ID: 11814

Название работы: Определение пластичности каучука и резиновых смесей на пластомере

Категория: Лабораторная работа

Предметная область: Производство и промышленные технологии

Описание: Лабораторная работа № Определение пластичности каучука и резиновых смесей на пластомере Суть метода Приложение постоянного груза к образцу и измерение высот до нагрузки после нагрузки и после отдыха. Краткая теория Пластичность способность мате

Язык: Русский

Дата добавления: 2013-04-11

Размер файла: 153.5 KB

Работу скачали: 64 чел.

Лабораторная работа №

Определение пластичности каучука и резиновых смесей на пластомере

Суть метода

Приложение постоянного груза к образцу и измерение высот  до нагрузки,    после нагрузки и после «отдыха».

Краткая теория

Пластичность - способность материала (резиновой смеси) изменять свою форму под действием деформационной нагрузки и сохранять свою форму после снятия нагрузки.

Эластическое восстановление (обратимо) – способность материала изменять свою нагрузку под действием приложенной нагрузки и восстанавливать форму после снятия нагрузки.

Мягкость- способность материала (резиновой смеси) изменять свою форму под действием деформационной нагрузки.

Каучуки и резиновые смеси представляют собой очень сложные системы, которые под воздействием нагрузки одновременно испытывают упругую, высокоэластическую и пластическую деформации.

Поведение каучуков и резиновых смесей при течении отличается от поведения ньютоновских жидкостей, так как вязкость полимеров   зависит от скорости и напряжения сдвига и снижается с их возрастанием.

Вязкость резиновых смесей во многом зависит от их состава, структуры каучука, содержания наполнителей и пластификаторов.

Вязкотекучие (реологические) свойства резиновых смесей обычно определяют с помощью кривых течения, по которым рассчитывают эффективную вязкость и индекс течения. Кроме того, о свойствах смесей можно судить по их пластичности.

Пластические и эластические свойства каучука проявляются одновременно; в зависимости от предшествующей обработки каучука каждое из них проявляется в большей или меньшей степени. Пластичность невулканизованного каучука постепенно снижается при вулканизации, а эластичность возрастает. В зависимости от степени вулканизации соотношение этих свойств каучука постепенно изменяется. Для невулканизованных каучуков более характерным свойством является пластичность, а вулканизованные каучуки отличаются высокой эластичностью. Но при деформациях невулканизованного каучука наблюдается также частичное восстановление первоначальных размеров и формы, т. е. наблюдается некоторая эластичность, а при деформациях резины можно наблюдать некоторые неисчезающие остаточные деформации.

Для определения вязкости и пластичности применяют различные приборы (вискозиметры, реометры, пластометры, консистометры и другие), которые по принципу действия подразделяются на ротационные и капиллярные приборы, пенетрометры и сжимающие пластометры.

В последние годы широкое распространение получили динамические методы определения реологических свойств, при которых материал подвергается знакопеременным сдвиговым деформациям при малых амплитудах и широком изменении частот. В этих условиях не происходит разрушения структуры материала, вследствие чего их можно применять для определения свойств полимеров в неустановившемся режиме и структурных изменений, например в процессе вулканизации.

В некоторых случаях течение резиновой смеси в реальных условиях обусловлено факторами, совокупность которых не может быть воспроизведена ни на одном из существующих стандартных приборов. Это относится, например, к процессу литья резиновых смесей под давлением. Из-за большого числа факторов, влияющих на процесс, литьевая способность резиновых смесей определяется в условиях моделирования литья в стандартных формах с рабочим гнездом, выполненным в виде спирального канала прямоугольного сечения или в виде концентрических колец, соединенных друг с другом каналами того же сечения. Литьевая способность оценивается по длине канала, или по числу колец, заполненных резиной.

Пластичность каучуков и резиновых смесей, перерабатывающихся на практике, варьируется от 0,03 до 0,85. Материалы с пластичностью 0,03-0,25 считаются «жёсткими», а с пластичностью свыше 0,5-«мягкими».

Объект исследования

В качестве объекта исследования взята резиновая смесь  шифров 98, 99 рецептуры которых приведены  в таблице 1

Ингредиенты	Содержание ингредиентов, масс.  ч. на 100 масс. ч, каучука
		98	99
СКИ-3	100	100
Сера	1,0	1,0
Альтакс	0,6	0,6
Белила цинковые	5,0	5,0
Стеарин	1,0	1,0
Мел	40	-
N 339	-	40

Материалы, инструмент, оборудование

Заготовка  каучука   или  резиновой смеси, песочные часы, толщиномер, целлофан или калька, термостат, пластометр, подкладочная пластина, машина для вырубания образцов.

Пластометр (рис.1) предназначен для определения пластичности каучука или резиновой смеси. К стальной нижней плите 13 — основанию прибора — прикреплены две направляющие колонки 8, соединенные вверху планкой 5. Верхняя плита 9 вместе с серег 6 двигаться возвратно-поступательно вдоль направляющих колонок. При этом поступательное движение штока передаточным механизмом преобразуется во вращательное движение, фиксируемое стрелкой индикатора 2 часового типа; полный оборот стрелки соответствует перемещению штока на 1 мм. Гайка 1 предназначена для установки стрелки индикатора на нуль. К неподвижной стальной плите 13 прикреплен рычаг 12, на одном конце которого находится площадка 14 для установки образца в центре плиты прибора, а на другом — ручка 11. При установке образцов рычаг поворачивают так, чтобы выступ 10 упирался в плиту, а площадка располагалась точно против середины верхней плиты. В грузе и плите имеются углубления для установки термометра 16 (или термопары). Сжимающее усилие, создаваемое грузом, равно 49 Н.

1 – гайка, 2 – индикатор часового типа, 3 – кронштейн, 4 – шток, 5 – планка, 6 – серьга, 7 – груз, 8 – колонка, 9,13 – верхняя и нижняя плиты, 10 – выступ, 11 – ручка, 12 – рычаг, 14 – площадка, 15 – рычажок, 16 – термометр

Рисунок 1- Пластометр

Машина для вырубания образцов показана на (рисунок2). Нож 12 закреплен в коническом гнезде шпинделя 3 и закрыт для безопасности предохранительным стаканом 5. Перед включением машины рукоятка 5 должна находиться в центре прорези. Для приведения во вращение левого или правого патрона необходимо рукоятку 8 перевести в левое или правое положение относительно прорези.

До начала работы машины проверяют систему, подающую к ножу мыльный раствор. Для этого нажатием кнопки «пуск» 13 включают электродвигатель 11 и, убедившись в исправности системы, нажатием кнопки «стоп» 14 выключают электродвигатель.

На машине из одной заготовки ножом вырубают несколько образцов, после чего их обрезают с торцов тем же ножом, смоченным мыльным раствором.

1,8 - рукоятки; 2 - головка; 3 - шпиндель; 4 - гайка; 5 - предохранительный стакан; б - патрон; 7 - станина; 9 - фрикционный диск; 10 - поворотный рычаг; 11 - электромотор; 12 - нож; 13, 14 - кнопки для пуска и останова машины; 15 - стакан патрона; 16 - площадка; 17 - цанги; 18 – толкатель

Рисунок 2 -  Машина для вырубания образцов.

Подготовка образцов

Для испытания используют образцы, имеющие форму цилиндра диаметром 16±0,5 мм и высотой 9-11 мм. Заготовку каучука или резиновой смеси толщиной не менее 12 мм помещают на подкладку, которую устанавливают под вырубной нож 12. Придерживая левой рукой край заготовки, правой нажимают на кнопку «пуск» и опускают рукоятку 1 вниз (до отказа); при этом предохранительный стакан и нож опускаются на заготовку, вырубая образец. Затем рукоятку 1 поднимают вверх. Из одной заготовки вырубают несколько образцов, отделяя их от остающихся обрезков заготовки.

Каждый образец устанавливают на площадку правого патрона. Рукоятку отводят вверх, при этом цанги втягиваются в стакан, плотно зажав образец. Включают электродвигатель, поворачивают рукоятку 8 вправо до отказа и ножом, смоченным мыльным раствором, срезают выступающую из цанги часть образца. Затем рукоятку 8 переводят влево до центра прорези, а потом вниз до упора. Стаканы при этом поднимаются вверх и цанги раскрываются.

Образец переставляют подрезанным торцом на площадку левого патрона и все операции повторяют. Перед подрезанием второго торца положение площадки левого патрона необходимо отрегулировать стопорным винтом так, чтобы высота готового образца составляла 9-11 мм.

Из полученных образцов выбирают цилиндры, не имеющие дефектов в виде пор, посторонних включений и повреждений.

Проведение испытаний

Для определения пластичности образцы каучука или невулканизованных резиновых смесей сжимают между плоскопараллельными плитами под нагрузкой 49 Н при 70 °С. Высоту образца измеряют до испытания, после нагружения, после снятия нагрузки и «отдыха».

Пластометр (см. рис. 1) устанавливают горизонтально в термостате на металлической подставке. В углубление груза 7 и плиты 9 вставляют термометр 16 или термопару. Площадку 14 помещают строго в центре прибора и опускают на нее плиту 9. Индикатор устанавливают на нуль. Необходимо, чтобы температура плит пластометра во время испытания равнялась 70+1 СС. Перед тем как поместить образец в термостат, измеряют толщиномером его высоту с точностью +0,1 мм при 23+2 °С. Перед испытанием образец прогревают при 70+1°С  в течение 3 мин.

Испытуемый образец помещают строго в центре пластометра с помощью подвижной площадки 14. По истечении 3 мин по показанию индикатора 2 с точностью до 0,01 мм фиксируют высоту образца h1 находившегося под нагрузкой. Затем с образца снимают груз и пластинки (или прокладки из кальки или целлофана), помещают его на деревянную площадку и после «отдыха» при комнатной температуре в течение 3 мин толщиномером с точностью +0,01 мм измеряют высоту образца h2. Продолжительность «отдыха» может устанавливаться нормативно-технической документацией. Испытанию подвергается не менее двух образцов.

Оформление результатов

Таблица 2 – Толщина образцов до испытания

среднее	98			99
		1	2	3	1	2	3
		12,2	11,8	12	11,4	11,1	11,5
		12,1	11,4	11,8	11,1	10,6	11,2
		11,8	11,7	11,7	11	11,1	11,4
		12	11,63	11,83	11,17	10,93	11,37

Таблица 3 – Толщина образцов сразу после снятия нагрузки

среднее	98			99
		1	2	3	1	2	3
		1,9	1,9	1,8	7,2	6,6	7,8
		1,9	1,8	1,8	7,2	6,7	7,8
		1,9	1,8	1,8	7,2	6,7	7,7
		1,90	1,83	1,80	7,20	6,67	7,77

Таблица 4 – Толщина образцов после релаксации

среднее	98			99
		1	2	3	1	2	3
		1,9	1,8	1,8	7,3	6,6	7,9
		1,9	1,9	1,8	7,3	6,7	7,9
		1,9	1,9	1,8	7,2	6,7	7,9
		1,90	1,87	1,80	7,27	6,67	7,90

Расчетные формулы

          Пластичность Р вычисляют по формуле

P = SR,                                                (1)

где S — мягкость; R — отношение остаточной деформации к общей деформации сжатия.

Мягкость рассчитывают по формуле

       S = {ho-h1)/(h0+h1),                               (2)

где hо — начальная высота образца при 23+2 °С, мм; h1— высота образца, находившегося под нагрузкой в течение 3 мин, мм. Отношение остаточной  деформации  к  общей  деформации сжатия R определяют по формуле

          R = (h0-h2)/(h0-h1),                             (3)

где h2— высота образца после снятия груза и «отдыха» в течение 3 мин при 23+2 °С, мм.

Если не требуется отдельно определять показатели S и R, то пластичность Р можно вычислить по формуле

  P = (ho-h2)/(ho + h1).                        (4)

Пластичность выражают в условных единицах; значения пластичности колеблются от 0 до 1.

Для каучука наряду с пластичностью Р определяют эластическое восстановление

R1 = h2—h1.                                        (5)

Таблица 5 – Расчет пластичности

Шифр резины	Номер образца	S	R1, мм	R	P
98	1	0,73	0,03	1	0,72
		2	0,73	0,03	1	0,73
		3	0,74	0,03	1	0,73
		среднее	0,73	0,03	1	0,73
	99	1	0,22	0,07	0,98	0,21
		2	0,24	0,03	0,99	0,24
		3	0,19	0,13	0,96	0,18
		среднее	0,22	0,08	0,98	0,21

Вывод

           По результатам испытаний выяснили, что резиновая смесь 98, содержащая в качестве наполнителя мел имеет большую пластичность по сравнению с резиновой смесью 99. На пластичность резиновых смесей оказывает влияние химическая природа наполнителей (тех. углерод в отличие от мела снижает  пластичность).