Методики и оборудование испытания резино-технических изделий на сжатие

Techniques and equipment for testing rubber products on compression

Vyacheslav Belyaev,

student, Moscow technological University, Russia, Moscow

Аннотация. Систематизированы стандартные методики оценки свойств РТИ при приложении сжимающих нагрузок. Охарактеризовано испытательное оборудование статического и динамического сжатия. Показана перспективность разработки собственного испытательного стенда и методики.

Abstract. Standard methods for evaluating the properties of rubber goods under application of compressive loads are systematized. The test equipment of static and dynamic compression is characterized. The perspective of developing own test bench and technique is shown.

Ключевые слова: РТИ; сжатие; методика; испытательное оборудование.

Keywords: rubber-technical products; compression; technique; test equipment.

Резино-технические изделия (РТИ) широко используются в различных отраслях промышленности в виде диафрагм, уплотнительных колец, сальников, манжет, муфт, шин и др., что обусловлено особенностями структуры и свойств резин. Высокая гибкость полимерных цепей и прочная пространственная сетка резин сообщает изделиям высокую эластичность, возможность обратимых деформаций. В этой связи актуальными являются исследования, связанные с оценкой деформационных свойств РТИ, в частности, прочности на сжатие. Многокомпонентность и неоднородность резин влияет на результаты испытаний образцов различных форм и размеров. Целью статьи является систематизация методик оценки свойств РТИ на сжатие и применяемого испытательного оборудования.

Для испытания резин и РТИ могут использоваться стандартные и специально разработанные методы. Испытания резин на кратковременное статическое сжатие по ГОСТ 265-77 проводят с использованием приспособления для разрывной машины, схема которого представлена на рисунке 1(а).

Рисунок 1. Вариант схемы (а) приспособления для испытаний на сжатие [2], (б) флексометра на многократное сжатие [1]

Образец помещают на площадку (4), расположенную на нижней плите (10). Колонка (6) с планкой (8)и верхней плитой (9) формируют жесткую систему, с помощью пальца (7) закрепляемую к разрывной машине в месте верхнего зажимы. Плита (9) может перемещаться вдоль колонок (3) и (6) и прикрепляется к зажиму машины с помощью колонок (3), планки (2) и пальца (1). При испытаниях на сжатие плиты (9) и (10), а также площадки (4) и (5) сжимаются.

Испытания могут проводиться по «методу А» (по заданной деформации) и «методу Б» (по заданной силе), образцы для испытаний имеют форму цилиндра (dxh – 29x12,5 или 32х38) возможно использовать готовые изделия. Скорость сближения поверхностей задается 12; 25 мм/мин, предпочтительная степень сжатия 25%. Скорость сближения, степень и сила сжатия задаются согласно указанным данным в нормативных документах на изделие.

Согласно «методу А» РТИ сжимают до расчетной высоты, трехкратно, с возвращением площадок в исходное положение, и замером силы. Также трехкратно в «методе Б» прикладывают заданную силу и отмечают расстояние между площадками (высоту сжатого образца). По стандартным формулам рассчитывают условное напряжение и относительную деформацию сжатия [2]. Методики оценки сжатия пористых резин охарактеризованы в ГОСТ 20014-83. Варианты испытательных машин и технические требования к ним изложены в ГОСТ 28840-90.

Последний стандарт ИСО 7743:2017 по определению деформации сжатия вулканизованных и термопластичных резин подчеркивает важность изучения процесса одноосного и двухосного сжатия для мостовых подшипников, уплотнительных колец и антивибрационных креплений. Стандарт включает четыре методики (А-D), отличающиеся видом образца и способом его крепления к подвижным пластинам [3], но сохраняющих общие принципы проведения испытаний, аналогичные ГОСТ 265-77.

Для испытаний усталостной выносливости резин при многократном сжатии используют ГОСТ 20418-75 и флексометры типа Гудрича (рисунок 1 (б)). Оборудование должно обеспечивать многократное сжатие РТИ с частотами до 30 Гц, статическую силу 0,6-2,0 ГПа, измерение торцевой температуры. В составе оборудования коромысло (9) имеет постоянные подвешенные грузы ((8) и (11) – по 24 кг), а также сменный груз (7), для статического сжатия изделия (5), и находятся на плите с призмой, где также имеются стойки для крепления термокамеры и арретира (стопора-ловителя). Коромысло (9) имеет микрометр (9) для контроля равновесия. Многократное сжатие выполняет верхняя площадка (4). На шайбе (1) имеется шкала хода эксцентрика, в нижней площадке (6) вмонтирована термопара (3).

При проведении испытаний устанавливают смещение и нагрузку на рычаг, температуру испытаний, частоту, согласно стандарту, измеряя после испытаний высоту образца. «Метод А» в данном случае состоит в многократном сжатии РТИ в заданных условиях до условного равновесия температуры (скорость ее роста не выше 0,5 °С/мин) и измерении через час после «отдыха» образцов их температуры и остаточной деформации. «Метод Б» состоит в многократном сжатии РТИ в течение 25 мин и также измерении через час температуры и остаточной деформации. «Метод В» заключается в многократном сжатии РТИ до разрушения [1].

ГОСТ 20418-75 включает методики проведения испытаний и формулы расчета изменения температуры, усталостной выносливости, остаточной деформации и динамической ползучести резин и РТИ [6]. Необходимо учитывать, что использование различных стандартов на сжатие резин и изделий РТИ (ГОСТ, ISO, ASTM) может давать разброс данных, как в зависимости от свойств резин, так и в зависимости от испытательного оборудования, что было экспериментально установлено на примере стеклопластиков [5].

В этой связи, существует достаточное число патентов и научных исследований по разработке испытательных стендов и методик оценки результатов испытаний. Так, на примере полиуретанового амортизатора, предложено оборудование (разработан испытательный стенд) и ход эксперимента по оценке деформации в режиме динамического нагружения [4]. Аналогично, резиновые амортизаторы также при динамических сжимающих нагрузках испытывают физико-химические изменения, снижающие механическую стойкость к сжатию, следовательно, предлагаемый стенд и методика могут быть применены к оценке последствий воздействия динамического сжатия на РТИ.

Таким образом, систематизированы требования стандартных методик испытания РТИ на сжатие, охарактеризованы оборудование и приспособления проведения статических и динамических испытаний. Перспективными являются собственные разработки испытательных стендов и методик в зависимости от свойств сырья и конфигурации РТИ.