Особенности свойств резины при деформации
В практике применения РТИ имеют место релаксационные явления, степень которых зависит от времени и условий деформации, проявляющиеся в таких релаксационных процессах как ползучесть, падение напряжения, восстановление, гистерезисные потери и др.
Ползучесть (крип) представляет собой увеличение относительной деформации 8 со временем т приложения постоянной нагрузки Р. Ползучесть в РТИ ведет к существенному изменению конструктивных размеров вследствие растяжения в ремнях, сжатия в уплотнительных и амортизационных подкладках, сдвига в подвесках. Значительная вначале ползучесть замедляется с течением времени. С повышением температуры ползучесть ускоряется. Характер ползучести резины при растяжении зависит от вида каучука. Кривые зависимости времени (абсцисса)—и степени ползучести (ординаты) для резин из синтетического каучука обращены выпуклостью к оси ординат, для резин из натурального каучука — к оси времен.
Релаксация напряжения представляет собой снижение с течением времени напряжения * условного f или истинного а при сохранении приданной образцу постоянной деформации е. Значительная вначале релаксация напряжения постепенно замедляется.
Для описания кинетического хода процесса, приводящего к равновесному состоянию, предложены уравнения с характеристикой т (период релаксации). По исследованиям Б. А. Догадкина, Г. М. Бартенева, М. М. Резниковского, т не постоянна, а зависит от напряжения в образце. Снижение температуры замедляет релаксацию, повышение — ускоряет ее. При высоких температурах время релаксации мало и, следовательно, напряжение близко к равновесному. Релаксация напряжения в РТИ практически проявляется в сжатых до постоянной величины уплотнительных фланцевых прокладках, в уплотнительных поршневых кольцах и т. п. Релаксация напряжения в уплотнительных деталях может в определенных условиях повести к потере герметичности, к так называемому «разуплотнению».
Для приближенной оценки величины ползучести и релаксации напряжения во времени предложены эмпирические зависимости. Определение релаксации напряжения при осевом сжатии производится по ГОСТ 9982—62.
Время начального хода релаксации, соответствующее достижению равновесного напряжения Осо, является временем завершения процессов, связанных с разрушением и перегруппировкой сравнительно слабых связей. Вторая стадия замедленного (линейного) снижения напряжения — химическая релаксация напряжения — характеризует процесс разрушения и перегруппировки сравнительно прочных связей. Для резин из обычных каучуков быстрый (нелинейный) и медленный (линейный) процессы разделимы достаточно четко. Для резин из фторкаучука химическая релаксация практически не обнаруживается.
Восстановление представляет собой изменение величины деформации во времени после снятия нагрузки с образца. Так как внутренние силы в резине, освобожденной от внешней нагрузки, приходят в равновесие медленно, то упругое последействие в статических условиях (особенно в наполненных резинах) проявляется длительно. Наблюдаемая величина остаточной деформации зависит от ряда факторов: от состава резиновой смеси и условий обработки, от величины деформации и температуры, от продолжительности, величины иповторности деформаций, от температуры, в которой осуществляется деформация, а также от длительности и температуры периода между снятием нагрузки и замером образца.
Уменьшение восстанавливаемости в условиях опыта или эксплуатации, или, иначе, накопление остаточных деформаций (до 100% от принятой начальной), характеризует понижение эксплуатационного качества резины как материала.
Для резин, набухающих в рабочей среде, увеличение объема уплотнительной детали и создаваемое этим некоторое увеличение давления изделия на контакте с металлом может способствовать сохранению герметичности. Но если рабочая среда экстрагирует какие-либо компоненты из резины, что, естественно, ведет к уменьшению объема, то будет происходить снижение давления уплотнителя и, следовательно, разуплотнение.
Гистерезис. Кривая цикла растяжение — сокращение резины, так называемая гистерезисная петля, показывает, что образец, подвергаемый растяжению внешним усилием, достигающим некоторого значения Рк, и получивший относительное удлинение 8К, при сокращении, проводимом при постепенном снижении величины растягивающего усилия, не проходит через те же значения е, а имеет большее относительное удлинение. В результате этого при снижении усилия Р до нуля образец имеет некоторое остаточное удлинение. Освобожденный от нагрузки образец со временем, вследствие восстановления, частично снижает остаточное удлинение. Положение и конфигурация гистерезисной петли зависят от особенностей резины и от величины деформации, достигаемой в цикле. Повышение температуры и снижение скорости деформации уменьшают напряжение деформируемой резины. Площадь гистерезисной петли определяет величину энергии рассеяния AW в цикле деформации, проходящем с затратой энергии W на цикл. Величина AW представляет собой существенную характеристику резины и входит в следующие показатели: