Испытание резины на растяжение

Резина способна значительно деформироваться перед разрушением, поэтому её испытание на растяжение отличается от испытаний металлов и многих жёстких пластмасс. Здесь недостаточно определить только максимальную силу. Необходимо контролировать удлинение рабочей части образца, обеспечить его надёжное закрепление без проскальзывания и выдерживать заданный режим растяжения.

Для таких испытаний в России применяются, в частности, ГОСТ 270-75 «Резина. Метод определения упругопрочностных свойств при растяжении» и более современный ГОСТ 34750-2021 «Резина и термоэластопласты. Определение упругопрочностных свойств при растяжении». Оба стандарта действуют, но отличаются областью применения, типами образцов и отдельными требованиями к проведению испытаний.

Что определяют при растяжении резины

Основные характеристики позволяют оценить не только момент разрушения материала, но и его поведение в процессе деформации.

ГОСТ 270-75 прямо устанавливает определение прочности при растяжении, относительного удлинения при разрыве и напряжения при заданном удлинении. Определение остаточной деформации после разрыва приведено в справочном приложении.

ГОСТ 34750-2021 охватывает не только резины, но и термоэластопласты и предусматривает определение комплекса упругопрочностных характеристик при растяжении.

ГОСТ 270-75 и ГОСТ 34750-2021: в чём различие

Эти документы не следует воспринимать как старую и новую редакции одного стандарта. ГОСТ 34750-2021 введён впервые, а ГОСТ 270-75 продолжает действовать. Поэтому конкретную методику выбирают по нормативной документации на материал, изделие или по требованиям заказчика. ГОСТ 270-75 распространяется на резину и предусматривает испытания образцов в форме двусторонних лопаток или колец. ГОСТ 34750-2021 распространяется на резины и термоэластопласты и разделяет испытания на два метода:

• метод А — двусторонние лопатки и полоски;
• метод Б — вырубленные кольца.

При этом результаты, полученные методами А и Б, стандарт прямо указывает как несопоставимые. Это важно и практически, форму образца нельзя рассматривать как второстепенную деталь. Она является частью методики и влияет на получаемый результат.

Образцы для испытаний

Для испытаний применяют образцы установленной формы и размеров. Наиболее распространены плоские образцы в виде двусторонней лопатки. Их суженная рабочая часть позволяет сосредоточить деформацию вдали от зоны зажима. ГОСТ 270-75 предусматривает несколько типов лопаток и кольцевые образцы. Тип, размеры и способ изготовления должны соответствовать нормативной документации на изделие. ГОСТ 34750-2021 дополнительно предусматривает испытание полосок постоянного поперечного сечения. Для получения воспроизводимого результата важны не только номинальные размеры. На испытание влияют качество вырубки, состояние кромок, толщина, направление вырезки и наличие дефектов в рабочей зоне.

Как проходит испытание

Образец устанавливают в захваты испытательной машины и растягивают с заданной скоростью. В процессе регистрируют силу и изменение длины измерительной базы. При испытании могут определяться:

• сила и напряжение при заданном удлинении;
• максимальная нагрузка;
• прочность при разрыве;
• относительное удлинение при разрыве.

Сущность метода ГОСТ 270-75 заключается в растяжении образца с постоянной скоростью до разрушения с измерением силы при заданных удлинениях и в момент разрыва, а также удлинения в момент разрушения. Образец должен располагаться соосно направлению нагружения. Проскальзывание в захватах, повреждение резины зажимными поверхностями или перекос могут существенно исказить результат.

Почему недостаточно измерять только перемещение траверсы

Это один из самых важных моментов при испытаниях резины. Перемещение траверсы испытательной машины не всегда равно деформации рабочей части образца. В него могут входить деформация элементов силовой цепи; перемещения в захватах; выборка зазоров; проскальзывание образца. Поэтому при необходимости точного определения удлинения лучше измерять изменение расстояния непосредственно между контрольными точками рабочей части образца.

Для материалов с большим удлинением требуется измерительная система с соответствующим рабочим диапазоном. Обычные экстензометры, предназначенные для небольших деформаций металлов, для высокоэластичной резины часто неприменимы. Для таких задач «Эталон-Профит» выпускает длинноходовые измерители продольной деформации серии ИДК-Д, которые могут использоваться совместно с универсальной испытательной машиной при испытаниях материалов с большими удлинениями.

Захваты для резины

Захваты должны решать сразу две противоположные задачи. Надёжно удерживать образец и не создавать чрезмерной концентрации напряжений в зоне закрепления. ГОСТ 270-75 требует, чтобы зажимы для лопаток обеспечивали надёжное закрепление при равномерном давлении по ширине образца. Для кольцевых образцов применяются специальные ролики. В зависимости от формы, толщины и эластичности материала могут применяться эксцентриковые, двухэксцентриковые, тисочные и другие специализированные захваты. Для резин и эластомеров удобны самозажимные конструкции, когда при увеличении растягивающей силы возрастает и усилие фиксации образца.

Какую испытательную машину выбрать

При подборе машины для резины ошибочно ориентироваться только на максимальную нагрузку. Необходимо одновременно учитывать следующее.

Для таких задач могут применяться электромеханические универсальные машины РКМ, РКМ svo, НИМ и X-PRO в подходящих исполнениях и комплектации. Именно сочетание силового диапазона, хода, скорости, захватов и системы измерения деформации определяет пригодность машины для испытаний резины.

Испытания при различных температурах

Механические свойства резины существенно зависят от температуры. При нагреве или охлаждении изменяются жёсткость, деформируемость, прочность и характер разрушения. Поэтому испытательная машина при необходимости комплектуется температурной камерой или другой системой температурного воздействия. При этом важно обеспечить не только требуемую температуру, но и возможность нормальной работы силовой цепи, захватов и средств измерения деформации внутри или через рабочую зону камеры.

Как рассчитывают результат

Для плоского образца условную прочность при растяжении определяют как отношение силы при разрушении к первоначальной площади поперечного сечения:

f = P / (b × d),

где: P — сила при разрушении; b — первоначальная ширина рабочей части; d — первоначальная толщина.

Относительное удлинение при разрыве рассчитывают по изменению измерительной базы:

ε = (l − l₀) / l₀ × 100 %,

где: l₀ — исходная измерительная база; l — расстояние между метками в момент разрыва.

Такая схема расчёта предусмотрена ГОСТ 270-75 для образцов-лопаток. Сравнивать результаты имеет смысл только при одинаковых или сопоставимых условиях: типе образца, способе изготовления, температуре, скорости растяжения и методе измерения деформации. ГОСТ 34750-2021 отдельно подчёркивает, что упругопрочностные свойства зависят от условий испытания и формы образца.

Что особенно влияет на достоверность

Для испытаний резины важна не одна характеристика машины, а работа всей системы. Нужно контролировать качество и размеры образца, соосность установки, отсутствие проскальзывания, скорость растяжения, измерение силы и корректное определение удлинения. Поэтому оптимальная конфигурация для лаборатории выглядит как единый комплекс:

универсальная испытательная машина + подходящие захваты + система измерения больших деформаций + при необходимости температурное оборудование.

Такой подход позволяет оценивать не только момент разрушения, но и реальное поведение резины при растяжении и получать воспроизводимые упругопрочностные характеристики в соответствии с выбранной методикой.