Способ термомеханического анализа резины Советский патент 1983 года по МПК G01N33/44 

Изобретение отиг ...:нтся к резиново промышленности, в частности к методам испытаний резин, и может- быть использовано для исследования физических и физико-химических свойств разин, а также и как неразрушающий метод контроля качества резин и резиновых изделий. Известен способ термомеханическо го анализа резины, включающий охлаж дение образца резины, например, до температуры стеклования,, воздействи нагрузки и нагрев его ступенчато или линейно с одновременным определением температурной зависимости относительно деформации резины, например, электрическим или фотоэлектрическим методом l . К недостатку известного метода термомеханического анализа относится невозможность количественного описаНИН температурных зависимостей дефор мации резины под действием статической нагрузки, и,- как следствие, невозможность получения количественных характеристик резин (коэффициента линейного расширения и температуры стеклования). Цель изобретения - ускорение про цесса и повышение точности определения коэффициента линейного расширения и температуры стеклования резины в широком диапазоне температур (-150°с) - (+ 300°с). Поставленная цель достигается тем, что согласно способу термомеханического анализа резины, включающему последовательные- охлаждение и нагрев образцов резины с одновременным определением температурной зависимости относительной деформации обра ца резины, предварительно образец резины равновесно растягивают под действием статической нагрузки на 1-50%, а охлаждение и нагрев резины проводят со скоростью изменения тем пературы 1-10 град/мин. На чертеже показана схема устано ки для осуществления предлагаемого способа термомеханического анализа резины. Установка состоит из стеклянной ампулы 1, катетометра типа КМ-6 2, термопары 3,- образца резины 4, рубашки для охлаждения и нагрева 5, теплоизоляции 6, метки 7, груза 8. Порядок операций следующий: 1. К образцу резины при нормальной температуре прикладывается статическая нагрузка, под действием КОТОРОЙ образец выдерживается до до стижения соответствующей нагрузке равновесной деформации 1-50% от 1 ч до 1 сут. Степень равновесной дефор мации при нормальной температуре фи сируется. Величину статической нагрузки на образец можно задавать в пределах от О до нагрузки близкой к разрывной. . 2. Статически нагруженный образец, находящийся в равновесно деформированном состоянии, помещают .в рабочую зону установки и охлаждают его жидким азотом ниже температуры стеклования - Т, а затем нагревают до температуры начала химической ползучести - . Скорость охлаждения и последующего нагрева образца полдержйвается постоянной в пределах 1-10 рад/мин Сскорость изменения температуры определяется условием равномерности изменения. температуры по в-се.му объему образца, т.е. определяется размерами образца). В процессе охлаждения и последующего нагрева любым способом, например с помощью оптической системы (катетометр) или с помощью электрических и фотоэлектрических систем, контролируется температурная зависимость относительной деформации образца резины, В отличие: от результатов, получаемых известным способом термомеханического анализа, охлаждение равновесно деформированного статической нагрузкой образца резин сопровождается его удлиНен ием, а нагревание - сокращёнием. . . Пример 1. В установку помещают образец 4 серийной резины на основе каучука СКМС-10 в виде полоски размером 2x2x100 мм. Нижний конец образца резины нагружают и равновесно образец растягивают на 1-2%. Охлаждают образец резины подачей жид-. кого азота в рубашку 5 камеры 1 со скоростью 3-5 град/Мин до температу1ры 123 К (). Затем нагревают образец резины до 300 К (+27с) со скоростью 3-5 град/мин и одновременно контролируют температуру зависимость длины образца с помощью катетометра КМ-6, имеющего точность измерения +0,005 мм. Коэффициенты линейного расширения для трех партий данной резины равны; (ниже температуры стеклования Т. )- . 0,89-10-, 0,, 0,80-10 1/град) ot-i (выше температуры стеклования Тл) -, 2,37-10-, 2,30-10-4 2,20-10- 1/град, температура стеклования Т - минус 65минус 67®С. Теоретически расчетные значения коэффициентов линейного расширения этой резины равны соответственно 0,75-0,85-10 1/град, (Х.4 1,9-2..1« х10-- 1/град. Предлагаемый метод термомеханического анализа позволяет быстро и с высокой точностью определять значения коэффициентов линейного расширения резин и их температуры стеклования..

Прим ер 2. В установку помещают, образец 4 опытной резины на основе каучука СКЭПТ в виде полоски размером 1x1x50 мм. Предварительно к образцу подвешивают груз, который после выдержки образца при нормальной температуре в течение 1 сут приводит к его растяжению на 20%, Затем также как в примере 1 проводят охлаждение образца резины до 123 К () и нагрев его до 480 К ., (+203°С) с одновременным контролем, температурной зависимости длины о разца. Эти операции проводят в вакууме для исключения термоокислительной деструкции резины. Результаты расчетов сравнительны с результатами полученными при изучении структурних процессов-в этой же резине методом релаксационной спектрометрии.

В табл. 1 приведены релаксациойные характеристики перекисного вулканизатора СКЭПТ.

Приведенные результаты свидетель ствуют о том, что предлагаемый метод термомеханического анагщза позволят ет быстро (в результате одного sKctieримента) получить количественно кинетические характеристики физические крнформационных (релаксационных) npio цессов в резине.

Прим е р 3. По методикам, описанным в примерах 1 и 2, проводят,испытания ряда обра;зцов серийной резины на основе смеси каучуков . и GKMC-rlp, отличающихся друг от друга технологией: смешенид на вальцах.

Резины изготовлены: 1 - на вальцах с фрикцией, 1а - 1,07 (шифр; , Г ф-1,07), 1б - 1,17 (шифр ф-1,17), 1в - 1,27 (шифр ф-1,27), 1г - 1,52 (шифр ф-1,52) J 2 - на вальцах с фрикцией 1,17, причем вся сажа в 1/2 навески каучука. Затем в полученную маточную смесь введена вторая половина навески каучука (шифр ); 3 - на вальцах с фрик,диев :1,17, -сажа-введена в каучук-на тонком (6,5-1,0 мм) зазоре между - валКами (йифр; С-2) ; 4 -на вальцах/с: фрикцией 1,17,. одновременно с ; в веде нием сажи введеяо ПАВ - олигомер щгиперилена - 10 мае.ч/, Сдля удУ ийения ее диспергирования в смеси (шифр. - : X 5 Изготовление смеси прбйз-ведено в рез.иносмесителе в течение мин (шифр (С-рс)) б - в реэийовой смеси произведена замена каучука

скэй на СКЭПТ. . : / : V / -

Технология смешения - в соответствии с п. 16,у

Режим вулканизации резиновых СМ(Всей во всех случаях сохранен постоянным. -. X - - - . :

Анализ физико-механических свойст вулканизатор показывает, что пр.оч«ность и относительное удлинение при

разрыве, остаточное удлинение при разрыве, условноравновесный модуль при растяжении на ЗД+5% данной резины практически не зависит от технолргии ее изготовления. Образцы перечисленных выше резин.подвергают испытаниям, описанным в примере 1 (рав-,

новесное растяжение составляет 45-50%.

В табл. 2 приведены релаксационные Характеристики резин.

Результаты испытаний, приведен-ные в табл. 2, показывают, что Температура стеклования ненапряженных (свободных) резин и коэффициенты их литейного расширения выше и зависит от технологии изготовления

резиновых смесей, и предлагаемый способ термомеханичёского анализа позволяет коНтролирювать качество резин (соответствие стандарту) по этим ха-рактеристикам. .

Образцы перечисленных выше резин в виде полосок размером 1x2x60 подвергают испытаниям, описанным в примёре 2, при равновесной деформации

40-50% в диапазоне температур 120550 К (-253Т-(.

Результаты испытаний приведены в табл. 3.

ПОлучейные результаты показава- ют, что в зависимости от тёхноло.гии

изготовления данной резийовой смеси : -ее температура стеклования Т меняется от..-75-70 С до -40°С, а темпеt aTypa начала химической, ползучести ОТ 185°С до 140°С. Кроме тогр, темпеРатуры максимальных скоростей конформационньв (релаксационных) процессов в завис1№юстн от технологии изготов-ления резины меняются от 70-90°С до

-5-10°С при неизменном, характере спектра. Между температурами максимальных, скоростей конформационных (релаксаадюнных) процессов и температурами начала химической ползучести резины обнаруживается прямая пропорциональность.

Замена в резине каучука СКЭП на КЭИТ приводит к повышению Те Ло -15 С и полному изменению характера конформационного (релаксационного)

с.пектра..- . - .

Приведенные результаты свидетельствуют о применимое данного метода термомеханического анализа для конт-. роля качества (соответствия стандарту) резин.

Описанные примера сВидетельстнуйт о том, что иредлагаем1лй метод термомеханичёского анализа по сравненик с известным позволяет быстро за один эксперимент получить ряд новых количественных характеристик резин и контролировать их качество, при этом значительно Bfctae точность определения параметров по предлагаемому способу.,

Таблица

СПОСОБ ТЕРМОМЕХАНИЧЕСКОГО .АНАЛИЗА РЕЗИНЫ, включающий охлаждение и нагрев образцов резины с одновременным определением температурной зависимости относительной деформации образца резины, отличающийс я тем, что, с целью ускорения анализа и повышения точности определения коэффициента линейного расширения и температуры стеклования резины в широком диапазоне температур (-150°С)-(+300°С), предварительно образец резины равновесно растягивают под действием:.-, статической на-, грузки на 1-50%, а охлаждение и нагрев проводят со скоростью измене-. . ния температуры 1-10 град/мин. (Л с эо

5,,87 - процессы химической ,7,г процессы химической

По технологическому регламенту ,(б001-исх) (прототип)

На вальцах с фрикцией 1,07 (60-03)

На вальцах с фрикцией 1,27 (60-03)

На вальцах с фрикцией 1,52 (60-04)

Порядок крашения: сажа +1/2 каучука + + 1/2 каучука (60-С-1)

Сажа вводилась на тонк зазоре (60-С-2)

Резина 6001-исх. с ПАВ (60-ОП)

В резине СКЭП заменен на СКЭПТ (60-Т-С)

Таблица-2

-77 -43

65

-95 -43

-56

-56-60 -110 -45-51

-77- -77

-61

-77 -43

-75 -40

-56

-75

-75

-56-61 -75 -15 термоокислительной релаксации, термовакуумной релаксации.

-75

-95

. -55

-75 -60

-85

-90 . -70 -70 -80 - 85 --65 -85 -70 -80 -40 -55

Таблица 3

185

5,09 3,47 155 3,52 165 165 5,00 3,185 155 4,47 175 3,54 145 1,748 140