Статья: Эксплутационные свойства резин

Эксплутационные свойства резин

Общий диапазон работоспособности резин составляет от -110° до 350° С, однако
конкретные марки резин обладают более узким диапазоном температуры эксплуатации.

Температурный диапазон:

Способность резин сохранять эксплуатационные свойства при пониженной температуре. Связана с процессами стеклования (отвердевания) и кристаллизации при низких температурах. Из-за комплексного влияния низких температур на эксплуатационные свойства резины существует многочисленные методы оценки этого свойства. Предельной характеристикой м. является Тс – температура стеклования, ниже которой резина преобратает свойства твердого тела, самым нежелательным из которых для резины является хрупкость. Обычно м. оценивают по температурному пределу хрупкости Тхр, по жесткости, способности к эластичному восстановлению и др. характеристикам резины в интервале пониженных температур.

Морозостойкость:

Термическая стойкость характеризует способность резины сопротивляться термическому (тепловому) старению – т.е. сохранять эксплуатационные свойства, изменения которых обусловлено необратимыми процессами в резине при повышенных температурах. Термостойкость определяет максимальную температуру и продолжительность эксплуатации резины. Т.с. также зависит от среды и условий эксплуатации. Т.с. связана с процессами окисления и разрушением молекулярной структуры каучука. Т.с. имеет смысл только применительно к определенной физической характеристике резины: прочности, релаксации напряжения и т.п. и к среде эксплуатации. В отличие от термической стойкости – температуростойкость связана с обратимыми изменениями в структуре резины при повышенных температурах.

Термическая стойкость
(теплостойкость, температуростойкость):

Характеризует способность резины противостоять воздействию продуктов нефтепереработки, в результате которого происходит изменение плотности резины (набухание, в т.ч. неравномерное), вымывание (растворение) из неё различных ингредиентов и как следствие – потеря важных механических свойств. Обычно маслобензостойкость присутствует в комплексе с теплостойкостью.

Маслобензостойкость:

Для резины твердость определяется по Шору А (от 0 до 100) и заключается в измерении сопротивления резины погружению в нее индентора (тонкого подпружиненного стержня). Губки (оценочно, т.к. для них применяется характеристика плотности) имеют твердость по Шору А менее 30, мягкие резины имеют твердость по Шору А менее 50, средней твердости 50-75, твердые 76-86, очень твердые более 88, абсолютно твердое тело имеет твердость 100 ед. по Шору А.

Твердость:

Способность резин выдерживать в течение длительного времени действие климатических факторов в процессе климатического старения без значительного изменения внешнего вида и технических свойств. К климатических факторам относят наличие температуру, влажность и давление воздуха, солнечное излучение, дождь, ветер, пыль, смены температуры, соляной туман, иней, содержание в воздухе коррозионных агентов и озона. А. зависит от состава резиновых смесей, условий старения и конструкции изделия. Частным случаем а. является озоностойкость резин.

Атмосферостойкость:

Стойкость резин к воздействию воды (в т.ч. кипящей и перегретой) и пара. Воздействие воды на резинотехнические изделия приводит к вымыванию стабилизаторов и защитных веществ, что ускоряет последующие процессы старения. Кипящая вода и пар, помимо этого, ускоряют процессы старения и термоокисления резины. Пароводостойкость достигается подбором марки каучука, вулканизующей группы и введением в рецептуру резиновой смеси специальных компонентов. Пароводостойкость - особо важная характеристика для тонкостенных РТИ, работающих одновременно в контакте с водой и воздухом. Лучшая пароводостойскость у резин на основе ЭПК (этиленпропиленового каучука).

Водостойкость, Пароводостойкость:

Способность резин сохранять свойства и работоспособность в вакууме (или при давлениях значительно ниже атмосферных). Характеризуется газовыделением и газопроницаемостью резин. Газовыделение (испарение компонентов резины) приводит к изменению свойств резины, а также к нежелательным эффектам для уплотняемого оборудования из-за конденсации продуктов испарения. Обычно срок службы уплотнений «вакуум-воздух» меньше, чем уплотнений «воздух-воздух», т.к. вакуум способствует ускорению окисления из-за более интенсивной «прокачки» воздуха через резину

Стойкость к
воздействию вакуума (вакуумстойстойкость):

Свойство резинотехничекого изделия, работающего на границе двух сред пропускать через свою поверхность определенное количество газа (пара). Характеризуется количеством газа в 1см3, проходящего через мембрану толщиной 1см и площадью 1см2, при разности давления 1атм. Г. связана с процессами растворения газа (пара) в резине на одной стороне уплотняемой среды и последующего испарения с другой стороны. Зависит от марки каучука, температуры и состава уплотняемой среды.

Газопроницаемость:

Стойкость к образованию пор, трещин, вздутий, других внутренних или внешних эффектов в резиновых изделиях после быстрого (от ~0,5МПа/мин) сброса высокого давления газа. Возникают из-за предварительного поглошения резиной сжатого газа, который при резком сбросе давления не успевают покинуть её. Эффект проявляется при давлениях выше 10 Мпа. Опасен из-за возможности внутренних (невидимых) повреждений в резинотехнических изделиях. Стойкость к кессонному эфекту достигается подбором резин с высокой плотностью/твердостью и выбором наполнителей. Немаловажное значение имеет и показатель относительного удлинения при разрыве – чем больше, тем лучше.

Стойкость к взрывной декомпрессии
(кессонному эффекту):

При температуре выше 200оС большинство резин начинают подвергаться термическому разложению, в процессе которого выделяются горючие газы, а компоненты резиновой смеси вступают в экзотермические реакции с кислородом. При температуре более 600оС резина начинает гореть самостоятельно. Огнестойкость резины характеризуется температурой воспламенения, самовоспламенения (самостоятельного горения) и итенсивностью горения, а также составом продуктов горения. О. прежде всего достигается выбором марки каучука и добавлением в резиновые смеси дополнительных ингредиентов, которые подавляют процесс горения (тления) резины, в т.ч. и без доступа кислорода, увеличением негорючих продуктов в составе продуктов термического разложения резины и другими рецептурными и технологическими решениями. В частности, некоторые марки резин на основе фторкаучуков вообще негорючи, в т.ч. и в атмосфере чистого кислорода.

Огнестойкость:

Способность резин выдерживать длительное воздействие света без заметного изменения внешнего вида и технических свойств. Под действием солнечного света в поверхностном слое РТИ происходят фотохимические реакции и ускоряются процессы озонного старения. Для усиления светостойкости в резиновые смеси добавляют светостабилизаторы и антиоксиданты.

Светостойкость:

Свойство резины противостоять разрушению и отделению внешнего слоя при наличии поверхностного трения (в т.ч. в комплексе с другими воздействиями окружающей среды). Различают износостойкость к механическому, коррозионно-механическому воздействию, к абразивному, эрозионному, гидро и газоабразивному воздействию, Отдельно стоит стойкость к усталостному износу при многократных деформациях. И. – важная характеристика для резиновых изделий, служащих в качестве уплотнений подвижных соединений, конвейерных лент, трубопроводов, виброизоляторов и т.п.

Износостойкость:

Химическая стойкость к действию бензина, масел, щелочей, кислот и др. химически активных веществ, при взаимодействии с которыми происходит необратимое изменение химической структуры полимера и вулканизационной сетки, вплоть до её разрушения. Может снижаться при одновременном действии химически активной среды и механическом воздействии. Х.с. определяется к конкретному классу химически активных веществ. Для некоторых видов каучуков (резин) вода также является химически активным веществом.

Химстойкость:

Свойство резин вызывать коррозионное разрушение металлов и сплавов, находящихся в контакте с резинотехническим изделием. К.а. обусловлена коррозионно-активными веществами и влагой, выделяющимися из резины, а также газообразными продуктами деструкции (разложения) резины. Возрастает при повышении температуры и влажности. Снижение к.а. достигается специальными рецептурными приемами и предварительной термической обработкой резиновых изделий. Существенно зависит от типа и марки каучука.

Коррозионная
агрессивность:

Представляет большое значение для характеристики резино-металлических и резино-тканевых изделий. Характеризуется прочностью связи резин с металлами и др. материалами. Улучшение а. достигается введением в резины смеси модификаторов адгезии и применением дополнительных технологических и рецептурных решений.

Адгезия к металлам
или тканям:

Резинотехнические изделия контактирующие с человеком или пищевыми продуктами должны удовлетворять широкому спектру экологических, медицинских, санитарно-гигиенических норм (СанПиН) и ГОСТов. Все рецептуры таких резиновых смесей должны иметь соответствующее разрешение, а готовые изделия подтверждены сертификатом соответствия. Помимо этого, производство РТИ медицинского назначения подлежит лицензированию. Основные требования к таким изделиям: отсутствие химических реакций или других взаимодействий между резиной и пищевыми продуктами, ограничения по запаху и выделению вредных веществ, запрет на использование в рецептуре оговоренного перечня химических соединений, отсутствие других вредных воздействий на организм человека.

Нетоксичность (использование в
контакте с пищевыми продуктами и в быту):

Свойство материала сопротивляться разрушению в результате действия внешних статических механических сил. Определяется на резиновой заготовке определенной формы. Прочность варьируется в пределах от 5 до 35 МПа, относительное удлинение от 100 до 1000%

Прочность,
Относительное
удлинение при разрыве:

Снижение напряжения в деформированном изделии при его эксплуатации. Обусловлено двумя группами процессов – физической (под действием силы) и химической (под действием окружающей среды) природы. Характеризуется временем релаксации, в течение которого начальное значение напряжения снижается в заданное количество раз. В процессе эксплуатации уплотнительных изделий напряжение может снижаться вплоть до нулевого значения, что ведет к потере уплотнительных свойств резины.

Релаксация напряжения:

Одно из свойств, характеризующее эластичные свойства резины – какая часть энергии, израсходованная на деформацию резинотехнического изделия была возвращена сразу же после снятия внешней силы (эти величины не совпадают из-за тепловых явлений и наличия остаточной деформации).

Полезная упругость:

Способность резины сохранять эластичные свойства (восстанавливать первоначальную форму) после выдержки в сжатом состоянии. Существенно зависит от приложенного давления и температуры, под действием которых в каучуке происходят необратимые процессы сшивания и деструкции пространственной решетки. Собственно определяет температурный диапазон эксплуатации уплотнительных изделий. Недостаточное сопротивление к накоплению остаточной деформации в т.ч. приводит к эффекту ползучести – непрерывному увеличению деформации резинотехнического изделия под действием внешнего давления или вибрации.

Сопротивление накоплению остаточной деформации сжатия - ОДС (эластичное восстановление):

В результате различных видов старения в комплексе с растягивающими усилиями, на поверхности резины образуются трещины (одновременный разрыв нескольких макромолекул каучука). Трещины приводят к более интенсивному взаимодействию поверхностных слоев РТИ с внешней средой и появлению точек концентрации напряжений в вершинах трещин. В результате, процесс разрастания трещин ускоряется, вплоть до разрушения и потери РТИ своих эксплуатационных свойств. Стойкость резин к образованию и разрастанию трещин достигается введением в рецептуру резиновой смеси антиозонатов и восков.

Сопротивление
образованию,
разрастанию трещин:

Сопротивление распространению локального разрушения (напр. трещины) под действием растягивающих сил, при напряжениях и деформациях меньших, чем определены в прочностных характеристиках резины. Характеризуется усилием, при котором происходит раздир специально надрезанного образца. Для различных марок резин с.р. может составлять от 10 до 170 кН/м

Сопротивление раздиру:

Механические свойства, характеризующие поведение резин при ударных, периодических и других внешних механических воздействиях, вызывающих переменные деформации (напряжения) резинотехнического изделия. Включают показатели жесткости резины (соотношения силы и деформации) и показатели демпфирования (рассеивание механической энергии в единице объема резины), а также побочные явления – теплообразование и остаточную деформацию.

Динамические характеристики:

Способность резины противостоять циклическим механическим нагружениям, растяжениям, сжатию, изгибу и сдвигу, которые активируют в резине протекание необратимых физических и химических процессов. С течением времени эти процессы приводят к повышению жесткости резины, нарушению рабочих функций и в конечном итоге к разрушению резинотехнического изделия.

Усталостная выносливость
(утомление резин
при многократных
деформациях):

Свойство РТИ уменьшать амплитуду и частоту внешних переменных нагрузок. Связано с эластичными свойствами резин и способностью поглощать механические нагрузки, преобразуя их в тепло и внутреннюю энергию. Наличие внешних переменных нагрузок приводит к изменению химической структуры и ускоренному процессу старения резины. В частности, под воздействием вибрации нарушается однородность резины и миграция ингредиентов резиновой смеси на поверхность РТИ.

Вибродемпфирование:

Способность резин сохранять работоспособность (противостоять радиационному старению) в условиях воздействия ионизирующего излучения. Под действием радиации в резине протекают разнонаправленные процессы радиационного сшивания и деструкции пространственной сетки каучука, что приводит к ухудшению эксплуатационных свойств резинотехнических изделий. Р.с. достигается подбором марки каучука, введением в рецептуру резиновой смеси специальной вулканизующей группы, антирадов и других ингредиентов.

Радиационная
стойкость резин:

Стойкость резин к действию газов высокого давления. Аналогична атмосферостойкости, но из-за более быстрых процессов окисления и накопления остаточной деформации, требует дополнительных рецептурных решений.

Стойкость к старению
под действием высокого давления:

Способность резин сопротивляться озонному старению, которое сопровождается образованием и разрастанием трещин – и как следствие потерей эксплуатационных свойств резины. Важное свойство для резин, эксплуатирующихся в условиях с повышенным содержанием озона – в электрических полях, в условиях мегаполиса, в летнее время. О. – частный случай атмосферостойкости при низких концентрациях озона.

Озоностойкость:

Электропроводность
(диэлектрические свойства, электростойкость):

Для придания резине магнитных свойств в состав рецептуры резиновой смеси вводят специальные наполнители – окислы различных металлов (ферромагнетики). Резины с магнитными свойствами применяются в производстве эластичных магнитопроводов, эластичных постоянных магнитов, в радиотехнике и технике связи.

Магнитные свойства:

Период времени эксплуатации резинотехнического изделия, при котором резина сохраняет заданные физико-механические свойства. В основном зависит от правильного выбора резиновой смеси для конкретных условий эксплуатации. Чем больше, тем лучше :) Хорошим показателем для большинства случаев считается диапазон равный 5 годам. Иногда вместо гарантийного срока (для тяжелых режимов эксплуатации) используется показатель ресурса, который измеряется в часах работы РТИ при воздействие рабочей среды (от десятков до тысяч часов).

Гарантийный срок
службы:

На практике, для каждого вида условий эксплуатации, резинотехнические изделия испытываются (удовлетворяют условиям эксплуатации) не по всему комплексу свойств, а по заранее оговоренному в ТУ и ГОСТах набору параметров.

Эксплуатационные свойства готовых резинотехничесих изделий зависят не только от состава (рецептуры) исходной резиновой смеси и способа вулканизации, но и от конструктивного исполнения этих изделий – уменьшения площади соприкосновения с агрессивными средами, усилия и способа затяжки уплотнительных изделий, отсутствия в резинотехническом изделии областей с повышенными механическими напряжениями, нанесении внешних защитных пленок и др.

Помимо специфических, резина характеризуется и общими физико-механическими свойствами: удельным весом, коэффициентом трения, теплопроводностью и другими. Многообразие условий применения резин не позволяет заранее и окончательно определить весь возможный набор предъявляемых требований, равно как и создать резину удовлетворяющей всем требованиям одновременно. В приведенной выше таблице даны лишь наиболее часто употребляемые термины, характеризующие эксплуатационные свойства резинотехнических изделий.

И другие...