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 Р_к, и получивший относительное удлинение 8_К, 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: