Исследование динамических свойств резины (1089966), страница 4
Текст из файла (страница 4)
Важным следствием сказанного является вывод о том, что варьируя в определенных пределах степень вулканнэации, технолог может существенно изменять упругие свойства резины (ее динамический модуль), сохраняя неизмен. ным, или даже несколько снижая ее внутреннее трение. Наблюдаемый хаоактер зависимости динамических свойств резины ат степени вулканнзацин находит естественное обьяснение, если предположить, что образующаяся н развивающаяся прн вулканизации пространственная сетка до определенного предела мало влияет на характер теплового движения учасвков молекулярных цепей между ее узлами.
Резкое возрастание внувреннего трения прн степенях вулканизации превышающих критическую, наступает тогда, когда уменьшающийся по мере сгущения молекулярной сетки участок цепи между ее узлами становится столь мал, что тепловое пвнжение его звеньев уже ограничивается вулкаиизацнонной сеткой.
в) Общие закономерности механического поведения наполненных резни н влянне,наполнения на динамические свойства вулканизатов исследовались на резинах из натурального (НК), бутаднено. ного (СКВ) и бутаднен-стирольного (СКС-30) каучуков. В качестве активных наполннтелей применялись канальная н ламповая сажи. Примером инертного напелнителя служил тальк. Длительная выдержка образцов из наполненной резины при заданном растяжении приводит к установлению кажущегося равновесия, сравнительно мало зависящего от длительности выдержки и температуры, при которой происходит релаксация, но очень чувствительного к предварительной деформации, испытывавшейся образцом.
Для характеристики этого условно-равновесного состояния наполненных резин введено понятие квази-равновесного модуля Е „° 2 17 Условный характер квавиравновесного мадуля проявляется в том, что он оказывается монотонно убывающей функцией от наибольшей предварительной деформации образца. С увеличением этой последней он асимптотически стремится к постоянному значению, практически ссепалающему со значением равновесного модуля (Е ) соответствующей ненаполненной резины.
Указанное обстоятельство позволяет рассматривать динамический модуль наполненной резины как сумму равновесной и неравновесной составляющих. При этом равновесная составляющая принимается постоянной, определяемой степенью вулканизации 2езины, но не зависящей от природы и содержания наполнителя. По физической природе своей упругости наполненные резины не отличаются от ненвполненных. Это подтверждается температурной зависимостью квавиравновесного модуля, хоров(о экстраполируюшейся к абсолютному нулю.
Динамический модуль и модуль внутреннего прения резин растут с наполнением тем резче, чем активнее применяемый ваполиитель. Поиближенно линейная зависимость модуля тбения от напол,нения наблюдается для неэктнвного наполнителя (тальк). Для ак. таиных наполнителей (лаьпповая и канальная сажа) модуль внутреннего трения растет нелинейно (крнвые выпуклы к оси концентраций). Как уже указывалось, рост динамического модуля с наполнением происходит только за счет неравновесной составляющей, вычисляемой как разность между определенным в опыте динамическим модулем и равновесным модулем ненэполненной резины, той же степени вулканмзации (Е~ — — Š— Е ). С увеличением содцржания наполнителя,:неравнсвеоная составляющая динамического модуля растет так, что отношение к ней модуля внутреннего трения резины (К/Е,) сохраняет аостоянное, не зависящее от наполнения значение.
Предварительные деформации (тренировка) снижают значения динамического модуля и модуля внутреннего трения наполненной резины.,Характерно, однако, что отношение модуля внутреннего трения к неравновесной части дт(намического модуля (К/Е~), н нри этом сохраняет свое постоянное значение. Из сказанного следует, что в оонове изменения эластических свойств резины с наполнением лежит резкое возрастание внутреннего трения. а следовательно и неравновесной составляющей динамической упругости. Большая чувствительиссть к механическим воздействиям и медленная восстанавливаемость первоначальных свойств позволяет провести аналогию между внутренним трением нааолнеиных резин и вязкостью тнксотропных коллоидных систем с вивкомолекулырной дисперсной средой.
г) Влияние пластификаторов (мягчителей) ва динамические свойства резины исследовалось на ненаполнеиных в наполненных 18 вулкаиизатах бутадиенового (СКВ) и бутадиен-стнрольного (СКС-30) каучуков. В качестве пластификаторов применялись: вазелинсеое масло, автол 18, ишнмбаевокий мазут, веретенное масло, полиднеиы, зеленое масло, олеиновая кислота, рубрэкс. Как в ненааолиеиных, так и в нааолненных резинах пластнфикатор приводит к снижению модуля внутреннего трения.
В первом приближении можно принять что относительное снижение модуля внутреннего трения, обусловленное введением пластификаюра, мало зависит от природы и содержания в резине наполнителя. Зависимость динамического модуля резины от содержания пластификатора обусловлена соответствующими изменениями его рав- ' новесной и неравновесной составляющих.
Для выражения зависимости равновесною модуля резины от степени пластнфнисадии, в ряде работ попользовалась теория Флери, развитая им для описания набухания резины в низкомолекулярном пластифнкаторе. Следующее из этой теории соотношение: 'lа Есо(пабухш.) Есо(сух) (18) (где Ч вЂ” степень набухання, или отношение объема системы к объему набухающего полимера), выведено, однако автором с учетом изменения (при набухании) конфигурационной энтропии молекулярных цепей, овязанных в единую пространственную сетку.
Его неприменимость к описанию процесса пластификации (когда мягчитель вводится в сырую резиновую смесь) овязана с тем, что смешение каучукового полимера с пластификатором может и ие сопровождатьоя изменением формы цепчых молекул, В этом предельном случае пластифнка:юр будет действовать как простой разбавитель, уменьшая число молекулярных цепей в единице объема обратно пропорционально степени разбавления, т. е. будет иметь место соотлкипение: Е~(пластпф,) — Е~ (сух.) ' (!9) Из оопсставлеивг (18 и (19) видно, что пластифнкация исходного каучука может уменьшать равновесный модуль резины значительно больше, чем набухание вулканизата.
Неравновесная часть динамического модуля, с ростом содержания пластификатора, изменяепся а~налогнчно модулю внутреннего трения, так что отношение К/Е~ сохраняет практически постоянное, не зависящее от степени пластнфикацил, значение. Исследование поведения разных перечисленных выше пластификаторов в резинах из бутадиен.стирольного каучука показало далее, что их влияние на внутреннее прение, в большинстве случаев, являемся чисто объемным эффекюм.
'7~ 19 д) Основные результаты, полученные при изучении влияния рецептурно-технологических факторов ма динамические свойства резины, суммированы в таблице П, из рассмотрения которой отчетливо обнаруживается универсальная взаимосвязь между модулем внутреннего трения резины и неравновесной частью ее динамического модуля. Эта взаимосвязь может быть записана в виде эмпирического соотношения: К - =Сопз1 Е Е (20) имеющего, повидимому, достаточно общий характер и ясный физический смысл.
Действительно, если модуль трения есть величина пропорциональная фактическим механическим потерям цикла, то разность между динамическим и равновесным модулем, пропорциональна той части упругой энергии деформированного образца, которая принципиально может быть рассеяна за цикл. Отсюда соотношение (20) может быть сформулировано следующим образом: механические потери за цикл натружения пропорциональны всей днссипруемой части упругой энергии, причем коэффициент пропорциональности есть величина, практически не зависящая пт усаовий нагружения и состава резины. Одним из возможных приложений соотношения (20) является определение с его помощью равновесного модуля резины на основании данных динамических испытаний.
Существенно, что соответствующие динамические нспытаыия (например опредленне Е и К методом упругого отскока на маятниковом приборе В. Л. Бидермана) могут быть проведены весьма быстро и при комнатной температупе. То и другое уменьшает ваймононость ошибок, обусловленных химическими изменениями материала при длительной релаксации, предшествующей определению равновесного модуля обычнымн методами.
В табл. 1П приведены значения равновесного модуля ненаполпеиных вулканизатов натурального (НК), бутадненового (СКБ) н бугадиеи-стирольного (СКС-30) каучуков, разной степеци вулканизацни, определенные принятыми в настоящее время методами (метод релаксации на приборе Поляни, методбм ползучести иа модульной рамке, по максимуму набухания).
Там же приведены данные, полученные рекомендуемым методом, т. е. из данных динамических испытаний. Из таблицы Ш видно, что согласие между результатэмн динамических испытаний и результатами, полученными другими методами, вполне удовлетворительно. Во всяком случае оно не хуже, чем согласие между данными, полученными различнымп статическими методами (релаксация, пслзучесть, набухание).
Принципиальное значение соотношения (20) при анализе влияния факторов рецептуры н технологии на механические потери, при 20 э, о ххь о. о хсщ х «с О о с- л Ю »« ььха х ф ф з асс З й С Схфо фосс й с- ф хоф о сф ь х сох ' ь х' фх» аи щ (= с „ «с й с и ххфх й Ю 4 йах4«сс ( «( вщх О "ь ойы '4 О й С" ф зойх с« сйсо 'с а Ф х щ ф С« о о хо хо 4 Ф Ю Ж~ Жо Ф 4 фй Жо «( аа х ФФФФ ой» щ о «с аххя Особей ФЗ( хх (О Ф й «с «« ,оыйх о с х з Х .4 ° ' «(с( о о Ф з «с а О х о о с" о щ с" с ф лы йс« с с«о о лаа ах с О«« фс с а а ФК с~со .Ы о„~ О~ОД аО „ь (О " Йьск х ФЙОО ь о с й з щ й й ы о ф с 4 х й а 4 ыЗ 3 ф -й з О. о ! И((ОСМЕф МНМЭОННЮиОНМОООНС(С(мм(нас( 21 е х й Ф О с й «( оо ст з с сс у !1 Р( й~ о Ф Ф Ф о ( с о о х О » ф щ «с а ф ф х Ыо Щ й О. с о (=Я Ф х ас ф йс .ФЗО фс с х«ос% Сф ОС«й с "( сфь ф Зс х «с фхойа ХО сс ф С« х Фо « щ Р щ с Фщ ф с йа 4 щ О' 3 Фой ах с й а О соы и о с,«о И Фщ ,4 «( 4 С ьо о сох Фйй «с «\ сох а й ф с Ф щ фа о с С« хс с Ю ь э о с ф щ о ь фх аф О С« (Й з Ю хо й Ф х ф ах хс с „ФЫ а щсоый ос хььое с «с о саохх с1 ФЗь щыз О Ф Ф о О Ос Ф о о с с о.
о «со„(с ф Охах М З ф с .Фойф Ф с щ х х Лс ФО х ойь 3 ООХОХ сйсхз о сз ЗФС сйх ф Ф„Ф ОЗо щ х ф с Ф Ф з Ф ь ы ох фх сс «с .4 „с хо сох С «с с" ф й О*с". Ф ь ФР еинвсинэи аыяэалииеыип н и $$ В я $$9 вы НХииэяви нсэзьХВ -еон поэаи ИИИВЭ -явезс) посэи к и Ф и ии о $ о з 'р)сэ а ,. 8 о Ис се о о со о 'с' со с сч ос сч о О О О О О О О О + + + + + !. + + + $ о о $ сч сч о сч о о сэ ч' со сэ $ сэ сч ос о о о о о — сч + + + ! + + + + с сч с'э с'Э сч сэ со $ о о о о о о о о о + В + ! + + + + + око осск и $$ о,н к сс к Ф Й,к Й.к сэ Ф о о сч ° Ф сч со циивв -инэи яияээьыи виня янннеп ви и о и 3 ей иве $9 вы ис!Ииэяви о сс иьэаь Хввоы нопосэи ниывэ -яввас) иопосзи чэаиэ вн вс 'ис)аэ Иоиивв -евэ анивжс)эпоэ о $ о $$ Ф (.Нии) )ВЕВ! Ис)Е ИИНВВ -ИИВННВ еиэс)в к ь О ° $ и Ф к $$ к $$ к ор Ф Ф.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
