Устройство для определения динамических и упругогистерезисных свойств высокоэластичных материалов

Изобретение относится к средствам определения физико-механических свойств эластомеров, в том числе и резин, в условиях динамического (ударного) нагружения. Целью изобретения является определение глубины внедрения, времени внедрения, общего времени соударения и других связанных с ними динамических и упругогистерезисных характеристик резины при однократном ударном нагружении. Устройство содержит маятниковый ударник с индентором и средствами регистрации угла сброса и отскока маятника. Для определения глубины и времени внедрения индентора устройство снабжено индикатором линейного перемещения с подвижным штоком, включенным с маятником в одну электрическую цепь. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к средствам определения физико-механических свойств эластомеров, в том числе и резин, в условиях динамического (ударного) нагружения. Может быть использовано для определения модуля упругости, модуля внутреннего трения, эластичности по отскоку, силы удара и других характеристик, связанных функциональной зависимостью с глубиной внедрения, временем внедрения, общей продолжительностью удара и эластичностью резин. Основной областью применения является лабораторный контроль при производстве резино-технических изделий и разработке новых марок резин.

Аналогом данного устройства является маятник Гилея-Гудьира (Резниковский М.М., Лукомская А.И. Механические испытания каучука и резины. М. - Л.: Химия, 1964). Устройство включает маятник с индентором, совершающим удар по образцу, закрепленному на вертикальной стойке, средства регистрации угла сброса и отскока маятника, электрические клеммы на маятнике и стойке, с выходом на телефон, питаемый от источника тока. Клемма на стойке выполнена в виде микрометрического винта. Сигнал в телефоне позволяет настраивать микрометрический винт. Первоначально проводят настройку микрометрического винта на начальное положение индентора - соприкосновение с поверхностью образца. Затем микрометрический винт отводится и постепенно подстраивается на положение, соответствующее максимальному внедрению. Недостатком этого устройства является необходимость в многократных ударах для осуществления замера глубины внедрения. Стабилизация глубины внедрения для саженаполненных резин происходит только после 30-50 ударов. Поэтому эксперимент занимает очень много времени. Кроме этого устройство не позволяет замерять время внедрения и соударения.

Наиболее близкое к предлагаемому устройство (А.с. СССР №1227978, кл. G 01 N 3/30) содержит станину, подвешенный на станине маятник с индентором, средства регистрации угла сброса и отскока маятника и две пары электрических клемм, установленных на маятнике и станине. Клеммы, установленные на станине, представляют собой микрометрические винты с коническими головками, а расположенные на маятнике - гибкие пластины, имеющие возможность скольжения по коническим головкам. Перед измерениями клеммы выставляются по моменту соприкосновения индентора с поверхностью образца. Измерение глубины внедрения и времени внедрения индентора производится в течение нескольких ударов за счет постепенной подстройки головки одного из микрометрических винтов под максимальное внедрение опытным путем по моменту повторного замыкания клемм. После такой настройки становится возможным измерение времени внедрения за счет подключения частотомера-хронометра, позволяющего определить время внедрения, а затем, благодаря изменению схемы коммутирования контактов, и общее время удара. Устройство позволяет определять время внедрения и соударения, а также глубину внедрения, но недостатком данного устройства является то, что глубина внедрения и время внедрения определяется за счет постепенной подстройки микрометра к этим параметрам по результатам нескольких опытов. Как следствие, каждый эксперимент требует значительного времени. Кроме этого невозможно проводить измерения в том случае, если физико-механические свойства, в частности модуль упругости резины, быстро изменяется во времени. Например, при изменении температуры образца при снятии релаксационных спектров.

Основной задачей, на решение которой направлено заявленное устройство, является определение глубины внедрения, времени внедрения, общего времени соударения и других связанных с ними динамических и упругогистерезисных характеристик резины при однократном ударном нагружении образцов резины.

Решение этой задачи осуществляется за счет того, что в отличие от известного устройства, средство для измерения линейного перемещения имеет подвижный шток, двигающийся совместно с индентором после начала внедрения последнего в образец, а также стопор, фиксирующий максимальное перемещение штока при внедрении индентора в исследуемый материал. В результате устраняется главный недостаток известного устройства, состоящий в необходимости постепенной подстройки измерительного устройства (микрометра) к величине внедрения индентора в образец и требующее нескольких измерений.

Время внедрения индентора при однократном ударном нагружении определяется одновременно с измерением глубины внедрения за счет того, что подвижный шток измерительного устройства и ударник включены в одну электрическую цепь. При ее замыкании только на фазе внедрения, вследствие контакта штока и ударника маятника, продолжительность фиксируется электронным частотомером-хронографом, благодаря стопорению штока после наибольшего внедрения.

Для определения общего времени соударения при однократном нагружении на шток измерительного устройства дополнительно надевается пружина, позволяющая осуществлять электрический контакт с ударником маятника при прямом и обратном ходе от начала до конца внедрения индентора в поверхность образца материала с определением времени контакта по электронному частотомеру-хронографу.

Это позволяет упростить и сократить время проведения измерений, так как достаточно одного удара, а также снимать релаксационные спектры резин без применения сложных по конструкции и дорогих термокамер, которые должны поддерживать постоянную величину заданной температуры исследуемого материала во время экспериментов.

Сущность изобретения поясняется схемами, где на фиг.1 изображена общая схема устройства, выполненная на основе стандартного упругомера маятникового типа.

Образец исследуемого материала 1 закреплен на массивной станине. Образец по размерам соответствует образцам для испытания резин на эластичность по отскоку по стандарту СЭВ 108-74. Индентор 2 закреплен на ударнике маятника 3. Ударник перед ударом фиксируется замком (на схеме не показан) в отклоненном от вертикального положении. Ударник соприкасается со штоком 4 измерительного устройства 5 (например, индикатора линейных перемещений часового типа с ценой деления 0,01 мм). Индикатор закреплен на станине, а на его подвижном штоке установлен фрикционный стопор 6 с регулировочным винтом 7 и регулировочной головкой 8. Регулировочный винт 7 необходим для создания в стопоре 6 силы трения, незначительно превышающей силу сжатия возвратной пружины штока индикатора. В результате шток индикатора может перемещаться в исходное положение только под действием внешней силы. Таким образом создается эффект фиксации наибольшего перемещения штока. Регулировочная головка 8 позволяет выставлять индикатор по уровню поверхности образца, соответствующему состоянию перед внедрением индентора в образец во время удара. Ударник и индикатор линейных перемещений подключены к электронному частотомеру-хронографу 9 для определения времени внедрения. Электрическая цепь при контакте головки 8 индикатора и ударника замыкается и показывает время внедрения.

Угол отскока ударника в процентах от угла падения показывает стрелка 10.

Для определения общего времени соударения на шток надевается и закрепляется на нем пружина 11 (сжатия) (фиг.2). Пружина 11 закрепляется на посадочном месте специальной конструкции с резьбовой нарезкой, позволяющей осуществлять линейное перемещение пружины для регулировки начального соприкосновения с ударником, которое соответствует началу внедрения индентора в образец. Пружина 11 имеет весьма малое сопротивление сжатию и поэтому оказывает незначительное влияние на результаты эксперимента. Пружина 11 включена в электрическую цепь с выходом на частотомер 9.

Устройство работает следующим образом. При отключении замка, удерживающего ударник маятника 3, последний ударяет индентором по поверхности образца. В момент соприкосновения индентора с поверхностью ударник начинает перемещать подвижный шток 4 индикатора линейных перемещений 5, вплоть до момента достижения максимальной глубины внедрения в образец материала 1. При обратном ходе ударника шток индикатора остается неподвижным, так как удерживается фрикционным стопором 6. Благодаря этому индикатор фиксирует максимальную глубину внедрения.

При соприкосновении ударника 3 и штока индикатора 4 замыкается электрическая цепь и запускается частотомер-хронограф 9. В начале обратного хода ударника цепь размыкается. В результате частотомер показывает время внедрения индентора в образец.

Для определения общего времени соударения в электрическую цепь дополнительно подключается пружина 11. В этом случае начало контакта определяется одновременным касанием ударника 3 пружиной 11 и штоком 4. Пружина сопровождает ударник, осуществляя контакт при прямом и обратном ходе от момента входа до момента выхода индентора из образца. Время контакта фиксируется частотомером.

Угол отскока ударника 3 показывает стрелка 10 на шкале, отградуированной в процентах от угла первоначального подъема, что позволяет определить эластичность по отскоку исследуемого материала.

1. Устройство для определения динамических и упругогистерезисных свойств высокоэластичных материалов в условиях ударного нагружения, содержащее массивное основание с закрепленным на нем образцом исследуемого материала, маятниковым ударником с индентором и средствами регистрации угла сброса и отскока маятника, отличающееся тем, что для определения глубины внедрения индентора при однократном ударном нагружении в качестве измерительного устройства использован индикатор линейного перемещения с подвижным штоком, двигающимся совместно с индентором после начала внедрения последнего в образец и стопора, фиксирующего максимальное перемещение штока при внедрении индентора в исследуемый материал, при этом для определения времени внедрения индентора подвижный шток индикатора линейного перемещения и ударник маятника включены в одну электрическую цепь, при ее замыкании контактом штока индикатора линейного перемещения продолжительность контакта фиксируется электронным частотомером-хронографом только на время внедрения за счет стопорения штока после наибольшего внедрения.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что для определения общего времени соударения при однократном нагружении на шток индикатора линейного перемещения надевается пружина, позволяющая осуществлять электрический контакт с ударником при прямом и обратном ходе от начала до конца внедрения индентора в поверхность образца материала с определением времени контакта по электронному частотомеру-хронографу.