Испытания резины на раздир

Небольшой надрез, трещина или повреждение кромки может существенно изменить характер разрушения резинового изделия. Материал, который показывает высокую прочность при обычном растяжении, не обязательно так же хорошо сопротивляется распространению уже возникшего дефекта.

Для оценки этого свойства определяют сопротивление раздиру — характеристику, показывающую способность резины противодействовать развитию разреза или надреза под действием растягивающей нагрузки.

Основным нормативным документом для таких испытаний является ГОСТ 262-93 «Резина. Определение сопротивления раздиру (раздвоенные, угловые и серповидные образцы)». Стандарт распространяется на резину и резиновые изделия и предусматривает несколько вариантов испытания в зависимости от формы образца.

Что показывает сопротивление раздиру

При обычном испытании на растяжение напряжение распределяется по рабочей части образца. При испытании на раздир разрушение развивается из специально созданного разреза, надреза либо геометрического концентратора. Поэтому испытание характеризует уже другую сторону поведения материала: насколько трудно продолжить локально начавшееся разрушение.

Такой показатель особенно важен для резиновых изделий, в которых при эксплуатации возможны повреждения кромок, надрезы, проколы или трещины: уплотнений, мембран, ремней, защитных элементов, технических пластин и других РТИ.

Методы A, B и C по ГОСТ 262-93

Стандарт устанавливает три основных метода, которые различаются формой образца и характером развития раздира.

ГОСТ дополнительно содержит метод D для дугообразного образца. Однако основными в международной части стандарта являются методы A, B и C. Результаты, полученные на образцах разных типов, непосредственно сопоставлять нельзя. Геометрия образца влияет на напряжённое состояние и механизм распространения трещины.

Метод	Образец	Что происходит при испытании
A	Раздвоенный	Раздир распространяется от предварительного продольного разреза
B	Угловой	Разрушение начинается от внутреннего угла, с надрезом или без него
C	Серповидный	Раздир развивается от надреза на вогнутой части образца

 

Почему метод A считается предпочтительным

При методе A используется раздвоенный образец. В его центральной части выполняют продольный разрез глубиной 40 ± 5 мм, после чего две образовавшиеся части закрепляют в противоположных захватах испытательной машины. При движении захватов разрез постепенно распространяется вдоль образца. Метод A имеет важное преимущество: результат сравнительно мало зависит от точной длины начального разреза. Кроме того, процесс раздира развивается постепенно, что позволяет регистрировать изменение силы на протяжении испытания. Поэтому при работе с раздвоенным образцом необходима непрерывная запись силы, а результат определяют не по одному максимальному значению, а по характерному уровню силы в процессе распространения раздира.

Метод B — угловой образец

Угловой образец может испытываться без предварительного надреза или с надрезом.

Если надрез отсутствует, измеряемая сила одновременно связана с двумя процессами: образованием первоначального разрушения; дальнейшим распространением раздира.

Такое испытание характеризует общую способность материала сопротивляться началу и развитию повреждения.

При использовании углового образца с предварительным надрезом оценивается преимущественно сопротивление распространению уже существующего дефекта. Для варианта с надрезом ГОСТ устанавливает глубину 1,0 ± 0,2 мм от вершины внутреннего угла. Небольшой размер надреза делает качество его выполнения особенно важным: изменение глубины или повреждение кромки способно заметно повлиять на результат.

Метод C — серповидный образец

Серповидный образец имеет характерную изогнутую рабочую часть. Надрез выполняют в центре его вогнутой поверхности. При растяжении напряжения концентрируются возле вершины надреза, где и начинается распространение раздира.

Для метода C также особенно важны геометрия образца и точность подготовки надреза. В отличие от раздвоенного образца метода A, небольшое изменение положения или глубины дефекта сильнее влияет на локальное напряжённое состояние. Для угловых и серповидных образцов в процессе испытания регистрируют максимальную силу, необходимую для раздира.

Подготовка образцов

Образцы обычно вырубают из листовой резины штанцевыми ножами соответствующей формы. Если свойства материала могут зависеть от направления изготовления, образцы по возможности подготавливают в двух взаимно перпендикулярных направлениях. Это позволяет выявить влияние каландрования, вальцевания или другой технологической ориентации материала.

Для испытания используют не менее пяти образцов, а при исследовании анизотропии — по возможности не менее пяти для каждого направления. Перед испытанием образцы кондиционируют при стандартной лабораторной температуре. Надрез или разрез выполняют после кондиционирования, соблюдая установленные размеры.

Повреждение кромок, неточный надрез или различная толщина образцов увеличивают разброс результатов, поэтому подготовка здесь не менее важна, чем параметры испытательной машины.

Скорость испытания зависит от метода

ГОСТ 262-93 устанавливает разные скорости движения захвата. И использовать одну и ту же скорость для всех образцов нельзя: сопротивление раздиру резины зависит от скорости деформирования, поэтому изменение режима способно изменить измеряемый результат.

Тип образца	Скорость движения захвата
Раздвоенный, метод A	100 ± 10 мм/мин
Угловой, метод B	500 ± 50 мм/мин
Серповидный, метод C	500 ± 50 мм/мин

 

Как проводят испытание

Подготовленный образец устанавливают в захваты универсальной или разрывной испытательной машины. Он должен располагаться симметрично относительно направления движения захватов. Нагрузка прикладывается непрерывно при установленной скорости вплоть до полного раздира образца.

Для углового и серповидного образцов фиксируют максимальную силу.

Для раздвоенного образца силу регистрируют на протяжении всего процесса распространения раздира. Это позволяет оценить не единичный пик, а характерный уровень сопротивления материала стабильному продвижению трещины.

Захваты должны удерживать резину без проскальзывания и одновременно не создавать преждевременного разрушения в месте закрепления.

Как рассчитывают сопротивление раздиру

Сопротивление раздиру выражают в килоньютонах на метр толщины образца:

Tₛ = F / d, где Tₛ — сопротивление раздиру, кН/м; F — сила раздира, Н; d — толщина образца, мм.

Для методов B и C в расчёте используют максимальную силу. Для метода A используется характерное значение силы, определяемое по зарегистрированному процессу распространения раздира.

Таким образом, толщина образца входит непосредственно в расчёт. Поэтому даже небольшая ошибка при её измерении отражается на конечном значении сопротивления раздиру.

Почему результаты разных методов нельзя сравнивать напрямую

Иногда сопротивление раздиру воспринимают как единственную универсальную характеристику материала. Это неверно.

Раздвоенный, угловой и серповидный образцы создают разные условия концентрации напряжений и распространения трещины. Кроме того, в методе B без предварительного надреза часть измеряемой силы затрачивается ещё и на образование первоначального разрушения.

Поэтому значение, полученное методом A, нельзя напрямую сравнивать со значением метода B или C как с результатом одного и того же испытания.

При сравнении резин должны совпадать метод испытания; форма и толщина образца; направление вырубки; наличие и параметры надреза; температура и скорость движения захватов.

Только при одинаковых условиях результаты имеют корректный сравнительный смысл.

Какое оборудование требуется

Основное оборудование — электромеханическая универсальная испытательная машина, способная работать с постоянной заданной скоростью и регистрировать силу в требуемом диапазоне.

Для испытаний резины могут применяться машины серий РКМ, РКМ svo, НИМ и X-PRO в соответствующей комплектации. При выборе машины для испытания на раздир особенно важны:

• корректный диапазон измерения сравнительно небольших сил;

• стабильность скорости движения траверсы;

• возможность непрерывной регистрации силы;

• подходящие захваты;

• программная обработка результатов.

Какие захваты применять

ГОСТ предусматривает использование захватов, которые обеспечивают равномерное давление по ширине закрепляемой части и препятствуют проскальзыванию.

Для гибких резиновых образцов могут применяться самозажимные, пневматические или другие подходящие конструкции.

Особенно важно правильно установить раздвоенный образец: его две части закрепляются раздельно таким образом, чтобы направление распространения раздира соответствовало схеме метода.

Для угловых и серповидных образцов необходимо обеспечить симметричное положение относительно оси нагружения.

Поэтому захват при испытании на раздир — это не просто средство удержания образца. Его конструкция и настройка непосредственно влияют на правильность реализации методики.

Испытания при повышенной температуре

ГОСТ 262-93 допускает проведение испытаний при температуре, отличающейся от стандартной лабораторной. Для высокотемпературных испытаний машина может комплектоваться температурной камерой. Стандарт отдельно предусматривает возможность испытания при 100 ± 2 °C.

Перед нагружением образец выдерживают в рабочей зоне камеры до достижения требуемой температуры, при этом продолжительность прогрева должна быть достаточной для температурного выравнивания, но не приводить к нежелательному старению материала.

При сравнительных испытаниях температурный режим должен быть одинаковым для всех образцов.

Что особенно влияет на достоверность результата

При испытании на раздир разброс результатов может определяться не только неоднородностью самой резины. Особенно сильно влияют форма и толщина образца, качество кромок, точность надреза, направление вырубки, скорость движения захватов, температура, отсутствие проскальзывания и правильное расположение образца в захватах. Поэтому сопротивление раздиру нельзя оценивать только по максимальному показанию машины без учёта способа подготовки и испытания образца.

Грамотно выполненное испытание позволяет оценить способность материала сопротивляться развитию локального повреждения и дополняет данные, получаемые при испытании резины на растяжение.

Вместе эти характеристики дают более полное представление о поведении резины: растяжение показывает её общую прочность и деформируемость, а испытание на раздир — устойчивость к распространению уже возникшего повреждения.