Способ испытания свойств каучуксодержащих смесей

 

Использование: абразивная промышленность, способы испытаний механических свойств абразивных смесей на вулнанитовой связке. При испытании пластоэластических свойств вулканитовых смесей изготавливают образец прямоугольного поперечного сечения с переменной по длине высотой при угле клиновидности 1-15^o. Нагружение и нагрев образца при испытании выполняют двумя подогретыми гладкими валками, с возрастающим обжатием и скоростью деформации, при этом пластичность определяют по зависимости где h₀ - максимальная высота прокатываемого клиновидного образца; h₁ - минимальная высоты образца, равная зазору между валками, и высота образца в последний момент прокатки; относительную эластичность по зависимости где h₂ - высота образца после прокатки и выдержки. Предлагаемый способ позволяет определять пластоэластические свойства вулканитовых смесей.

Изобретение относится к абразивной промышленности, а именно, к способам испытания механических (пластоэластических) свойств абразивных смесей и деформированных полуфабрикатов на вулканитовой связке.

Из абразивных смесей на вулканитовой связке формованием (путем вальцевания и каландрования) получают полуфабрикаты и листовые заготовки, механические свойства которых определяют свойства и качество полученных из них после вырубки и вулканизации шлифовальных, полировальных и отрезных кругов. Для получения заданных механических свойств листовых заготовок необходимо знать механические свойства исходных вулканитовых смесей, состоящих из вулканитовых связок и шлифматериала. Вулканитовые связки в свою очередь состоят из каучука, вулканизирующих составляющих, ускорителей, мягчителей, наполнителей и других составляющих.

Известен способ испытания пластоэластических свойств каучуков и каучукосодержащих резиновых смесей, заключающийся в изготовлении образца, измерении его высоты, нагреве и нагружении путем сжатия между двумя плоскопараллельными плитами при заданных силовых и термомеханических условиях [1]. Высоту образца измеряют до нагружения (h₀), в конце нагружения (h₁) и после снятия нагрузки и вдержки (h₂). Изготовление образца заключается в получении цилиндра диаметром 16 ± 0,5 мм и высотой 10^+0,0_-0,5 мм. Нагрев образца осуществляют в специальном устройстве до 70 ± 1^oC. Нагружение образца осуществляют нормальным усилием, равным 5 ± 0,01 кг. При этом удельное нормальное усилие p = 0,025 кг/м². Касательное удельное усилие (сила трения на поверхности контакта) может быть подсчитано по формуле τ = fp, где f - коэффициент трения. Значение f зависит от наличия на поверхностях контакта образца с плитами талька или прокладок (из кальки, целлофана, полиэтилена, металла и других материалов). К механическим условиям испытания относятся: относительная деформация образца, равная ε = (h₀-h₁)h₀ и скорость деформации образца, равная ζ = ε/t, где t - время нагружения, равное 3 мин.

Существенные недостатки известного способа заключаются в том, что значения силовых параметров малы (p = 0,025 кг/мм²), при этом будут малы относительные деформации образцов (ε ≅ 0,1 или ≅ 10%) из вулканитовых смесей, чрезмерно малы скорости деформации (ζ ≅ 0,0005 с^-1). Формование вулканитовых смесей осуществляют при значениях p ≥ ε и ζ в 10 - 1000 раз больших, чем приведены выше. Температура же, равная 70 ± 1^oC, для вулканитовых смесей слишком велика. При этой температуре уже начнется процесс вулканизации и формование вулканитовых смесей будет невозможно.

Кроме того, вычисление значений пластичности и относительного эластичного восстановления выполняют по принципиально ошибочным формулам. Первая формула в числителе должна учитывать только пластическую деформацию, т.е. в числителе должна быть величина h₀ - h₁, а не h₀ - h₂. В знаменателе должен быть размер образца до нагружения - h₀, а не h₀ + h₁.

Вторая формула в числителе имеет абсолютную эластическую деформацию (это верно), но в знаменателе должен быть размер образца - h₁, а не разность h₀ - h₁.

Таким образом, недостатками известного способа являются ограниченные возможности (низкие силовые (p и τ) и механические условия (ε и ζ) испытания, высокие температуры) и вычисление ошибочных значений P и P". Кроме того, способ отличается высокой трудоемкостью и не позволяет вычислить полный запас пластических свойств вулканитовых смесей до момента начала разрушения (возникновение первого макродефекта).

Следует также иметь в виде наличие существенных отличий вулканитовых смесей и деформированных полуфабрикатов по химическому составу, структуре и показателям пластоэластических свойств от каучуков и каучукосодержащих резиновых смесей. В реальных технологических процессах формования (путем вальцевания и каландрования) вулканитовых смесей и деформированных полуфабрикатов схемы напряженно-деформированного состояния (НДС) существенно отличаются от схем НДС цилиндрических образцов, осаживаемых между плоскопараллельными плитами, да еще и с прокладками на контакте.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому является способ испытания образцов из каучука и каучукосодержащих резиновых смесей путем осадки при определении показателей механических свойств [2]. Способ при проведении испытаний включает изготовление и подготовку (припудривание торцов тальком, измерение высоты нагретого образца, нагрев в течение 20-25 мин до 80 ± 1^oC, установку образца на нижнюю сжимающую площадку, подбор усилия сжатия) образца, нагружение путем сжатия образца между плоскопараллельными площадками в течение 30 с до высоты 4 ± 0,1 мм (при этом степень деформации равна 60%) фиксированным усилием в диапазоне от 0 до 20 кг (при этом удельное нормальное усилие будет изменяться от 0 до 0,25 кг/мм²), снятие нагрузки и измерение высоты образца через 30 с после снятия нагрузки.

Перед испытаниями образцу придают цилиндрическую форму диаметром 10 ± 0,1 мм и высотой 10^+0,0_-0,2 мм. Этот способ по сравнению с указанным выше аналогом имеет более широкие возможности (усилие изменяется от 0 до 20 кг (удельные усилия 0 - 0,25 кг/мм²), степень (60%) и скорость деформации (0,02 с^-1) более высокие, силы трения на контакте более отвечают реальным условиям. Но эти возможности по силовым условиям и по термическим параметрам все же не отвечают испытаниям механических свойств вулканитовых смесей в реальных условиях формования путем вальцевания и каландрования.

Промышленные испытания валкового формования вулканитовых абразивных смесей, выполненные авторами на поточно-механизированных линиях АО "Росси" (г. Челябинск), показали, что удельные нормальные усилия при вальцевании и каландровании достигают 3-5 кг/мм² (т.е. в 12-20 раз больше), степень деформации 400% и более (т.е. почти в 10 раз больше), скорость деформации 2-10 с¹ и более (т.е. почти в 100-500 раз больше), а температура должна находиться в пределах 35 - 45^oC (т.е. в 1,8 - 2,3 раза меньше).

Таким образом, недостатками близкого аналога являются ограниченные возможности при испытании вулканитовых абразивных смесей и деформированных полуфабрикатов, а также вычисление ошибочных значений показателей пластичности P и относительной эластичности Э по приведенным в аналоге формулам. Кроме того, способ отличается высокой трудоемкостью проведения испытаний, невозможностью определения полного запаса пластических свойств вулканитовых смесей и деформированных полуфабрикатов до момента начала разрушения (возникновения первого макродефекта на образце) и невозможностью изменения силовых условий и механических параметров (степени и скорости деформации) при проведении испытания образца.

Задачей предполагаемого изобретения является устранение указанных недостатков, а именно расширение технологических возможностей способа испытаний образцов из вулканитовых смесей и деформированных полуфабрикатов.

Поставленная задача достигается тем, что в известном способе испытания каучукосодержащих смесей, включающем изготовление образца, его нагрев, измерение высоты до и в конце операции нагружения, выдержку образца, измерения высоты после выдержки и последующий расчет пластоэластических свойств, согласно изобретению, при испытании свойств вулканитовых абразивных смесей образец для испытаний изготавливают прямоугольного поперечного сечения с переменной по длине высотой, когда угол клиновидности равен 1-15^o, нагружение образца ведут его прокаткой между двумя подогретыми гладкими валками с возрастающим обжатием и скоростью деформации, при этом пластичность определяют по формуле где h₀ - максимальная высота прокатываемого клиновидного образца; h₁ - минимальная высота образца, равная зазору между валками и высоте образца в последний момент прокатки; относительную эластичность по формуле

где h₂ - высота образца после прокатки и выдержки.

То, что образец изготавливают прямоугольного поперечного сечения с переменной по длине высотой, когда угол клиновидности равен 1-15^o, сближает схему НДС при испытании и при валковом формовании вулканитовых смесей и полуфабрикатов. Обеспечивает силовые (p и τ) и деформационные (ε и ζ) условия испытания близкие к промышленным. При длине образца, равной 150 мм, при α = 15^o обеспечивается обжатие от 0 до 500%. При той же длине и при угле α = 1^o обеспечивается обжатие от 0 до 20%. Минимальные обжатия соответствуют валковому формованию каландрованием в предчистовых и чистовых проходах прокатки. Максимальные обжатия соответствуют формованию вальцеванием на черновых и промежуточных проходах прокатки на поточно-механизированных линиях. При нагружении образцов с углами α > 10^o возможно их разрушение (образование на боковых кромках разрывов). Фиксируя высоту образца в момент разрыва h_p можно подсчитать максимальное значение показателя пластичности

Способ осуществляют следующим образом. Из абразивной вулканитовой смеси, предназначенной для изготовления отрезного круга 500 х 4 х 3214 А 5 OH изготавливают клиновидный образец (h₁ = 10 мм, h₀ = 50 мм) путем прокатки в гладких валках при постепенно уменьшающемся зазоре между валками. Затем боковые кромки обрезают, получают образец длиной 150 ± 0,5 мм и шириной 50 ± 0,5 мм. После обрезки образца замеряют размеры h₀ и h₁, l₀ (длина) и b₀ (ширина). Испытание проводят прокаткой в нагретых до 35 - 45^oC валках диаметром 100 мм, длиной бочки 150 мм, вращающихся со скоростью от 0,5 м/с. Образец при прокатке с относительным обжатием, равным 400%, за счет теплопередачи от валков и за счет деформационного разогрева нагревается до 35-45^oC.

По предлагаемому способу было испытано 10 образцов клиновидной формы с углом α = 15^o.
При обжатии h_p = 40 - 50 мм на боковых гранях образцов появлялись разрывы.

Запас пластичности подсчитывали по формуле

Относительную эластичность подсчитывали по формуле

Способ целесообразно применять в абразивной промышленности при испытании пластоэластических свойств вулканитовых смесей и деформированных полуфабрикатов для шлифовальных полировальных и отрезных кругов. По величинам показателя пластичности назначают относительные обжатия (ε < ε_p) для получения полуфабрикатов листов с минимальным количеством дефектов на боковых кромках. По величинам показателя относительной эластичности выбирают зазор между валками для получения точности листов.

Формула изобретения

Способ испытания свойств каучукосодержащих смесей, включающий изготовление образца, определение его размеров, нагрев, нагружение, определение его размеров в конце операции нагружения, выдержку образца, измерение его размеров после выдержки и последующий расчет свойств по формулам, отличающийся тем, что при испытании пластоэластических свойств вулканитовых абразивных смесей изготавливают образец прямоугольного поперечного сечения с переменной по длине высотой при угле клиновидности 1 - 15^o, его нагружение ведут прокаткой между двумя подогретыми валками с возрастающими обжатием и скоростью деформации, при этом пластичность определяют по формуле

где h₀ - максимальная высота прокатываемого образца;
h₁ - минимальная высота образца, равная зазору между валками и высоте образца в последний момент прокатки,
относительную эластичность подсчитывают по формуле

где h₂ - высота прокатанного образца после прокатки и выдержки.