Способ ускоренного термического старения плоских образцов резины

 

Использование: изобретение относится к испытаниям резины, в частности к исследованию термоокислительных процессов, протекающих в крупногабаритных резиновых изделиях, и может найти применение при прогнозировании сохранения качества и работоспособности массивных деталей из резин. Сущность изобретения: стопу плоских образцов 1 изолируют по ее боковой поверхности 2 пластинами 3 с отверстиями для обеспечения диффузии кислорода воздуха в стопу. Отверстия расположены в центре и имеют площадь, на 15 - 20% меньшую площади поверхности образца. Ограничение доступа воздуха с торцов и целенапраавленное поступление кислорода воздуха к образцам через отверстия в пластинах 2 и 3 позволяет обеспечить разное содержание кислорода по высоте стопы и гарантировать дискретное изменение условий старения для каждого слоя в зависимости от содержания кислорода. 1 ил., 2 табл.

Изобретение относится к испытаниям резины, в частности к исследованию термоокислительных процессов, протекающих в крупногабаритных резиновых изделиях, которое может найти применение при прогнозировании сохранения качества и работоспособности массивных деталей из резин.

Известен способ ускоренного термического старения плоских образцов резины, при котором старение подвергают шайбу из резины в специальной форме, при этом поверхность шайбы изолируют от кислорода воздуха, а торцы ее оставляют открытыми [1] Удельную величину открытой поверхности при этом можно регулировать путем изменения диаметра шайбы.

Недостатком этого способа является то, что обработке подвергают образцы толщиной 1 6 мм, что не позволяет судить при испытании об изменении свойств массивных изделий, которые обладают, как правило, большей толщиной. Кроме того, этот способ не позволяет исследовать изменения свойств крупногабаритного резинового изделия в переходной области между поверхностью и глубинными слоями, так как старение различных слоев такого изделия происходит при резной концентрации кислорода в резине, что невозможно учесть. К тому же при его осуществлении протекают процессы преимущественно термической, а не термоокислительной деструкции.

Ближайшим к описываемому способу является известный способ термического старения плоских образцов резины, работающих в условиях ограниченного доступа воздуха, включающий складывание образцов в стопу, изолирование от доступа воздуха, нагрев и выдержку при заданной температуре [2] Техническим результатом изобретения является обеспечение возможности исследовать процессы, протекающие в переходной области между поверхностью и глубинными слоями крупногабаритного резинового изделия, расширение функциональных возможностей способа за счет того, что одновременно проводятся термическое и термоокислительное старение, и повышение точности прогнозирования сохранения качества и работоспособности массивных изделий из резины.

Для достижения указанного технического результата в способе ускоренного термического старения плоских образцов резины, работающих в условиях ограниченного доступа воздуха, включающим складывание образцов в стопу, изолирование от доступа воздуха, нагрев и выдержку при заданной температуре, стопу изолируют по боковой поверхности металлическими пластинами и обкладывают ее сверху и снизу такими же пластинами с отверстиями для обеспечения диффузии кислорода воздуха в стопу, расположенными в центре и имеющими площадь, на 15 20% меньшую площади поверхности образца.

На чертеже изображена стопа образцов, подготовленная к обработке.

Способ ускоренного термического старения плоских образцов резины, работающих в условиях ограниченного доступа воздуха, может быть осуществлен следующим образом.

Собирают стопу из 3 10 одинаковых плоских образцов 1 резины, толщина которых может варьироваться от 1 до 6 мм. Стопу изолируют по ее боковой поверхности металлическими пластинами 2 и обкладывают сверху и снизу такими же пластинами 3. Пластины 3 имеют отверстия для обеспечения диффузии кислорода воздуха в стопу. Отверстия расположены в центре и имеют площадь, на 15 20% меньшую площади поверхности образца 1. Если площадь отверстий меньше указанной, то повышается ошибка опыта и требуется большее количество испытаний, а если площадь сечения отверстий больше, то наблюдается плохая изоляция торцов стопы. Отверстия обеспечивают доступ кислорода воздуха к поверхности крайних в стопе образцов и диффузию кислорода воздуха через поверхность в глубину стопы.

Затем стопу нагревают до заданной температуры и выдерживают при этой температуре в течение заданного времени. После старения стопу разбирают, и плоские образцы 1 подвергают необходимым исследованиям. Степень сжатия контролируют с помощью ограничителей, необходимую толщину стопы можно регулировать количеством образцов.

Ограничение доступа воздуха с торцов и целенаправленное поступление кислорода воздуха к образцам через отверстия в пластинах позволяет обеспечить разное содержание кислорода по высоте стопы и гарантировать дискретное изменение условий старения для каждого слоя в зависимости от содержания кислорода. Такое изменение условий старения позволяет моделировать термоокислительные процессы, характерные для переходной области между поверхностью и глубинными слоями в крупногабаритном резиновом изделии. Исследование происходит с учетом уменьшения доли окислительных процессов по мере удаления слоя от поверхности детали в глубину. Кинетика изменения показателей в переходной области позволяет более точно рассчитать динамику сохранения свойств при хранении или эксплуатация. Стопу старят в термостате в соответствии с рекомендациями ГОСТ 9.713-86. Размеры образца должны обеспечивать возможность физико-механических испытаний по ГОСТ 270-64. Толщину образца варьируют в зависимости от вида дальнейших исследований резины. Отработка данных, полученных после старения, ведется по рекомендациям соответствующих методик исследований. Рассчитываются коэффициенты старения по условной прочности и по относительному удлинению по соответствующим методикам.

Пример 1. Изготавливают стопу из 10 образцов 1 из резиновой смеси на основе тройного этиленпропиленового каучука СКЭПТ-40, (Справочник резинщика. М. Химия, 1971 с. 110) толщиной 2 мм. Старение осуществляют при температуре 150^oC (табл. ). Так как рассматривается одна резиновая смесь, то расчет коэффициентов старения является нецелесообразным. Изменение свойств резины в зависимости от времени старения и глубины слоя от поверхности приведены в табл. 1.

Пример 2. Готовят и исследуют стопы из шести образцов по примеру 1. Изменение свойств резины в зависимости от времени старения и глубины слоя от поверхности приведены в табл. 2.

По примерам 1 и 2 определяли следующие показатели: условная прочность при растяжении, ГОСТ 270-75; относительное удлинение при разрыве, ГОСТ 270-75; твердость по Шору, ГОСТ 263-75; плотность экспериментальная, ГОСТ 267-72.

Из табл. 1 и 2 видно, что динамика изменения свойств резины сильно зависит от удаленности слоя от поверхности. Кроме того, из данных следует, что процессы, протекающие во внутренних слоях, связаны с диффузией кислорода воздуха, так как снижение деформационно-прочностных свойств для этого класса резин более интенсивно протекает в присутствии кислорода. По предлагаемому способу можно определять физико-механические показатели резин различных классов и имитировать процессы термоокислительного старения в крупногабаритных изделиях. Со знанием динамики изменения свойств по глубине повышается точность прогнозирования сохранения качества и работоспособность массивных резиновых изделий.

Формула изобретения

Способ ускоренного термического старения плоских образцов резины, работающих в условиях ограниченного доступа воздуха, включающий складывание образцов в стопу, изолирование от доступа воздуха, нагрев и выдержку при заданной температуре, отличающийся тем, что стопу изолируют по ее боковой поверхности металлическими пластинами и обкладывают ее сверху и снизу такими же пластинами с отверстиями для обеспечения диффузии кислорода воздуха в стопу, расположенными в центре и имеющими площадь на 15 20% меньшую площади поверхности образца.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2