Введение к работе
АКТУАЛЬНОСТЬ ПРОБЛЕМЫ. Большинство исследований упругих и релаксационных свойств наполненных эластомеров и резин проводилось при относительно больших деформациях, где наиболее отчетливо проявляются отличия резин от других материалов. Однако резино-техни-ческие изделия работают в основном при небольших деформациях, не превышающих 10-20%. В этой области существенно изменяется структура резин, содержащих наполнитель, что сказывается на упругих и релаксационных свойствах, исследование которых представляет интерес для материаловедения резин.
Из-за отсутствия соответствующих методов испытания при малых деформациях при конструировании и расчете резино-технических изделий используют константы,полученные при относительно больших деформациях, что снижает точность расчетов. По этим же причинам до настоящего времени не существует четко установленной взаимосвязи между свойствами резин и функциональными характеристиками резиновых изделий.
Важнейшей характеристикой резин является морозостойкость.которая в значительной мере определяется их релаксационными свойствами. Исследования релаксационных свойств резин при низких температурах открывают пути повышения их морозостойкости. Учитывая, что рецептурные возможности повышения морозостойкости резин в значительной мере исчерпаны, эти исследования представляются актуальными.
ЦЕЛЬ РАБОТЫ. Решение важной научно-технической проблемы, включающей в себя установление взаимосвязи функциональных характеристик резино-технических изделий со свойствами резин при малых деформациях, изучение особенностей релаксационных свойств резин при низких температурах для изыскания на этой основе путей повышения морозостойкости резин, разработку методов и приборов для испытания резин при малых деформациях и организацию выпуска этих при-
боров.
НАУЧНАЯ НОВИЗНА. 1. Показано, что обратимая перестройка структуры технического углерода в наполненных эластомерах при малых деформациях является причиной появления "-процесса релаксации. Структурное происхождение этого процесса связано с обратимым распадом непрерывной суперсетки, образованной частицами наполнителя . которые вместе с адсорбированным на них слоем полимера приобретают локальную подвижность.
-
Зависимость гистерезисных потерь от деформации резин, содержащих активный наполнитель, проходит через максимум в области деформаций 1-3% и через минимум в области деформаций около 50%. Максимум потерь связан с обратимым разрушением сетки, образованной частицами наполнителя. Вулканизационная сетка не ответственна за этот эффект, на что указывает отсутствие максимума в области малых деформаций ненаполненногор вулканизата. Возрастание потерь после минимума связано с изменением структуры каучуковой фазы.
-
Введение наполнителя и понижение температуры приводят к возникновению физических связей разной прочности, что лежит в основе принципа температурно-концентрационной эквивалентности для деформационных и гистерезисных свойств резин, содержащих активный наполнитель.
-
Установлено, что морозостойкость резин существенно зависит от величины деформации, но не зависит от вида напряженного состояния. При растяжении, сжатии, сдвиге, изгибе, кручении морозостойкость одинакова в области малых деформаций при условии равной по величине деформации.
-
Показано, что с увеличением плотности вулканизационной сетки до критического значения морозостойкость резин возрастает, как это имеет место и при введении пластификатора. Механизм явления связан с уменьшением относительной доли неравновесной части модуля упругости за счет возрастания его равновесной части при увеличении плотности сетки, тогда как введение пластификатора уменьшает неравновесную часть модуля при практически неизменном равновесном модуле.
6. Разработаны и защищены авторскими свидетельствами новые методы и приборы для испытаний резин при малых деформациях. ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ РАБОТЫ.
1. Введены изменения в следующие стандарты:
ГОСТ 408-78 "Резина.Методы определения морозостойкости при растяжении". В стандарт дополнительно введен метод Б.предусматривающий возможность определения модуля и коэффициента морозостойкости при деформации 10%.
ГОСТ 7912-74 "Резина. Метод определения температурного предела хрупкости резин". Методическая доработка стандарта позволила повысить точность измерения.
ГОСТ 11053-75 "Резина.Метод определения условно-равновесного модуля". В станддарт введено изменение, позволяющее определить величину условно-равновесного модуля при деформации 5 и 10%.
-
Разработаны методики определения деформационных свойств резин при малых деформациях.
-
Установлена взаимосвяь между свойствами резин при малых деформациях и функциональными характеристиками, отвечающими за работоспособность ряда резино-технических изделий. Это позволяет рекомендовать методы определения свойств резин при малых деформациях для производственного контроля качества резин и эффективного управления процессом производства резино-технических изделий.
-
Показано, что возрастание жесткости резин при понижении температуры определяется соотношением равновесной и неравновесной составляющих модуля упругости, причем равновесная способствует повышению морозостойкости, а неравновесная понижению. На этой основе разработан новый подход к увеличению морозостойкости резин за счет регулирования плотности вулканизационной сетки.
-
Методы испытания резин при малых деформациях, соответствующих эксплуатационным, рекомендованы для определения характеристик резин, применяемых при конструировании и расчете резино-технических изделий.
-
Проведена разработка и налажено серийное производство приборов для определения деформационных и низкотемпературных свойств
резин при малых деформациях. Приборы в настоящее время используются на предприятиях резиновой промышленности.
АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Основные результаты работы докладывались на трех Международных конференциях по каучуку и резине ( Киев. 1978 г.. Москва. 1984 г.. Москва. 1994 г.). на Скандинавской конференции "Арктические резины" в Тампере. Финляндия. 1989 г.. на Всесоюзной научно-технической конференции "Полимерные материалы и технологические процессы изготовления изделий из них". Москва, 1991 г.. на Всесоюзном симпозиуме "Проблемы шин и резинокордных композитов". Москва. 1994 г.
ПУБЛИКАЦИИ. По результатам диссертации опубликовано 59 научных статей и получено 15 авторских свидетельств.
ЛИЧНОЕ УЧАСТИЕ АВТОРА состоит в разработке научных основ методологии испытания резин при малых деформациях, это научное направление сформировано под его непосредственным руководством и при личном участии. Автором обосновано положение об эквивалентности влияния наполнителей и низких температур на деформационные свойства резин, установлена взаимосвязь между свойствами резин при малых деформациях и функциональными характеристиками ряда рези-но-техничесикх изделий, предложен научно обоснованный подход к повышению морозостойкости резин, базирующийся на особенностях их релаксационных свойств, разработаны и изготовлены опытные образцы приборов для испытания резин при малых деформациях и организовано их производство. Практические результаты, базирующиеся на научных положениях диссертации, автор лично внедрял на МПО "Каучук" и других предприятиях.
ОБЪЕМ И СТРУКТУРА РАБОТЫ. Диссертация изложена на 352 страницах, содержит 108 рисунков, состоит из 13 глав, а также содержит заключение, выводы, приложения и список литературы из 268 наименований.