕН РАНЕЕ ИЗДАННОГО

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (si)s 6 01 и 3/18//G 01 N 17/00

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) У ь

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ъы":;":„„.,",„„, К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

4 (21) 4843144/28 (22) 26.09,90 (46) 10.02.95. Бюл, Гв 4 (71) Институт физико-органической химии

АН БССР (BY), Ленинградский филиал

ВНИИ эластомерных материалов и изделий (RU) (72) А.Г.Алексеев (RU), Н,P.Ïðîêîï÷óê (BY), Т.B.Ñòàðîñòèíà (RU) и Л.О.Кисель (RU) (73) А.Г.Алексеев (RU) (56) ГОСТ 9,713-86. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДОЛГОВЕЧНОСТИ ЭЛАСТОМЕРОВ (57) Изобретение относится к методам прогнозирования сроков службы резиновых технических иэделий и эластомерных покрытий, работающих при воздействии натурных условий эксплуатации. Цель изобретения — повышение производительности. Предварительно для испытуемого

Изобретение относится к способам определения долговечности резиновых техни- . ческих изделий и эластомерных покрытий, работающих при воздействии натурных условий эксплуатации, и может быть использовано для установления гарантийных сроков службы эластичных покрытий поверхностей аппаратов химических производств и другого оборудования и изделий.

Долговечность резины г, в соответствии с ГОСТ 9,713-86 (метод прогнозирования измерения свойств при термическом старении), определяется временем, в течение которого коэффициент старения резины по прочности Кд или относительному удлинению.К достигает величины 0,5 (прототип);

Этот метод включает в.себя: проведение старения при различных повышенных температурах образцов резины в свободном

„„. Ж„„1791753 А1 зластомера определяют температуру релаксационных переходов, затем осуществляют растяжение образцов при повышенных температурах, лежащих внутри межрелаксационного интервала температур, скорость растяжения выбирают из условия обеспечения разрушения образцов базой 10 мм и через 100-400 с, энергию активации определяют по формуле Uo - ToRln зф/to, где

to= 10 с; хэф — эффективная долговечность

-12 материала в условиях испытания; R — универсальная газовая постоянная; To — температура определяется линейной экстраполяцией кривой o -T в межрелаксационном интервале температур, а о долговечностй-судят"по формуле х = 1(P + е о/вт, где а и ф — коэффициенты. равные а -0,111 и 0,001, Р=-3,687 «+ 0,05. м состоянии в течение различных сроков от нескольких часов до нескольких месяцев: сО последующее их испытание на растяжение д при комнатной температуре через определенные заданные сроки старения, расчет ц

КО или К . расчет энергии активации ест в зависимости от Kg или Ке, определение долговечности при заданных условиях эксплуатации как функцию от Ест. Метод широко применяется на практике, но является трудоемким и длительным, требует значительного количества материала (для установления гарантийного срока службы одной резины необходимо 0,5 года и 250 пластин из этой резины размером 120 х 140 х 2 мм).

При этом установлено, что для всех объектов исследования эффективная долговечность соответствующая условиям разрушения образцов на разрывной маши1791753 не г ф принималась равной =1 с, а параметр Uo рассчитывается по формуле (1).

0о - ТоЯЬ г эф/ t o (1)

-u гдеt> — константа, равная для волокон 10 с, Т - температура, определяемая экстраполяцией экспериментальной зависимости

o Щ к О= О.

Цель изобретения — значительное со- 10 кращение срока определения долговечности резин, применяемых для изготовления резинотехническИх иэделий и покрытий.

Положительнйй эффект изобретения состоит в сокращении времени определения дол- 15 говечности до 40-60 ч, т,е. в 30 раз по сравнению с прототипом, и достигается за счет проведения термоокислительной деструкции, при этих же, что и в ГОСТ 9.713-86, температурах, но при дополнительном на- 20 ложейии поля растягивающего механического напряжения, что ускоряет деструктивные процессы в образцах и значительно сокращает время оценки энергии активации процесса, а следовательно, и on- 25 ределения долговечности материала. Цель достигается органическим соединением в один способ конкретного вида впервые установленной аналитической зависимости между и Ест полученной на базе обширно- 30 го статистического материала по определению долговечности резин различного рецептурного состава по ГОСТ 9.173-86. с усовершенствованной и впервые примененной"для эластомеров экспресс-методи- 35 кой определения U, содержащей новые существенные приемы, действия и режимы.

Способы определения долговечности эластомеров включает экспресс-методику установления значений энергии активации 40

0О при одновременном воздействии на образец тепла, кислорода воздуха и механического"ðàñтягивающего напряжения при испытаниях на стандартных разрывных машинах с термокамерой, С этой целью выбира- 45 ют необхбдимые температурно-временные режимы испытаний. Образцы в форме двойной лопатки с размером рабочей части 10 х х 1 х 1 мм предварительно до начала деформирования термостатируются при каждой 50 температуре испытания в течение времени, обеспечивающего равномерный прогрев по всему объему образца, т.е. равенство температуры в термокамере у поверхности образца и в объеме термостатируемой резины.

Оно выбирается опытным путем с помощью снятия зависимости разрушающего напряжения -от времени термостатирования, определения времени, при котором эта зависимость выходит на плато, и было зафиксировано при всех температурах равным

8 мин. Интервал температур испытаний включает в себя интервал температур старения, рекомендуемых ГОСТ 9.713-86 для каждого типа этастомера. Предварительно для испытуемого эластомера устанавливают температуры релаксационных переходов, а последующее растяжение осуществляют не менее, чем при 6 температурах соответствующего межрелаксационного интервала. Зависимость о (Т) в межрелаксационном интервале представляет собой линейный участок ломанной линии, что позволяет применить формулу (1), вытекающую иэ формулы Журкова, для оценки значений параметра Up эластомеров. При этом « — константа, равная для эластомеров 10 с, а эффективная долговечность гэф в условиях испытания на разрывной машине, когда нагрузка на образец постоянно возрастает, рассчитывается по формуле (2): гэф =3 7 10 ™

Т вЂ” Т„ (2) где Т вЂ” температура начала интервала, в котором определяется;

Т вЂ” температура, определяемая линейной экстраполяцией o(T);

К о 0 в межрелаксационном интервале температур; х- время деформации образца до разрыва.

Однако, формула (2) справедлива лишь для случая линейности диаграммы растяжения o — е. Поэтому был произведен специальный выбор режимов деформирования, обеспечивающих линейность 0- а в области испытуемых температур (скорость перемещения захватов 5 мм/мин, эажимная длина — 10 мм, скорость деформирования образца 8,3х10 с ). Дополнительным свидетельством неизменности структуры эластомеров при найденных условиях их испытаний, а следовательно, и правомочности использования формул (1, 2) служили значения коэффициента Пуассона р равные

0,5. Подобранным режимам соответствовало время деформированйя зластомеров до разрушения t равное 100-400 с и кэф равная

2-50 с. Разрушающее напряжение сгопределялось из выражения о =o,(1+е) (3) где оо — прочность, рассчитанная на исходное сечение образца МПа;

1791753

10 валось по формуле (2) 20 (4) 1Ф Uo +P Е00/RT

30

45

55 е — относительное удлинение при разрыве, ; р — коэффициент Пуассона, равный для резин 0,5.

За результат при каждой температуре принималось среднеарифметическое значение показателей oip . е и 0 вычисленное из

5 независимых испытаний. Погрешность определения с при каждой из температур не превышало 3-5 с надежностью 0,95. Значения Uo найденные с помощью разработанной экспресс-методики, во всех случаях совпадают с точностью 2 кДж/моль со значениями Ес, определенными по ГОСТ

9.713-86, продолжительность определения

Uî составляет 40-60 ч.

На основании экспериментального материала, полученного с помощью ГОСТ

9.713-86, по долговечности резин раэличного рецептурного состава, установлена эмпирическая зависимость где QиP — коэффициенты, равные а - 0,111 «+ 0,001 и В- - 3,687 + 0,05

Функция IgA(Ec>) = а Ео + P в точках

Ест(0), Еот(1).-Ест(а) аппроксимировалась многочленом вида ах+ в по методу наименьших квадратов. Отклонения значений igA рассчитанных по предлагаемой формуле с указанными а и j3 от экспериментальных значений IgA изменяющихся от -12,4 до17,1 не превышала 0,2.

Таким образом, продолжительность определения долговечности резины лимитируется временем установления значения 00 для нее и составляет не более 5дней вместо

0,5 года по ГОСТ 9.713-86, при этом требуется 1/2 пластины размером 120х140х1 мм вместо 250 аналогичных пластин при использовании методики прототипа. По сравнению с прототипом предложенный способ определения долговечности отличается новизной, т.к. содержит новое техническое решение, состоящее в кратковременной выдержке и испытании образцов при повышенных температурах, когда термоокислительное воздействие и механическое напряжение соединены в одном непрерывном процессе.

Изобретение иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1. Определение долговечности резины марки 51-2190 на основе каучука наирит КР. Поскольку, согласно ГОСТ 9.71386, старение этот класса эластомеров рекомендуется проводить в интервале температур от 55 до 125 С, зависимость а(Т) иссле.довалась в том же температурном интервале, Установлено, что в этом интерва5 - ле температур имеется один релаксационный переход при 45о С, поэтому обрабатывались результаты испытаний при

7 температурах: 54, 60, 66,72, 78, 84 и 90 С.

Относительное удлинение при разрыве для всех 7 температур изменялось незначительно (я const) и составляло 50 . Отсюда время до разрушения t при зажимной длине 10 мм и скорости растяжения 5 мм/мин составляло 60 с. Рассчитанные значения разрушающего напряжения при 7 температурах укладывались на прямую в координатах dI экстраполяции которой на ось температур давала значение температуры нулевой прочности То 96 С. Значение рассчитыэ4=3 7 10 369 — 327 60 — 17 C

-2 327

tо принимается равным 10 2 с.

Параметр 0о рассчитывается по формуле (1) Uî= й!и - То =8 31 10 In

То = 0,253.369 - 93 кДж/моль

Полученная величина Uo по значению близка к энергии активации процесса теплового старения по ГОСТ 9.713-86 (Ест 92 кДж/моль). Значению Uo равному 93 кДж/моль, соответствует согласно формуле (4) следующее значение долговечности т о 1 — 0,1116 93 3,687 . 93/2,476 г25о = 10

= 10-14,1, 2,05 . I016 2 05 101,9

-163 года.

Долговечность резины 51-2190 на воздухе при 25 С по ГОСТ 9.713-86 равна 120 лет, т.е. имеет место хорошее совпадение r, получаемых по предложенному способу и по

ГОСТ 9,713-86. Время подготовки 35 образцов 2 ч, время снятия зависимости о(Т)—

36 ч, расчеты 1 ч. Таким образом, время определения долговечности не превышало

40 ч.

Пример 2. Определение долговечности резины марки 51-2195 на основе каучука наирит КР. Температура релаксационного перехода-50 С. Условия проведения испы1791753

Формула изобретения

То - 80 С, Е 26®, 1 - 31 С, rо 10 с, Uî .8,31.10 In

To - 0,251.353 - 89 кДж/моль

Uo ToRIn тэф/то, о 10 0,1115 89 — 3,66т, 89/2,476

-10"" .4,1 10"-4,12454101 год. а -0,111 й0,001 и ф--3,687 й0.05.!

Составитель Э, Карпиловская

Редактор О. Колоскова Техред М.Моргентал Корректор М. Керецман

Тираж Подписное .НПО "Поиск" Роспатента

113035, Москва. Ж-35. Раушская наб., 4/5

Заказ 1.17

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 таний; при 5 температурах (54, 60, 66, 72 и

78 С) произведены испытания на разрыв по

5 образцов в тех же условиях, что и в примере 1. При этом были получены следующие данные для расчета долговечности: 5

327

Ф 3,7 10 353 327.31 =14с, 10

Полученная величина Оо по значению совпадает с энергией активации теплового старения по ГОСТ 9.713-86 (Ест - 89 кДж/моль).

Долговечность резины 51-21095 по

ГОСТ 9.713-86 на воздухе при 25о С равна 30

105 лет, т.е. в этом примере также наблюдается хорошее соответствие i, получаемых по разработанному способу и по ГОСТ

9.713-86. Время onðåäåëåíèÿ долговечности составляло 35 ч, 35

Способ определения долговечности элэстомеров, при котором образцы испытуемого эластомера растягивают при повышенных температурах Т, замеряют время до разрушения и определяют энергию Uo активации, с учетом которой судят о долговечности,отличающийся тем,что,сцелью повышения производительности, предварительно для испытуемого эластомера определяют температуры релаксационных переходов, растяжение осуществляют при температурах, лежащих внутри межрелаксационного интервала температур, скорость растяжения выбирают иэ условия обеспечения разрушения образцов базой

10 мм через 100-400 с, энергию активации определяют по формуле где го=10 с; гэф — эффективная долговечность материала в условиях испытания;

Я вЂ” универсальная газовая постоянная;

То — температура, определяемая линейной экстраполяцией кривой o - Т в межрелаксэционном интервале температур, а о долговечности судят по формуле

1 ° Uo +P еоо/Ят где а и  — коэффициенты. равные