Зміст
Вступ
Визначенняпластоеластичних властивостей еластомерів
Визначення пластоеластичних властивостей пластометричним та віскозиметричним методами
Визначення кінетики ізотермічної вулканізації за реометром Монсанто
Література
Вступ
Тема реферату з дисципліни «Контроль якості полімерних матеріалів»
«Визначення пластоеластичних властивостей еластомерів».
Дисципліна «Контроль якості полімерних матеріалів» дає знання про те, якими методами оцінюють якість матеріалів, з яких виготовляють полімерні вироби. Властивості полімерних матеріалів визначають і якість виробів і терміни їх експлуатації. Дисципліна знайомить з методами контролю якості пластмас і еластомерів, принципами і суттю цих методів, особливостями контролю того чи іншого матеріалу, а також з розрахунками кількісних показників якості.
Матеріал дисципліни базується на вивченні хімії і фізики полімерів, прикладної механіки.
Визначенняпластоеластичних властивостей еластомерів
Визначення пластоеластичних властивостей пластометричним та віскозиметричним методами
Пластоеластичні властивості відносяться до технологічних властивостей. Каучуки та гумові суміші є полімерними матеріалами і являють собою дуже складні системи, які під дією механічного навантаження відрізняються й від твердих пружних тіл і від грузлих рідин. Під навантаженням вони виявляють і оборотну еластичну й необоротну пластичну деформацію. Переробка каучуків і гумових сумішей здійснюється у в’язкотекучому стані, який визначає легкість проведення виробничих процесів. При температурах експлуатації ці матеріали перебувають у високоеластичному, а при температурах переробки - у в’язкотекучеому стані, що ускладнено наявністю високоеластичної деформації. Еластична складова деформації впливає на збереження форми невулканізованих заготівель, а пластична приводить до усадки відформованих виробів у процесі виготовлення. Тому для кожного каучуку й для кожного шифру гумової суміші встановлюють оптимальні значення пластоеластичних властивостей.
Каучуки й гумові суміші не підкоряються ні закону Гука, ні закону Ньютона. Вони є матеріалами, які мають пружні й грузлі властивості в різних сполученнях. Ці властивості залежать не тільки від деформації, але й від часу. Для них характерне явище релаксації напруження. В'язкість розплавів еластомерів зменшується при механічній дії й збільшується при знятті навантаження (явище тиксотропії). Ці матеріали містять лінійні макромолекули, що приводить до виникнення поряд з еластичною і пластичної деформації, що викликана переміщенням деякої частини макромолекул.
Здатність лінійних еластомерів до плину визначається їх реологічними властивостями. Для поділу пластичної та еластичної деформації задаються деяким проміжком часу після розвантаження зразка - часом відпочинку, протягом якого високоеластична деформація в основному зникає.
Для визначення пластоеластичних властивостей використовують різні методи випробувань, до яких відносяться:
1) капілярна віскозиметрія, яка ґрунтується на продавлюванні матеріалу через калібрований отвір малого діаметра при постійному перепаді тиску та вимірі швидкості плину матеріалу;
2) ротаційна віскозиметрія, яка ґрунтується на круговому зсувному плині матеріалу з постійною швидкістю в тонкому кільцевому шарі й вимірі крутильного моменту;
3) пластометрія, що ґрунтується на стиску зразків постійного об’єму при постійній деформації, швидкості деформації або навантаженні й вимірі виникаючих напружень або деформацій;
4) динамічні методи, у яких матеріал піддається циклічним зсувним деформаціям при малих амплітудах у широкому інтервалі зміни частоти коливань.
Кожний із цих методів моделює умови переробки на певнім устаткуванні: капілярна віскозиметрія - на екструзійному устаткуванні; ротаційна віскозиметрія - у закритому газозмішувачі або в корпусі черв'ячної машини; пластометрія - стиск матеріалу в зазорі валкових машин; динамічні методи - умови переробки гумових сумішей.
Визначення пластоеластичних властивостей на стискаючому пластометрі. Відповідно до держстандарту пластоеластичні властивості характеризуються такими показниками:
1) М'якість S – відношення загальної деформації до середньої висоти зразка під вантажем.
2) Пластичність Р – відношення пластичної деформації до середньої висоти зразка під вантажем. Пластичність Р характеризує пластоеластичні властивості матеріалу від абсолютно пластичного при Р = 1 до абсолютно пружного при Р = 0.
3) Відновлення R – відношення пластичної деформації до загальної деформації стиску.
4) Еластичне відновлення R1 (мм) – різниця висот зразка після відновлення й під дією постійного навантаження.
5) Відносне еластичне відновлення R2 – відношення еластичного відновлення до загальної деформації зразка.
Зразки для випробування мають форму циліндра діаметром 16±0,5 і висотою 10 +0–0,5 мм. Тривалість вилежування зразків 2-24 години.
Випробування ведуть при температурі (70±1) ºС, для чого поміщують пластометр у термостат. Регулювання та підтримка температури ведеться автоматично. Сутність методу полягає в стиску зразка між двома пласко паралельними пластинами при постійному вантажі та заданій температурі й вимірі висоти зразка до, під час і після додатка вантажу й відпочинку зразка.
У процесі випробування визначаються три величини:
h0– висота стандартного зразка до випробування, мм;
h1– висота зразка, деформованого постійним вантажем (50±0,1) Н тривалістю 3 хвилини, мм;
h2 – висота зразка після зняття вантажу й відновлення при кімнатній температурі протягом 3 хвилин, мм.
Висоту зразків вимірюють за допомогою товщиноміра з похибкою не більше 0,01 мм.
Розрахунок показників ведуть по формулах:
S = (h0 – h1)/(h0 + h1)
R = (h0 – h2)/(h0 - h1)
P = S·R = (h0 – h2)/(h0 + h1)
R1 = h2 – h1
R2 = (h2 – h1)/(h0 - h1)
Знаходять середнє значення пластичності не менш 2 зразків.
Визначення в'язкості каучуків і гумових сумішей на зсувних віскозиметрах.
Зсувні віскозиметри ВР-2 і Муні мають однаковий принцип дії й дозволяють визначити в'язкість каучуків і гумових сумішей, здатність до передчасної вулканізації й швидкість вулканізації.
На зсувному віскозиметрі ВР-2 визначається опір деформації зрушення випробовуваного зразка, що перебуває між рухливою поверхнею ротора й нерухомою поверхнею камери приладу. На віскозиметрі Муни визначають крутильний момент на осі ротора.
При випробуванні визначають момент опору обертанню ротора в матеріалі або крутильний момент Мt залежно від тривалості випробування при частоті обертання 2 обертів на хвилину при заданій температурі.
Кожний зразок для випробування на ВР-2 складається із чотирьох дисків із зовнішнім діаметром 50мм. Один з них є суцільним, два інших являють собою кільце із внутрішнім діаметром 38 мм і четвертий - кільце із внутрішнім діаметром 16 мм. На віскозиметрі Муни випробовується зразок, що складається із двох дисків діаметром 45-50 мм, один із яких має отвір по центрі діаметром 10-12 мм. Товщина зразків 6-8 мм.
Визначення в'язкості проводять через 60 с попереднього прогріву зразка. Включають ротор і через 2 хвилини від початку його обертання відзначають зміну в'язкості випробовуваного матеріалу. Для кожного зразка будують криву в координатах в'язкість - тривалість випробування.
В'язкість виражають як різницю між показаннями індикатора на холостому ході й у кожний момент часу.
Здатність до передчасної вулканізації характеризується:
1) часом початку подвулканизации t5, при якому в'язкість зразка перевищує мінімальну на 5 одиниць;
2) швидкістю вулканізації, обумовленою по різниці (tc – t5), де tс – час, за якого в'язкість зразка перевищує мінімальну на 35 одиниць.
При вимірі в'язкості по Муні на віскозиметрі ВР-2 за результат приймають в'язкість, що відповідає значенню, отриманому при перетинанні кривої, проведеної через експериментальні точки, з лінією заданого часу виміру. Беруть середнє арифметичне для двох зразків, що відрізняються друг від друга не більше як на 1 одиницю.
Запис результатів роблять так:
55М Б1-5-100, де 55М – число одиниць в'язкості; Б – великий ротор; 1 – час прогріву зразка перед випробуванням, хвилини; 100 – температура випробування, ºС.
На віскозиметрі Муні за в'язкість приймають число одиниць в'язкості через 4 хвилини обертання ротора. Скорочений запис результатів випробування на віскозиметрі Муні: 50МБ1+4(100 ºС). Здатність до підвулканізації й швидкість вулканізації звичайно визначають при 120 ºС. Швидкість вулканізації тим вища, чим більше крутість підйому кривої зміни в'язкості. Швидкість вулканізації може бути вираженою в одиницях Муні за хвилину. В'язкість по Муні звичайно визначають для однієї й тої же кривої через 4 хвилини після початку випробування. У цьому випадку температура 120 ºС повинна бути зазначена в результатах випробувань.
Визначення кінетики ізотермічної вулканізації за реометром Монсанто
Віброреометр Монсанто-100 (рис. 2) складається з робочої камери, утвореної двома напівформами 2 и 4. Верхня напівформа 2 переміщується в вертикальній площині при завантаженні та вивантаженні зразків з допомогою штока пневматичного циліндра 1. На внутрішніх поверхнях напівформ нанесені радіальні канавки прямокутної форми під кутом 20° одна до одної. Нижня напівформа в центрі має отвір для введення стрижня ротора. Напівформи обігріваються електричними нагрівачами 8, які вмонтовано в плити. Терморегулюючий пристрій забезпечує обігрів напівформ в інтервалі від 100 до 200 °С з підтримкою заданої температури в межах ±0,5 °С. В робочій камері здійснює коливальний рух з заданою амплітудою біконічний ротор 3, який є циліндричним стержнем з нерухомо з’єднаним з ним біконічним диском. На обох поверхнях диска також є канавки. Стержень ротора закінчується чотирьохгранником, з допомогою якого він закріплюється на приводному валу. Частота коливань ротора 1,7 Гц, амплітуда коливань без навантаження 1,3 и 5 град.