Исследование стандартизованных методов и оборудования испытания полимерных материалов на многократный изгиб

Студ. Лисовенко Ю.С., студ. Иберзова Е.А., доц. Петюль И.А., Матвеев К.С., директор НТП ВГТУ

Изгиб как вид воздействия на полимерные материалы имеет большое значение при определении возможности их использования при изготовлении различных изделий. Проведенный анализ действующих методов испытаний показал, что полимерные материалы испытывают только в статике и практически отсутствуют стандартные методики выполнения испытаний в динамических условиях. Действующие стандарты определяют проведение в динамических условиях испытания резин и резинотканевых материалов.

В работе был выполнен анализ трех методов испытаний, позволяющих выполнять испытания на многократный изгиб. Из отечественных методик можно выделить методы испытаний на многократный изгиб резин, выполняемый в соответствии с ГОСТ 422-75 [1]. Стандарт подразумевает проведение испытаний двумя методами. «Метод А» предназначен для определения сопротивления образованию и разрастанию трещин при изгибе образца на 90°, чередующемся с его выпрямлением под действием упругих сил резины. «Метод Б» предназначен для определения сопротивления образованию и разрастанию трещин при изгибе образца, чередующемся с принудительным выпрямлением.

Для проведения испытаний по «методу А» используют машину типа Торренса (принцип испытания показан на рисунке 1), которая состоит из двух дисков, жестко насаженных на вал. По обе стороны дисков находятся свободно вращающиеся прижимные ролики, которые обеспечивают два изгиба образца за один оборот диска.

 art12 08

Рисунок 1 – Принцип действия машины типа Торренса (метод А)

Машина обеспечивает изгиб образца на 90°, но имеет определенные недостатки, присущие методу, которые заключаются в том, что возврат образца в исходное состояние обеспечивается только внутренними упругими силами резин и резинотканевых материалов. Поэтому, когда испытаниям подвергаются мягкие материалы, полного выпрямления образца не происходит. В результате этого усталостное разрушение наступает гораздо позже, чем это происходит в реальных условиях.

Указанные недостатки частично устранены при проведении испытаний по «методу Б», определяемых тем же ГОСТом. Для проведения испытаний используют испытательный стенд типа МРС или ИР с зажимами, один из которых в процессе испытания неподвижен, а другой совершает возвратно-поступательное движение с определенной частотой. Принципиальная схема изгиба образца показана на рисунке 2.

При перемещении подвижного зажима от крайнего верхнего до нижнего положения обеспечивается принудительный изгиб и, что самое главное, принудительное выпрямление образца. При определенной настройке оборудования возможно даже осуществлять принудительное растяжение образца, что ужесточает условия проведения испытаний.

 art12 09

Рисунок 2 – Принципиальная схема изгиба образца по методу Б

Оба метода испытания имеют один достаточно существенный недостаток, который заключается в приложении локальных воздействий изгибающих нагрузок на материал. Указанных недостатков лишен метод испытания резинотканевых образцов на многократный изгиб, который осуществляется на машине для испытания резинотканевых образцов на многократный изгиб, принципиальная схема действия которой показана на рисунке 3 [2].

 art12 10

  Рисунок 3 – Машина для испытания резинотканевых образцов на многократный изгиб

Испытаниям подвергают резинотканевые образцы, имеющие форму полосок длиной 200 мм и шириной 20 мм, которые соединяют друг с другом с помощью металлических креплений так, чтобы получился замкнутый ремень длиной около 1,2 м. Этот ремень надевают на ролики, как это показано на рисунке. Ролик 1 является ведущим, ролики 2 и 3 – направляющими, а ролик 4 – натяжным. После многократных деформаций образцы подвергают испытанию на разрывной машине, где определяется прочность связи резины с тканью. Конструкция испытательной машины такого типа не стандартизована и применяется для проведения сравнительных испытаний.

Анализ зарубежного испытательного оборудования показал, что аналогичные машины, в которых используется принцип испытания с помощью замкнутого ремня, не только широко применяется, но и стандартизован. Так, например, в соответствии с действующим стандартом SATRA TM 133 рядом фирм выпускается широкий ассортимент испытательного оборудования.

Метод SATRA TM 133 предназначен для определения сопротивления компонентов или материалов излому, путем их многократного сгибания. Метод главным образом применим к подошвам обуви, но может также использоваться для проведения испытаний с другими гибкими компонентами. Для проведения испытания применяется схема ременной машины, принципиальная конструкция которой изображена на рисунке 4 [3].

 art12 11

  Рисунок 4 – Принципиальная схема ременной машины SATRA TM 133

Устройство состоит из электродвигателя 1, который передает вращение ролику 8 посредством муфты 2. Частота вращения регулируется частотным преобразователем 3. Включение и выключение осуществляется кнопками 4 и 5. На панели управления расположено цифровое табло 6, которое подключено к счетчику циклов 7. Больший ролик 8 предназначен для перемещения замкнутого ремня 9. Меньший ролик 10 служит для установления заданной величины изгиба полимерных образцов. В нижней части устройства располагает холодильное оборудование 11. Для направления потока холодного воздуха на образцы, используется вентилятор 12. Натяжение ремня регулируется устройством 13. Все рабочие органы машины располагаются на раме 14. Расстояние между роликами и их радиусы таковы, что испытуемый образец неоднократно подвергается короткому периоду быстрого сгибания. Затем процесс сопровождается более длинным периодом, когда образец не сгибается. Это позволяет наиболее полно моделировать условия изнашивания подошв обуви. Образец сгибается определенное число циклов до появления трещин, появление которых регистрируется.

Таким образом, проведенный анализ методов и оборудования, применяемого для проведения испытаний полимерных материалов на многократный изгиб, показал, что наиболее оптимальным является применение метода, использующего замкнутый ремень. Испытание на таком оборудовании отличается наибольшей объективностью результатов. Немаловажным является и то, что конструктивная схема оборудования достаточно проста и легко реализуется.

Используемая литература.

1 ГОСТ 422-75. Резина для низа обуви. Методы испытаний на многократный изгиб. – Введ. 1977-01-01. – Москва : Издательство стандартов, 2002. – 7с.

2 Израелит, Г.Ш. Механические испытания резины и каучука / Г. Ш. Израелит. – Москва : Госхимиздат, 1949. – 456с.

3 Метод испытания SATRA TM 133. Метод испытания на многократный изгиб при помощи ременной машины. – Введ. Март 1993 – Англия: SATRA Technologi Centre. 1993. – 6c.

Опубликовано в сборнике статей XLV Научно-технической конференции преподавателей, сотрудников, аспирантов, магистрантов и студентов УО «ВГТУ», 2012 г.

УДК 620.1.05