Московский Авиационный Институт
(Технический Университет)
Кафедра материаловедения
Курсовая работа
по материаловедению
на тему:
"Резины, стойкие к старению"
Проверил: Вишневский Г.Е.
Выполнил: Павлюк Д.В.
Гр. 02-105
Содержание:
1. Введение
2. Атмосферное старение резин
3. Защита резин от атмосферного старения
4. Изменение механических свойств резин при термическом старении
5. Термическое старение резин при сжатии
6. Защита резин от радиационного старения
7. Список используемой литературы
ВВЕДЕНИЕ.
Резиной называется продукт специальной обработки (вулканизации) каучука и серы с различными добавками.
Резина отличается от других материалов высокими эластическими свойствами, которые присущи каучуку - главному исходному материалу резины. Для резиновых материалов характерна высокая стойкость к истиранию, газо- и водонепроницаемость, химическая стойкость, электроизолирующие свойства и небольшая плотность.
По условиям эксплуатации к резине предъявляются различные требования. Резиновая обкладка транспортерных лент, передающих руду или каменный уголь, при низкой температуре должна быть морозостойкой и хорошо противостоять истиранию;
резиновая камера в рукавах для нефтепродуктов должна быть стойкой к набуханию; резиновая обкладка железнодорожных цистерн для перевозки соляной кислоты—стойкой к ее химическому действию и т. д.
Особые требования предъявляются к резиновым изделиям, применяемым в самолетах, в конструкциях которых имеются сотни разнообразных резиновых деталей. Такие изделия, наряду с компактностью и малым весом, должны быть эластичны и прочны. Очень важно сохранение деталями их свойств в широких пределах температур и в ряде случаев при воздействии различных жидких и газовых сред. При полете со скоростью 3600 км/ч даже на высоте 5000 м температура нагрева обшивки доходит до +400 °С; детали же находящиеся в узлах двигателей, должны сохранять свои свойства при температуре, доходящей до +500 ˚С. В то же время ряд деталей подвергается воздействию температур порядка минус 60 °С и ниже. Поскольку габариты деталей самолетов оставаться практически постоянными в продолжение всего срока службы, малые остаточные деформации сжатия являются необходимым качеством таких резин. Еще большие требования предъявляются к резинам для ракетостроения.
Наряду с широко применяемыми в резиновом производстве каучуками общего назначения — натуральным (НК) и бутадиен-стирольными (СКС-ЗОА, СКС-30, СКМС-30 и др.) используются и специальные:
хлоропреновые каучуки (А, Б, С, НТ), бутадиен-нитрильные (СКН-18, СКН-26, СКН-40, СКН-40Т), бутилкаучук, химически стойкие фторкаучуки (СКФ-32-12, СКФ-62-13), теплостойкие кремнийорганические полимеры (СКТ). Осваиваются стереорегулярные каучуки: полибутадиеновый (СКД) и изопреновые (СКИ). Ведутся поиски новых каучуков на основе соединений, содержащих бор, фосфор, азот и другие элементы.
Резина как конструкционный материал в ряде ее свойств существенно отлична от металлов и других материалов. Важнейшая особенность ее состоит в способности к перенесению под действием внешней нагрузки значительных деформаций без разрушения. К основным особенностям резины также относятся: малые величины модулей при сдвиге, растяжении и сжатии; большое влияние длительности действия приложенной нагрузки и температурного фактора на зависимость напряжение—деформация; практически постоянный объем при деформации; почти полная обратимость деформации; значительные механические потери при циклических деформациях.
Вулканизаты мягкой резины под влиянием ряда складских или эксплуатационных факторов, действующих изолированно или чаще комплексно, изменяют свои технически ценные свойства. Изменение сводится к снижению эластичности и прочности, к появлению затвердения, хрупкости, трещин, изменению окраски, увеличению газопроницаемости, т. е. к большей или меньшей потере изделиями их технической ценности. Влияние кислорода воздуха, и в особенности озона, ведет к старению и утомлению резины. Этому способствуют: тепло и свет, напряжения, возникающие при динамическом или статическом нагружении, включая и нерациональное складирование, влияние агрессивных сред или каталитическое действие солей металлов.
Низкие температуры ведут к снижению эластичности резины, к повышению ее хрупкости. Эти изменения углубляются с длительностью охлаждения. Однако с возвращением к нормальным температурам первоначальные свойства восстанавливаются. Влияние размеров и особенностей формы изделия в резине сказывается значительно больше, чем в других конструкционных материалах. Стабилизация в резине ее технически ценных свойств, борьба с явлениями старения, утомления и замерзания представляют в настоящее время одну из важных задач современной технологии резины.
АТМОСФЕРНОЕ СТАРЕНИЕ И ЗАЩИТА РЕЗИН
Проблема увеличения долговечности резиновых изделий непосредственно связана с повышением сопротивления резни различным видам старения. Одним из наиболее распространенных и разрушительных видов старения является атмосферное старение резин которому подвержены практически все изделия, контактирующие при эксплуатации или хранении с воздухом.
Атмосферное старение представляет собой комплекс физических и химических превращений резни, протекающих под воздействием атмосферного озона и кислорода, солнечной радиации и тепла.
Изменение физико-механических свойств резин
В атмосферных условиях так же, как и при тепловом старении, резины постепенно теряют свои эластические свойства независимо от того, находятся ли они в напряженном или ненапряженном состоянии. Особенно интенсивно старятся резины на основе НК со светлыми наполнителями. Быстро (через 1—2 года) наступает заметное изменение свойств у резин из бутаднен-ннтрильного, бутадиенстирнльного каучуков и из наирита. Наиболее стойкими являются резины на основе СКФ-26, СКЭП, СКТВ и бутилкаучука.
Существенно влияет на скорость изменения свойств резин в атмосферных условиях солнечная радиация, ускоряя в некоторых случаях процесс в пять и более раз.
В саженаполненных резинах такая разница в скорости старения является в первую очередь результатом сильного нагревания поверхности резин под действием прямых солнечных лучей. Поскольку температура оказывается важнейшим параметром, влияющим на все протекающие процессы, представлялось необходимым создать надежный метод ее экспериментального определения.
Исследование температуры резин на открытом воздухе показало, что суточное изменение ее, так же как и изменение температуры воздуха (при отсутствии облачности), приближенно описывается синусоидальными кривыми. Перегрев по сравнению с воздухом (при температуре воздуха 26 °С) достигает 22 °С у черной и 13 °С у белой резины.
Ход изменения температуры резины в течение суток следует за ходом изменения величины солнечной радиации, и перегрев резины является функцией последней. Наряду, с этим перегрев зависит от теплообмена между резиной и воздухом. Это позволяет, исходя из потока солнечной радиации и используя уравнение теплообмена для системы плоская пластина — газ, определять температуру поверхности резин расчетным путем. В частности, зная абсолютные максимумы температуры в разных географических точках, можно рассчитать максимальную температуру, до которой в этих местах будет нагреваться поверхность резины. Для Москвы эта температура равна 60 °С (абсолютная максимальная 37 °С), для Ташкента 81 °С (абсолютная максимальная 45°С).
Повышение температуры поверхности резины даже на 20—25 °С может вызвать резкое изменение скорости старения. Таким образом, этот параметр необходимо принимать во внимание при оценке сроков старения резин в атмосферных условиях.
Определение температуры резин, находящихся на воздухе под различными светофильтрами, показало, что нагрев резины происходит практически полностью за счет инфракрасной части солнечной радиации, оказывающей решающее влияние на скорость старения саженаполненных резин. Так, за 140 суток экспозиции резин из НК в г. Батуми сопротивление разрыву падает в среднем (в %): на открытом воздухе — на 34, под фильтром, пропускающим 70% инфракрасных и не пропускающим ультрафиолетовых лучей,—на 32, под фильтром, пропускающим 40% инфракрасных лучей, а также небольшое количество ультрафиолетовых,— на 24, под фольгой — на 20.
На основании изложенного можно заключить, что изменение физико-механических свойств резин в условиях атмосферного старения обусловлено главным образом процессом теплового старения, протекающим под действием тепла и атмосферного кислорода. В соответствии с этим эффективное снижение скорости изменения физико-механических свойств резин при атмосферном старении также, как и при тепловом старении, может быть достигнуто с помощью противостарителей главным образом у резин на основе НК.
Изменение физико-механических свойств резин в атмосферных условиях может оказывать влияние на долговечность резиновых изделий в случае их длительного пребывания на воздухе в ненапряженном состоянии или при достаточно малых напряжениях. Существен этот процесс также для деформированных резин, хорошо защищенных от действия озона или изготовленных из озоностойких каучуков, длительно эксплуатирующихся на воздухе.
Изменение поверхности резин
В атмосферных условиях значительные изменения претерпевает поверхность резин, и в первую очередь поверхность светлых резин из НК. Помимо сравнительно быстрого изменения цвета поверхностный слой сначала размягчается, а затем постепенно становится жестким и приобретает вид тисненой кожи. Одновременно поверхность покрывается сеткой трещин.