Способ определения долговечности эластомеров

ВЗАМЕН РАНЕЕ ИЗДАННОГО СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 183/ 01 1 17(0(51)5 ЗОБ РЕТ К ГОВЕЧЭто рен тур ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССР(71) Институт физико-органической химииАН БССР (Вт), Ленинградский филиалВНИИ эластомерных материалов и изделий(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДОЛНОСТИ ЭЛАСТОМЕРОВ(57) Изобретение относится к методам прогнозирования сроков службы резиновыхтехнических иэделий и эластомерных покрытий, работающих при воздействии натурных условий эксплуатации. Цельизобретения - повышение производительности. Предварительно для испытуемого Изобретение относится к способам определения долговечности резиновых техни-ческих изделий и эластомерных покрытий, работающих при воздействии натурных условий эксплуатации, и может быть использовано для установления гарантийных сроков службы эластичных покрытий поверхностей аппаратов химических производств и другого оборудования и изделий.Долговечность резины х, в соответствии с ГОСТ 9,713-86 (метод прогнозирования измерения свойств при термическом старении), определяется временем, в течение которого коэффициент старения резины по прочности Ка или относительному удлинению.Кдостигает величины 0,5 (прототип);т метод включает в.себя: проведение стаия при различных повышенных темпераах образцов резины в свободном, Ж(, 1791753 А 1 эластомера определяют температуру релаксационных переходов, затем осуществляют растяжение образцов при повышенных температурах, лежащих внутри межрелаксационного интервала температур, скорость растяжения выбирают из условия обеспечения разрушения образцов базой 10 мм и через 100-400 с, энергию активации определяют по формуле Оо - Тойп хзфйо, где х 0= 10 с; хэф - эффективная долговечность-12материала в условиях испытания; Й - универсальная газовая постоянная; Т 0 - температура определяется линейной экстраполяцией кривой а-Т в межрелаксационном интервале температур, а о долговечностй судят"по формуле х=10 а +фео/ат, гдеаиф - коэффициенты, равные а -0,111 +0,001,Р=-3,687 ф 0,05. состоянии в течение различных сроков от нескольких часов до нескольких месяцев: сО последующее их испытание на растяжение апри комнатной температуре через определенные заданные сроки старения, расчет ц Ка или К. расчет энергии активации ест в зависимости от Ка или Ке, определение долговечности при заданных условиях эксплуатации как функцию от Ест. Метод широко применяется на практике, но является а трудоемким и длительным, требует значительного количества материала (для установления гарантийного срока службы одной резины необходимо 0,5 года и 250 пластин из этой резины размером 120 х 140 х 2 мм),При этом установлено, что для всех обьектов исследования эффективная долговечность соответствующая условиям разрушения образцов на разрывной машине Ьф принималась равной =1 с, а параметр О 0 рассчитывается по формуле (1). Оо ТоЯи гэф/ 0 (1)5-1 згде % - константа, равная для волокон 10 с,То- температура, определяемая экстраполяцией экспериментальной зависимости сг(Т) к О= О.Цель изобретения - значительное сокращение срока определения долговечности резин, применяемых для изготовления резинотехническИх иэделий и покрытий, Положительнйй эффект изобретения состоит в сокращении времени определения дол говечности до 40-60 ч, т,е. в 30 раз по сравнению с прототипом, и достигается за счет проведения термоокислительной деструкции, при этих же, что и в ГОСТ 9.713-86, температурах, но при дополнительном наложейии поля растягивающего механического напряжения, что ускоряет деструктивные процессы в образцах и значительно сокращает время оценки энергии активации процесса, а следовательно, и оп ределения долговечности материала. Цель достигается органическим соединением в один способ конкретного вида впервые установленной аналитической зависимости между хи Ест полученной на.базе обширно го статистического материала по определению долговечности резин различного рецептурного состава по ГОСТ 9,173-86, с усовершенствованной и впервые примененной"для эластомеров экспресс-методи кой определения Оо, содержащей новые существенные приемы, действия и режимы,Способы определения долговечности эластомеров включает экспресс-методику установления значений энергии активации 40 00 при одновременном воздействии на образец тепла, кислорода воздуха и механического"рас 1 ягивающего напряжения при испытаниях на стандартных разрывных машинах с термокамерой, С этой целью выбира ют необхбдимые температурно-временные режимы испытаний, Образцы в форме двойной лопатки с размером рабочей части 10 х х 1 х 1 мм предварительно до начала деформирования термостатируются при каждой 50 температуре испытания в течение времени, обеспечивающего равномерный прогрев по всему объему образца, т.е. равенство температуры в термокамере у поверхности образца и в объеме термостатируемой резины.Оно выбирается опытным путем с помощью снятия зависимости разрушающего напряжения -от времени термостатирования, определения времени, при котором эта зависимость выходит на плато, и было зафиксировано при всех температурах равным 8 мин. Интервал температур испытаний включает в себя интервал температур старения, рекомендуемых ГОСТ 9.713-86 для каждого типа этастомера. Предварительно для испытуемого эластомера устанавливают температуры релаксационных переходов, а последующее растяжение осуществляют не менее, чем при 6 температурах соответствующего межрелаксационного интервала. Зависимость 0 (Т) в межрелаксационном интервале представляет собой линейный участок ломанной линии, что позволяет применить формулу (1), вытекающую иэ формулы Журкова, для оценки значений параметра Оо эластомеров. При этом а - константа, равная для эластомеров 10с, а эффективная долговечность бэф в условиях испытания на разрывной машине, когда нагрузка на образец постоянно возрастает, рассчитывается по формуле (2):гэф =37 10сТо - Тн(2)где Т - температура начала интервала, в котором определяется;То - температура, определяемая линейной экстраполяцией О(Т);К 0 = 0 в межрелаксационном интервале температур;х- время деформации образца до разрыва.Однако, формула (2) справедлива лишь для случая линейности диаграммы растяжения сг - е. Поэтому был произведен специальный выбор режимов деформирования, обеспечивающих линейность О - е в области испытуемых температур (скорость перемещения захватов 5 мм/мин, эажимная длина - 10 мм, скорость деформирования образца 8,3 х 10 с). Дополнительным свидетельством неизменности структуры эластомеров при найденных условияхих испытаний, а следовательно, и правомочности использования формул (1, 2) служили значения коэффициента Пуассона ф равные 0,5. Подобранным режимам соответствовало время деформированйя зластомеров до разрушения 1 равное 100-400 с и эф равная 2-50 с, Разрушающее напряжение 0 определялось из выражения(3)где 00 - прочность, рассчитанная на исходное сечение образца МПа;е - относительное удлинение при разрыве, ;р - коэффициент Пуассона, равный для резин 0,5.За результат при каждой температуре принималось среднеарифметическое значение показателей сг 0 е и сгвычисленное из 5 независимых испытаний. Погрешность определения с при каждой из температур не превышало 3-5 с надежностью 0,95, Значения 00 найденные с помощью разработанной экспресс-методики, во всех случаях совпадают с точностью 2 кДж/моль со значениями Ест; определенными по ГОСТ 9.713-86, продолжительность определения Оо составляет 40-60 ч,На основании экспериментального материала, полученного с помощью ГОСТ 9.713-86, по долговечности резин различного рецептурного состава, установлена эмпирическая зависимость 1 фОо+ф 00/Ят(4) где а и Р - коэффициенты, равные а - 0,111 + 0,001 и В- - 3,687 + 0,051Функция 1 дА(Ест) = а Ест +Р в точках Ест(0), Ест(1).-Ест(а) аппроксимировалась многочленом вида ах+ в по методу наименьших квадратов. Отклонения значений 9 А рассчитанных по предлагаемой формуле с указанными а и ф от экспериментальных значений 19 А изменяющихся от -12,4 до,1 не превышала 0,2.Таким образом, продолжительность определения долговечности резины лимитируется временем установления значения 00 для нее и составляет не более 5 дней вместо 0,5 года по ГОСТ 9.713-86, при этом требуется 1/2 пластины размером 120 х 140 х 1 мм вместо 250 аналогичных пластин при использовании методики прототипа. По сравнению с прототипом предложенный способ определения долговечности отличается новизной, т.к. содержит новое техническое решение, состоящее в кратковременной выдержке и испытании образцов при повышенных температурах, когда термоокислительное воздействие и механическое напряжение соединены в одном непрерывном процессе,Изобретение иллюстрируется следующими примерами.П р и м е р 1. Определение долговечности резины марки 51-2190 на основе каучука наирит КР. Поскольку,согласно ГОСТ 9.713- 86, старение этот класса эластомеров реко мендуется проводить в интервале температур от 55 до 125 С, зависимость а(Т) иссле,довалась в том же температурном 10 всех 7 температур изменялось незначительно(я псалмисоставляло 50. Отсюдавремя до разрушения 1 при зажимной длине 10 мм и скорости растяжения 5 мм/мин составляло 60 с, Рассчитанные значения разрушающего напряжения при 7 температурах укладывались на прямую в координатах сФГ экстраполяции которой на ось температур давала значение температуры нулевой прочности Т 96 С. Значение рассчиты 20 валось по формуле (2) тэф=з 7 10 369 327 60 17 с25 то принимается равным 10.12 с,Параметр О 0 рассчитывается по формуле (1) Оо=Вп ф То =8 31 10 1 и -30 Т 0 = 0,253,369 93 кДж/моль Полученная величина Оо по значению близка к энергии активации процесса теплового старения по ГОСТ 9.713-86 (Ест 92 кДж/моль). Значению О 0 равному 93 кДж/моль, соответствует согласно формуле (4) следующее значение долговечности то - 1 ф 01115 93 3 бв 79 э 2476125 = 10 35 40 10.14,1, 2 05 . 1016 2 05, 101,9-163 года. 45 Долговечность резины 51-2190 на воздухе при 25 С по ГОСТ 9,713-86 равна 120 лет, т.е. имеет место хорошее совпадение т, получаемых по предложенному способу и по ГОСТ 9,713-86. Время подготовки 35 образцов 2 ч. время снятия зависимости 0(Т)- 36 ч, расчеты 1 ч. Таким образом, время определения долговечности не превышало 40 ч.П р и м е р 2, Определение долговечности резины марки 51-2195 на основе каучука наирит КР. Температура релаксационного переходаС. Условия проведения испы 50 55 интервале, Установлено, что в этом интерва ле температур имеется один релаксационный переход при 450 С, поэтому обрабатывались результаты испытаний при 7 температурах:54,60,66,72,78,84 и 90 С, Относительное удлинение при разрыве для1791753 Формула изобретения ТрС, е,1-31 с,т;10 , О -.8.31,10-э ь 14,10 То - 0,251.353 - 89 кДж/моль 15 Уо Той и тэф/тр О 10 0,1115 89 3,667 89/2,416 104,110 4,12454 101 год,а -0,111 й 0,001 и ф 3,687 й 0,05.Составитель Э, КарпиловскаяРедактор О. Колоскова Техред М.Моргентал Корректор М. Керецман Тираж ПодписноеНПО "Поиск Роспатента113035, Москва, Ж. Раушская наб 4/5 Заказ 1.17 Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул. Гагарина, 101 таний; при 5 температурах (54, 60, 66, 72 и 78 С) произведены испытания на разрыв по 5 образцов в тех же условиях, что и в примере 1. При этом были получены следующие данные для расчета долговечности: 5 327 ьф 3,7 10 353 327 31 =14 с, 10Полученная величина Оо по значению совпадает с энергией активации теплового старения по ГОСТ 9,713-86 (Ест " 89 кДж/моль). Долговечность резины 51-21095 по ГОСТ 9.713-86 на воздухе при 25 С равна 30 105 лет, т,е. в этом примере также наблюдается хорошее соответствие т, получаемых по разработанному способу и по ГОСТ 9.713-86. Время определения долговечности составляло 35 ч, 35 Способ определения долговечности элвстомеров, при котором образцы испытуемого эластомера растягивают при повышенных температурах Т, замеряют время до разрушения и определяют энергию Оо активации, с учетом которой судят о долговечности,отличающийся тем,что,сцелью повышения производительности, предварительно для испытуемого эластомера определяют температуры релаксационных переходов, растяжение осуществляют при температурах, лежащих внутри межрелаксационного интервала температур, скорость растяжения выбирают иэ условия обеспечения разрушения образцов базой 10 мм через 100-400 с, энергию активации определяют по формуле где то=10 2 с;тэф - эффективная долговечность материала в условиях испытания;й - универсальная газовая постоянная;То - температура, определяемая линейной экстраполяцией кривой о- Т в межрелаксэционном интервале температур, а о долговечности судят по формуле1 фУ00+Р 00lйтгде й иВ - коэффициенты, равные