Механические свойства окн и показатели работоспособности брекера и каркаса шин

 

Объекты и методы испытаний

 

В этой главе приведены результаты механических испытаний резинокордных образцов типа ОКН, описанию которых посвящена значительная часть предыдущей, третьей, главы. Там мы научились воспроизводить на образцах нужное нам НДС, и теперь посмотрим, как отразится на результатах испытаний варьирование НДС, температуры, и проч.

Объектами исследования служили резинокордные композиты, представляющие собой обрезиненное резинокордное полотно. В работе использовали резину и корд, предназначенные для производства легковых и грузовых радиальных шин современных конструкций. Их характеристики представлены в табл. 4.1.1.

 

Таблица 4.1.1. Характеристики РКК

Обозначение корда	Диаметр нитей, мм	Шифр резины	Шаг нитей, мм (число нитей на 10 см)	Калибр обкладки, мм
10Л 22/15	0,88	2э-2560	1,8	1,8
28Л 22/15	1,32	2э-2560	2,5	2,3
4Л27	0,61	2э-2560	1,3	1,35
13 АТЛ-ДУ	0,5±0,05	2э-2704	(140±10)	1,1
23 КНТС	0,7±0,05	2э-2702	(100±10)	1,15
20 П (безуточный)	0,62±0,03	2э-2767	(100±1)	1,1

 

Промышленные резиновые смеси, предназначенные для обкладки текстильного и металлического корда, изготовлены на опытном шинном заводе НИИШП. Все применяемые в смесях ингредиенты соответствуют требованиям ГОСТ и ТУ.

В качестве армирующих материалов использовали текстильный и металлический корд следующих типов:

текстильный: 23 КНТС, 13 АТЛ-ДУ;

металлический: 4Л27, 10Л22/15, 28Л22/15.

Кроме того, исследовали экспериментальное безуточное резинокордное полотно на основе полиэфирного корда 20П.

Резинокордные образцы вулканизовали в лабораторном вулканизационном прессе в изотермических условиях и на вулканизационно - испытательном комплексе «ТЕМП-1», в реальных неизотермических температурных режимах, снятых при помощи термопары для шины модели Ех-85.

Целью упруго-прочностных испытаний является определение условных напряжений, прочности и разрывного удлинения резинокордных образцов типа ОКН при данном соотношении касательных и нормальных напряжений на границе «корд-резина».

Данный вид испытаний состоит в том, что ОКН закрепляют в зажимы разрывной машины и тянут с постоянной скоростью до разделения образца на части. В качестве разрывных машин использовали Тензометр Т-10 (ф. Монсанто, США) и УТС-10 (ф. UTS, Германия). Скорость подвижного захвата машин задавали500 мм/мин. Обе машины оснащены термокамерами, позволяющими проводить испытания при температуре от -70 до +250 С. Зависимость условного напряжения от относительного удлинения фиксировали графически и записывали автоматически в виде таблицы, которая сохраняется в памяти управляющего компьютера. Для определения величины деформации растяжения в области однородного деформирования использовали экстензометр, зажимы которого фиксируются на границах рабочего участка ОКН. Границы рабочего участка отстоят от зажимов на расстояние не меньше b/tgj, где b - ширина образца, j - угол между направлением нити корда и продольной осью образца (рис. 3.2.1). Это требование следует из опыта проведения испытаний и связано с тем, что рабочий участок однородного деформирования не должен включать в себя нити корда, закрепленные в зажимах разрывной машины.

Длина рабочего участка, толщина образцов и величина деформации определяются с точностью ±0,01мм.

Размеры образцов для испытаний: длина 120±2 или 150±2 (мм), ширина 15±0.2 мм. Угол j является важной характеристикой ОКН. Как было показано выше, от величины этого угла зависит соотношение нормальных и касательных составляющих общего напряжения, действующего на границе «корд-резина». Значения угла рассчитывается по формулам, приведенным в предыдущем разделе. Для проведения контрольных испытаний значения угла рекомендуется выбирать из ряда: 20, 30, 45, 60, 75, 90 градусов.

Существенное отличие текстильных ОКН от металлокордных состоит в том, что при значениях j от 54 до 90 градусов нить текстильного корда укорачивается при растяжении образца, в то время как нить металлокорда сохраняет свою длину (см. раздел 3.6). Это обстоятельство приводит к реализации разных НДС в текстильных и металлокордных образцах при указанных выше значениях угла. При значениях угла j от 0 до 54 градусов на нить корда при растяжении ОКН действует растягивающая сила, поэтому в этом случае НДС текстильного и металлокордного образцов близки. Приведенные рассуждения необходимо учитывать при интерпретации результатов испытаний ОКН.

Заготовку образцов производят либо с помощью специального приспособления типа «гильотина», либо штанцевым ножом.

Угол j определяют с точностью ±0.5 градуса.

Для определения вида функции распределения результатов испытания и ее моментов, коэффициента вариации, числа образцов, необходимых для получения измеряемых величин с требуемой точностью при заданной доверительной вероятности в соответствии с требованиями статистики можно воспользоваться любой из компьютерных версий, например, пакетом Excel. Нами была написана собственная программа на языке Фортран (в конце 80-х годов прошлого века средства Microsoft были не слишком доступны). Вид подходящей функции распределения определяли по критерию согласия (w²) [[274], [275]].

Усталостные испытания с целью определения числа циклов до разрушения N проводили на машинах МРС-2 и УР-500 отечественного производства. Первая из них оснащена температурной камерой для испытаний при температурах от комнатной до 100^оС.

Испытания проводили в синусоидальном режиме нагружения при частоте 300 об/мин. Статическую составляющую цикла задавали равной нулю. С этой целью через время, определенное методикой испытаний, выбирали петлю, образовавшуюся из остаточной деформации на начальной стадии испытаний.

Каждую усталостную кривую строили, как правило, по четырем точкам. Точки отличались величиной деформации. Одна из них лежала на оси абсцисс, т.к. представляла результаты прочностных испытаний и ее усталостная выносливость принималась равной одному циклу. Каждая точка представляла собой среднее значение по 18 - 24 образцам. Т.о., каждая усталостная кривая построена по результатам испытаний до 100 образцов.

Результаты усталостных испытаний представляли в трех режимах: заданных деформаций e, заданных напряжений s и заданной плотности энергии цикла W: (lgN - lge), (lgN - lgs), (lgN - lgW). Первый из этих режимов строили непосредственно, используя результаты испытаний. Режим заданных напряжений строили с использованием кривой растяжения ОКН, откладывая по оси абсцисс те значения напряжения, которые соответствовали величине деформации, относящейся к данной ходимости N. Режим заданных плотностей энергии деформации W строили, откладывая по оси абсцисс величину W, полученную интегрированием кривой растяжения до величины деформации, относящейся к данной ходимости N.

Заметим, что тремя описанными режимами не ограничивается все многообразие возможных режимов, в которых может работать исследуемая деталь шины или любого другого РТИ. В процессе реального нагружения не запрещается сохранение любой функции от e, s, W. Строго говоря, вид режима известен весьма приближенно, поэтому наиболее правильным было бы сравнивать разные материалы именно в том НДС, которое реализуется в каждом конкретном случае. Вид этого НДС можно узнать расчетными или экспериментальными методами.

Логарифмические координаты использовали для удобства, т.к. величина усталостной выносливости N меняется на несколько порядков.

Аналогичным образом строятся т.н. кривые Веллера [4], однако там принято по оси абсцисс откладывать величину усталостной выносливости, а по оси ординат – значение фактора, определяющего величину усталостной выносливости. Нам кажется, что способ, используемый в работах по изучению свойств резин [171, 173, 176] и принятый нами, более предпочтителен по той простой причине, что в математике, физике и других естественных науках принято аргумент (независимую переменную) откладывать по оси абсцисс, а функцию – по оси ординат. Мы не видим оснований нарушать общепринятую традицию. Кроме того, понятие предела усталостной выносливости, пришедшее из механики малых линейных деформаций, мало пригодно для резины, подверженной разным видам старения в большей степени, чем стальная деталь. Именно наличие этого предела, изображаемого прямой, параллельной оси N, и послужило причиной появления кривых Веллера в таком виде, какие они есть. Отметим, что в справочнике [274] усталостные кривые построены в виде, принятом нами.

За результат испытаний каждого образца принимали время, за которое образец делился на две части. Одновременно на одну машину устанавливали до 24 образцов, что позволяло в 24 раза по сравнению со стандартной методикой [176] увеличивать производительность и уменьшать время испытаний. Для сравнения, в методе [176] на одну машину УР-500 устанавливается один образец.

Для осуществления неизотермической вулканизации использовали вулканизационно - испытательный комплекс «ТЕМП-1», предназначенный для воспроизведения произвольных температурных режимов вулканизации на резиновых и резинокордных лабораторных образцах в виде пластин. Комплекс «ТЕМП-1» включает в себя «ПРЕСС-8В» - вулканизационный пресс с возможностью воспроизведения регулируемого неизотермического режима вулканизации резиновых и резинокордных образцов, и «ПРЕСС-8И» - аналогичный вулканизационный пресс, снабженный автоматической разрывной машиной. Комплекс имеет компьютерное управление.

Температурный режим вулканизации (зависимость температуры от времени), предварительно измеренный в требуемой точке резинокордного изделия (например, шины) в реальных условиях его вулканизации, вводят в память управляющего компьютера. При работе пресса неизотермический (в общем случае) температурный режим воспроизводится с точностью ±1°С во всех восьми пресс-формах, в каждую из которых заложены резиновые или резинокордные образцы. После окончания процесса вулканизации или в любой требуемый момент времени образцы извлекаются из пресс-форм для дальнейших испытаний (ПРЕСС-8В) или непосредственно после вулканизации подвергаются растяжению в автоматическом режиме с постоянной скоростью до разрушения (ПРЕСС-8И). В момент испытания образцов (ПРЕСС-8И), образцы обдуваются горячим воздухом с температурой, равной температуре пресс-формы. В банк данных управляющего компьютера заносятся значения температурного режима вулканизации, а также значения нагрузок и деформаций на всем участке растяжения (до 128 точек). В данной работе использовали ПРЕСС -8В.

Технические характеристики ПРЕСС-8В:

· Количество пресс-форм, шт. 8

· Регулируемая температура, °С от 35 до 200

· Максимальная скорость нагрева, °С / мин. 20

· Точность регулирования температуры, °С ±1

· Давление вулканизации, МПа до 3,5

· Размер вулканизуемых пластин, мм 170´70