)
С момента зарождения резиновой промышленности, большое внимание уделяется проблеме использования отходов производства и потребления, в том числе изношенных резинотехнических изделий. Одним из путей повышения эффективности производства РТИ, улучшения экологичности производства, снижения себестоимости продукции является использование измельченных резиновых вулканизатов в резиновых смесях [1,2].
В данной работе приводится анализ релаксационных характеристик резины 57-7024-110 на основе этиленпропиленового каучука.
На рис. 1 приведен график изменения напряжения вулканизованной резины 57-7024-110, полученные при многошаговой вытяжке (удлинении) (по 50% на каждом шаге) при температуре 25°С с выдержкой на каждом шаге в течение 10 минут для прохождения релаксации. Как можно видеть, при увеличении времени наблюдения имеет место снижение равновесного напряжения. Следовательно, при описании длительных процессов можно вместе с упругой составляющей напряжения использовать дополнительную максвелловскую компоненту. На графиках можно выделить, на каждом шаге релаксации, две составляющие напряжения: релаксирующую составляющую 
, изменяющуюся на j периоде релаксации, и равновесную 
, остающуюся неизменной на текущем периоде релаксации. Графики также показывают изменение параметров релаксации с увеличением деформации, что выражается в возрастании напряжения (
>
) и увеличении времени релаксации (
>
) на последующих шагах вытяжки. На основании этого для описания релаксации напряжения принята модель, включающая параллельно работающие n элементов Максвелла и один упругий элемент [3, 4]. Значение n определяется необходимой точностью описания. Для учета изменения релаксационных процессов в процессе деформации модель имеет переменные параметры. При принятой релаксационной модели резины общее напряжение полимера (σ(t)) является суммой напряжений релаксирующей (σр(t)) и равновесной составляющих (σ∞(t)): 
∞(t)
Свободные составляющие решения уравнений Максвелла:
, i = 1,2,...n
где 
- вязкость, модуль упругости i элемента, 
- время релаксации, при ступенчатом изменении деформации 
описывают напряжения релаксации каждого элемента(
): 
, i = 1,2,...n
где 
- начальное напряжение i-того элемента после осуществления ступенчатого воздействия.
Полное релаксирующее напряжение (
) равно сумме напряжений элементов Максвелла: 
Равновесное напряжение (σ∞(t))описывается линейным уравнением по закону Гука: σ∞(t)=E(ε)·ε(t) где: Е(ε)- модуль упругого элемента, значение которого зависит от величины деформации.
Последовательное описание релаксационных кривых одной, двумя и тремя максвелловскими компонентами с одним упругим элементом, показало достаточность использования двух компонент (корреляционное отношение 0,996).
Время, мин
Рис.1. Напряжение образца при 50% вытяжке
Исследование изменения релаксационных параметров резины при деформации проводилось путем анализа изменения параметров релаксационной модели (ГОСТ 270-75 тип 1). Для каждого шага релаксации проводили математическое описание изменения напряжения и подбирали такие параметры релаксаторов, чтобы расчетные кривые напряжения по квадратичному критерию максимально приближались к экспериментальным. Оценки начальных напряжений (
, 
), времен релаксации максвелловских компонент (
,) и модуля упругого элемента (σ∞) приведены в табл.1.
Таблица 1
Параметры релаксационных моделей
|
№ экс |
Содержание поро-шка, % масс. |
Содержание добавки ВЦ-20КП, % масс. |
Началь-ное на-пряже-ние МПа |
Началь-ное на-пряже-ние МПа |
Время релак-сации |
Время релак-сации |
Модуль упруго-го эле-мента σ∞, МПа |
Условная прочность при растя-жении, МПа |
Относительное удлине-ние при разрыве, % |
|
1 |
0 |
0 |
0,159 |
0,158 |
5,48 |
0,52 |
0,865 |
5,1 |
340 |
|
2 |
5 |
0 |
0,187 |
0,227 |
3,17 |
0,29 |
0,989 |
4,7 |
305 |
|
3 |
10 |
0 |
0,166 |
0,228 |
2,94 |
0,25 |
0,893 |
4,3 |
290 |
|
4 |
20 |
0 |
0,171 |
0,231 |
2,87 |
0,25 |
0,914 |
4,1 |
278 |
|
5 |
30 |
0 |
0,198 |
0,249 |
2,80 |
0,25 |
0,973 |
2,9 |
261 |
|
6 |
20 |
3 |
0,152 |
0,211 |
2,95 |
0,25 |
0,685 |
4,3 |
297 |
,мин
Следует отметить достаточно выраженную зависимость релаксационных параметров от деформации. Закономерности изменения параметров максвелловских элементов совпадают - модули элементов с увеличением деформации повышаются по зависимостям второго порядка, времена релаксации, несколько увеличиваясь, выходят на постоянные значения. Как и ожидалось, введение порошка, хотя и снижает физико-механические свойства, но резиновая смесь 57-7024-110 достаточно хорошо держит напряжение, что сказывается на ее большой наполняемости. После введения технологической добавки ВЦ-20КП физико-химические параметры резиновой смеси улучшаются.
Выводы: показано, что параметры релаксации и их изменения позволяют описать изменение механических характеристик при деформации и предложить гипотезы об изменении структуры резины, в том числе, вулканизационной сетки при больших деформациях. Результаты работы предназначены для учета изменения характеристик резины при моделировании напряженно-деформированного состояния изделий, исследования связи состава резиновой смеси и технологических параметров процесса с релаксационными и механическими характеристиками резины, для построения системы управления технологическим процессом.
Литература:
- Перлина Ж. В., О влиянии резиновой крошки на свойства шинных резин /Ж. В. Перлина, Д. Р. Разгон //Сборник докладов XI международной научно-практической конференции «Резиновая промышленность. Сырье. Материалы. Технологии», М.: НИИШП, 2005. - С. 204-206.
2. Применение мелкодисперсного резинового этиленпропиленового порошка в составе резиновых смесей на основе этиленпропиленовых каучуков / Адов М. В. и [др.] // Каучук и резина. - 2009. - №6. - С. 32-34.
3. Анализ релаксационных характеристик резины / Сочнев А.Н. и [др.] // Сборник докладов XII симпозиума «Проблемы шин и резинокордных композитов», М.: НИИШП, 2006, С. 178-184.
4. Бартенев, Г. М. Структура и релаксационные свойства эластомеров / Г. М. Бартенев – М.: Химия, 1979. – 288 с.
