CC BY
102. Chisti Y. // Biotechnology Advances. 2007. V. 1. P. 306.
3. Peter S.K. US Patent N 6897328. 2007.
4. Кузнецов С.А., Литвинов А.В., Кольцов Н.И. // Химическая технология. 2011. № 9. С. 568-573;
Kuznetsov S.A., Litvinov A. V., Koltsov N.I. // Khimicheskaya tekhnologiya. 2011. N 9. P. 568-573 (in Russian).
5. Ротермель Г.В., Десятков Д.А., Механошина М.В. //
Смазочные материалы. Теория и практика. 2005. №2. С. 5-7;
Rotermel G.V., Desyatkov D.A., Mekhanoshina M.V. //
Smazochnye materialy. Teoriya i praktika. 2005. N 2. P. 5-7. (in Russian).
6. Тютюнников Б.Н. Химия жиров. М.: Колос. 1992. 448 с.; Tyutyunnikov B.N. Chemistry of fats. M.: Kolos. 1992. 448 p. (in Russian).
7. Cтpeлков В.А. // Зеркало недели. 2006. № 2. С. 41; Strelkov V.A // Zerkalo nedely. 2006. N 2. P. 41 (in Russian).
8. Козловский Р.А Теоретические основы управления селективностью в промышленных каталитических процессах оксиэтилирования. М.: Химия. 2011. 306 с.; Kozlovskiy R.A. Theoretical foundations of controlling the selectivity in industrial catalytic processes of ethoxylation. M.: Khimiya. 2011. 306 p. (in Russian).
9. Капустин А.Е. Гетерогенные катализаторы реакций оксиэтилирования. М.: Химия. 1984. 235 с.;
Kapustin A.E. Heterogeneous catalysts for ethoxylation reaction. M.: Khimiya. 1984. 235 p. (in Russian).
10. Сиггиа С., Ханна Дж.Г. Количественный органический анализ по функциональным группам. М.: Химия. 1983. 672 c.;
Siggia S., Hanna J.G. Quantitative organic analysis on functional groups. M.: Khimiya. 1984. 672 p. (in Russian).
11. ГОСТ 3900-85 (СТ СЭВ 6754-89) Нефть и нефтепродукты. Методы определения плотности. М.: Издательство стандартов. 1991;
GOST 33-82. Oil products. Density determination methods. М.: Izd. standartov. 1991 (in Russian).
12. Одабашян Г.В. Лабораторный практикум по химии и технологии основного органического и нефтехимического синтеза. М.: Химия. 1982. 240 с.;
Odabashyan G.V. Laboratory training on chemistry and technology of basic organic and petrochemical synthesis. M.: Khimiya. 1982. 240 p. (in Russian). 13. Кузнецов С.А., Кольцов Н.И. // Вестник Чувашского университета. 2006. № 2. С. 30-33; Kuznetsov S.A., Koltsov N.I. // Vestnik Chuvashskogo un-iversiteta. 2006. N 2. P. 30-33 (in Russian).
14. ГОСТ 33-82. Нефтепродукты. Метод определения кинематической вязкости и расчет динамической вязкости. М.: Изд-во стандартов. 1991;
RF State Standard 33-82. Oil products. Determination method of kinematic viscosity and calculation of hydrodynamic viscosity. M.: Izd. Standards. 1991 (in Russian).
15. ГОСТ 9490-75. Материалы смазочные: жидкие и пластичные. Метод определения трибологических характеристик на четырехшариковой машине. М.: Издательство стандартов. 2002;
GOST 9490-75. Lubricating and plastic materials. Determination methods of frictional parameters on fourth ball machine. M.: Izd. Standartov. 2002 (in Russian).
Кафедра физической химии и высокомолекулярных соединений
УДК 678.017
Д.В. Куделин, Т.Н. Несиоловская, А.Б. Ветошкин
ОСОБЕННОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ ПРОЧНОСТНЫХ СВОЙСТВ РЕЗИН В СЛОЖНО-НАПРЯЖЕННОМ СОСТОЯНИИ ПРИ НАЛИЧИИ КОНЦЕНТРАТОРА НАПРЯЖЕНИЙ
(Ярославский государственный технический университет) e-mail: kvmbaikal@yandex.ru, nesiolovskayatn@ystu.ru, vetoshkinab@ystu.ru
Исследованы особенности формирования прочностных свойств резин в сложно-напряженном состоянии при наличии концентратора напряжений. Установлено, что испытания в условиях сложнонапряженного состояния приводят к существенному различию в поведении резин на основе кристаллизующихся и аморфных каучуков. Выявлены особенности разрушения резин в исследованном режиме нагружения.
Ключевые слова: сложнонапряженное состояние, сопротивление раздиру, резиновая диафрагма, сферический индентор
Эластомерная часть большого числа резинотехнических изделий (РТИ), эксплуатационные характеристики которых определяются способностью резины противостоять внешним механиче-
ским воздействиям, чаще всего работает в сложных условиях нагружения, вызванных, с одной стороны, неравномерностью напряжений и деформаций в материале, с другой - наличием раз-
ного рода дефектов. Природа этих дефектов может быть различной. Это могут быть трещины сетки старения и механические повреждения, возникающие в процессе эксплуатации изделия, технологические дефекты, а так же конструктивные особенности изделия, например, перепускные отверстия мембран, ребра жесткости, крепежные отверстия и т. д. Как правило, именно эти дефекты и являются причиной разрушения материала и, следовательно, причиной выхода изделия из строя.
Известно, что величина сопротивления раздиру, определяющая способность материала сопротивляться местным концентрациям напряжения, в условиях одноосного растяжения во многом определяется способностью резин к ориентации и тяжеобразованию в зоне опасного дефекта [1]. В этой связи интересным представляется исследование особенностей формирования прочностных свойств резин в сложнонапряженном состоянии при наличии концентратора напряжений, при котором течение ориентационных процессов при нагружении протекает иначе [2].
Многообразие условий работы резинотехнических изделий, а также требований, предъявляемых к ним, приводит к широкому диапазону каучуков, используемых для их изготовления. Поскольку охватить весь спектр эластомеров не представляется возможным, объектами исследования были выбраны вулканизаты каучуков, широко применяющихся в промышленности РТИ -кристаллизующегося СКИ-3 и аморфного СКМС-30АРК. Исследовались как ненаполненные резины, так и наполненные техническим углеродом марки N339 в количестве 10 - 50 мас. ч. на 100 мас. ч. каучука.
Сложнонапряженное состояние реализо-вывалось методом продавливания круглой резиновой диафрагмы шарообразным индентором [3]. Концентрация напряжений создавалась путем нанесения сквозного надреза длиной 2 мм в центральной части диафрагмы. Испытания при одноосном растяжении проводили по методике, разработанной на кафедре ХТПП ЯГТУ. Образцы для испытания представляли собой полоски размером 120 х 15 х 2 мм, на длинной стороне которых выполнялся надрез глубиной 2 мм.
Дополнительно, для оценки влияния режима нагружения на сопротивление раздиру резин рассчитывали индекс изменения данного показателя АВи.ш-
т>
АВ„„„ = _ сложн , (1)
пряженном состоянии, кН/м; Водноосн - сопротивление раздиру при одноосном растяжении, кН/м.
Как видно из данных, представленных в таблице, введение технического углерода во всех случаях приводит к увеличению сопротивления раздиру. При этом характер изменения данного показателя определяется условиями испытания. При одноосном растяжении, как и ожидалось, более высокими значениями сопротивления раздиру обладают резины на основе кристаллизующегося каучука СКИ-3, обладающего значительной способностью к тяжеобразованию. Причем данная зависимость наблюдается как для ненаполненных, так и для наполненных вулканизатов.
Таблица
Сопротивление раздиру резин (В, кН/м) и индексы
изменения показателя сопротивление раздиру Table. Tear resistance of rubbers (B, kN/m) and indexes of change in an indicator of tear resistance
Содержание наполнителя,
Тип каучука мас. ч./100 мас. ч. к-ка
0 10 20 30 40 50
одноосное растяжение
СКИ-3 80 100 130 170 163 147
СКМС-30АРК 13 20 37 40 49 59
сложнонапряженное состояние
СКИ-3 46 55 65 85 84 118
СКМС-30АРК 41 116 136 171 194 256
Индексы изменения показателя
сопротивления раздиру
СКИ-3 0,6 0,6 0,5 0,5 0,5 0,8
СКМС-30АРК 3,2 5,8 3,7 4,3 4,0 4,3
где Вс
Водноосн
сопротивление раздиру в сложнона-
При испытании в условиях сложнонапря-женного состояния поведение резин меняется. Если ненаполненные резины обладают сопоставимой величиной сопротивления раздиру, то уже минимальные дозировки наполнителя (10 мас. ч.) приводят к 2-х кратному увеличению данного показателя для вулканизатов СКМС-30АРК, при этом рост сопротивления раздиру резин на основе СКИ-3 не превышает 10 %.
Анализ индекса АВизм наглядно показывает, что изменение режима нагружения негативно сказывается на сопротивлении раздиру вулканиза-тов СКИ-3 (АВизм < 1). При этом для резин на основе СКМС-30АРК наблюдается обратная зависимость - рост данного показателя.
Столь существенные различия в поведении резин обусловлены, по всей видимости, тем, что при испытании в условиях сложнонапряжен-ного состояния на начальной стадии деформирования происходит разрушение исходной надмолекулярной структуры материала с последующим образованием надмолекулярных структур, ориен-
тированных в окружном, относительно центра образца, направлении. При дальнейшем растяжении, когда напряжение в вершине надреза достигает критического, дефект должен прорастать в радиальном направлении: по прямой от центра к периферии образца. Однако предварительная ориентация макромолекул способствует изменению направления роста надреза на окружное, при котором трещина растет за счет «расслаивания» надмолекулярных структур. Последнее оказывается наиболее характерным для резин на основе СКИ-3 (рисунок), для которого предварительная ориентация в окружном направлении, до начала разрушения, протекает в наибольшей степени.
Рис. Характер разрушения диафрагм: а - диафрагма на основе каучука СКИ-3, б - диафрагма на основе каучука СКМС-30АРК
Fig. Character of diaphragms destruction: a - diaphragm based on SKI-3 rubber; б - diaphragm based on SKMS-30ARK rubber
Для резин на основе некристаллизующих-ся каучуков с высокой степенью разветвленности макромолекул предварительная ориентация ока-
Кафедра химии и технологии переработки полимеров
зывается незначительной, и трещина растет, в основном, в радиальном направлении. При этом макромолекулы, расположенные в аморфных областях (т.е. не связанные в надмолекулярные структуры до начала разрушения) имеют возможность сориентироваться и образовать структуры, направленные перпендикулярно направлению прорастания дефекта.
Полученные результаты открывают новые пути совершенствования рецептур резинотехнических изделий, условия эксплуатации которых предполагают контакт с твердыми телами, вызывающими механические повреждения, технологические дефекты, либо имеющих конструкционно обусловленные концентраторы напряжений, например, перепускные отверстия мембран, ребра жесткости, крепежные отверстия и т.д.
ЛИТЕРАТУРА
1. Зуев Ю.С. Разрушение эластомеров в условиях, характерных для эксплуатации. М.: Химия. 1980. 288 с.; Zuev U.S. Destruction of polymers at conditions typical for opération. M.: Khimiya. 1980. 288 p. (in Russian).
2. Бартенев Г.М., Френкель С.Я. Физика полимеров. Л.: Химия. 1990. 432 с.;
Bartenev G.M., Frenkel S.Ya. Physics of polymers. L.: Khimiya. 1990. 432 p. (in Russian).
3. Куделин Д.В., Несиоловская Т.Н., Ветошкин А.Б. //
Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2012. Т. 55. Вып. 7. С. 97 - 100;
Kudelin D.V., Nesiolovskaya T.N., Vetoshkin A.B. //
Izv.Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol. 2012. V. 55. N 7. P. 97 - 100 (in Russian).
