Статический режим нагружения означает, что деформирование эластомерных композиций проводится при постоянной или очень мало изменяющейся скорости. К статическим относятся испытания на растяжение, сжатие, раздир, твердость, долговременную прочность, релаксацию напряжения и ползучесть.
Определение прочностных свойств резин при растяжении. Испытания проводятся на разрывных машинах, которые позволяют проводить растяжение с заданной скоростью, а система силоизмерения регистрирует нагрузку, растягивающую образец. Система силоизмерения может быть маятниковой, пружинной или электронной. Недостатком маятниковых и пружинных систем является инерционность.
В соответствии со стандартом образцы для испытаний на деформационно-прочностные показатели имеют форму двусторонней лопаточки с широкими участками для закрепления в зажимах разрывной машины и узким рабочим участком длиной 25 мм. Соединительный участок между узкой и широкой частью имеет рассчитанный радиус закругления для равномерного распределения возникающих в образце напряжений.
Образцы вырубаются специальными замкнутыми ножами из резиновой пластины толщиной 1 или 2 мм. Затем на рабочий участок наносятся метки, ограничивающие места закрепления образца в зажимах и рабочий участок. По меткам рабочего участка затем фиксируется изменение его длины при растяжении. Линейки разрывной машины градуированы в % удлинения, а система силоизмерения имеет шкалу в кгс или Н.
Образец растягивается со скоростью 500 мм/мин до разрыва, т.е. до разделения образца на части в рабочем участке. В процессе растяжения отмечают нагрузку, вызывающую определенные удлинения рабочего участка (100, 200 и чаще всего 300 %), относительное удлинение и нагрузку, при которой происходит разрушение образца.
По результатам испытания рассчитывают следующие показатели:
• Относительное удлинение в определяется по линейке разрывной машины, на которой находится шкала значений, рассчи-танных по формуле:
Е = (1i-1о)х100/1о,%,
где 1о - длина рабочего участка недеформированного образца, м;
li - длина рабочего участка в момент растяжения или разрыва, м.
• Условное напряжение при заданном удлинении:
fE = Pi / S0, Н/м2, МПа,
где Pi - нагрузка, вызывающая заданное удлинение (300%), Н;
S0 - площадь поперечного сечения рабочего участка неде-формированного образца, м2. S0 = bo х no, м2, где bo - ширина, по - толщина рабочего участка, м;
Показатель часто называют модулем при заданном удлинении.
• Условная прочность при разрыве:
f=Pp/S0, Н/м2 (МПа),
где Рр - нагрузка при разрыве образца, Н.
• Относительное остаточное удлинение:
б = (12 - 1о)х100/ Ь, %,
где Ь - длина рабочего участка по двум сложенным вместе частям разорванного образца через 1 мин после разрыва.
В процессе растяжения поперечное сечение образца постепенно уменьшается вплоть до образования шейки на участке разрыва. Поскольку рассчитать сечение в каждый момент времени невозможно, при определении прочностных показателей нагрузку делят на площадь поперечного сечения недеформированного образца, а показатели называют условными: условное напряжение, условная прочность. В случае необходимости рассчитывают истинные напряжения с учетом степени деформирования образца е.
Результаты испытаний на разрывных машинах зависят от размеров образца: чем меньше образец, тем выше определяемая условная прочность.
Определение долговечности. Долговечность - это время, требуемое для разрушения образца под действием постоянного напряжения. Испытания на долговечность проводятся также на разрывных машинах. В этом случае задается растягивающая нагрузка, близкая к реальной нагрузке эксплуатации, и определяется либо время до полного разрушения образца, либо время до появления в нем определенных дефектов. Напряжение, при котором происходит разрушение, называется долговременной прочностью или статической усталостной прочностью.
Определение сопротивления раздиру. Раздиром называется разрушение образца в направлении, перпендикулярном направлению растяжения. Перпендикулярность обеспечивается концентрацией напряжения на рабочем участке образца. Для этого рабочий участок имеет вогнутую форму, а в центральной части наносится порез глубиной, равной половине толщины образца.
Образец закрепляется в зажимах разрывной машины и растягивается до раздирания по месту пореза. Сопротивление радиру рассчитывается по формуле:
σразд ~ Рразд/d, Н/м,
где Рразд - нагрузка, при которой происходит разрушение образца, Н; d - толщина недеформированного образца, м.
Определение твердости. Твердостью называется сопротивление резин вдавливанию наконечников (инденторов) различной формы (шарик, игла). В отличие от металлов твердость резин измеряют во время действия небольшой нагрузки.
Твердость резин выражают двумя способами:
• Глубиной погружения индентора под действием постоянной нагрузки в течение заданного времени. В зависимости от конструкции прибора глубина погружения переводится в единицы твердости, размерные или безразмерные. На точность показаний влияет толщина образца, жесткость подложки и сила трения ин дентора об резину. В ряде конструкций устанавливается вибратор, компенсирующий силу трения;
• Значением деформации пружины, подпирающей индентор при заданной величине сближения выступающего конца наконечника с опорой твердомера. В этом способе фиксируется нагрузка, необходимая для заталкивания индентора в опору твердомера при плотном сближении опоры с поверхностью образца. Наиболее распространены портативные твердомеры типа ТМ-2, Шора А с игольчатым индентором, градуированные в условных единицах твердости от 0 до 100, где 0 - показание прибора в нерабочем состоянии, 100 - показание прибора, установленного на гладкую твердую поверхность. Измеряемые показатели называются твердостью по Шору А.
Определение деформационных свойств. Поскольку в резинах соотношение между деформацией и напряжением зависит от времени, деформационные свойства характеризуются временем достижения равновесного состояния. Поэтому при испытаниях определяют упруго-релаксационные свойства, которые характеризуются ползучестью, константой релаксации напряжения, равновесным модулем, модулем эластичности и кольцевым модулем. На разрывных машинах можно оценить гистерезис и релаксацию напряжения, на модульных рамках определяют модули равновесный и эластичности. В заводской практике для экспресс-контроля качества смешения резиновых смесей и степени вулканизации используют метод определения условного показателя - кольцевого модуля. Для каждой смеси установлена определенная степень растяжении резинового кольца под действием заданной нагрузки.