ГОСТ 23020-78 Резина. Метод определения работы разрушения при растяжении

Для каких материалов применяют метод определения работы разрушения

ГОСТ 23020-78 распространяется на резину и устанавливает метод определения работы разрушения при растяжении. Метод позволяет оценить энергоемкость разрушения материала при растяжении до разрыва.

Сущность испытания заключается в растяжении образцов в форме лопаток или колец с постоянной скоростью до разрыва и измерении сил при различных удлинениях либо записи диаграммы растяжения.

Какие типы образцов допускает стандарт

Для испытаний используют два типа образцов:

• двусторонние лопатки;
• кольца.

Размеры и заготовка образцов-лопаток должны соответствовать ГОСТ 270-75, раздел 1, типы I или II. Размеры и заготовка образцов кольцевой формы также должны соответствовать ГОСТ 270-75, раздел 1.

Количество испытуемых образцов каждого типа должно быть не менее пяти.

Испытательное оборудование и измерительные средства

Для проведения испытаний применяют:

• разрывную машину, соответствующую ГОСТ 7762-74 и ГОСТ 270-75;
• толщиномер по ГОСТ 11358-74 с нормированным усилием, ценой деления 0,01 мм и диаметром измерительной площадки не более 16 мм;
• полярный планиметр типа ПП-М.

Допускается использовать другие типы толщиномеров и планиметров, если они обеспечивают требуемую точность измерений.

Подготовка лопаток и колец к растяжению

Подготовку образцов к испытанию проводят по ГОСТ 270-75, раздел 3. Это означает, что до начала измерений должны быть соблюдены требования к выдержке, кондиционированию и контролю геометрии образца.

Для определения работы разрушения на предварительно деформированных образцах, в том числе после испытаний на усталость, перед испытанием необходимо:

• повторно измерить толщину;
• нанести новые метки для измерения удлинения.

Результаты по недеформированным и предварительно деформированным образцам несопоставимы.

Режимы испытания при комнатной температуре

Испытания проводят при температуре (23±2) °C и скорости движения активного захвата машины (500±50) мм/мин.

Для образцов-лопаток испытание проводят с фиксацией силы через каждые 100 % удлинения. В момент разрыва дополнительно фиксируют силу и расстояние между метками для определения удлинения при разрыве.

Если разрыв произошел за пределами узкой части лопатки, результат испытания не учитывают.

Как испытывают образцы в форме лопаток

Лопатки закрепляют в захватах машины по установочным меткам согласно ГОСТ 270-75. Затем:

1. стрелку силоизмерителя устанавливают в нулевое положение;
2. включают механизм растяжения;
3. фиксируют силу через каждые 100 % удлинения;
4. в момент разрыва записывают силу и удлинение.

Полученные значения затем используют для расчета удельной работы разрушения.

Как испытывают кольцевые образцы по диаграмме растяжения

Кольца испытывают на машине, снабженной устройством для записи диаграммы «сила — удлинение». Перед испытанием образец надевают на два сближенных ролика.

Во время испытания самопишущее устройство вычерчивает непрерывную кривую. Диапазон силоизмерителя и масштаб записи удлинения выбирают так, чтобы площадь диаграммы растяжения была не менее 50 см².

Площадь диаграммы затем измеряют планиметром с допускаемой погрешностью ±0,5 % от измеряемого значения.

Когда допускается запись диаграммы и для лопаток

Стандарт допускает проводить испытания лопаток с записью диаграммы растяжения на машинах с экстензометрами, обеспечивающими контроль за метками для измерения удлинения образца.

В этом случае испытания проводят по схеме, аналогичной испытанию колец, а удельную работу разрушения рассчитывают по площади диаграммы.

Что именно определяют по результатам растяжения

Основным результатом по ГОСТ 23020-78 является удельная работа разрушения, выражаемая в Дж/м³ или кгс·см/см³. Этот показатель отражает энергию, затраченную на разрушение единицы объема материала.

Дополнительно допускается определять структурную прочность образца.

Расчет удельной работы разрушения для образцов-лопаток

Для образцов-лопаток удельную работу разрушения рассчитывают по значениям сил, зарегистрированных при относительных удлинениях 100 %, 200 %, 300 % и далее, а также по силе и удлинению в момент разрыва.

При расчете используют:

• сечение образца до испытания;
• среднюю толщину образца;
• ширину образца;
• силы при кратных 100 % удлинениях;
• силу, предшествующую разрывной;
• разрывную силу;
• относительное удлинение при разрыве.

Значения относительных удлинений в расчете используют в безразмерном виде.

Расчет по площади диаграммы для колец и лопаток с самописцем

Для кольцевых образцов и лопаток, испытанных с записью диаграммы, удельную работу разрушения рассчитывают по площади диаграммы «сила — удлинение» и объему образца.

При этом для вычисления объема используют:

• для кольца — наружный диаметр, внутренний диаметр и среднюю толщину;
• для лопатки — сечение образца и расстояние между метками.

Дополнительно учитывают масштаб записи по оси силы и по оси удлинения.

Как определяют структурную прочность

Структурную прочность допускается вычислять как дополнительный показатель. Для этого используют максимальную силу при разрыве и геометрические размеры образца.

Этот показатель помогает дополнительно оценивать поведение резины при разрушении и использовать метод не только для энергетического, но и для структурного анализа материала.

Как принимают окончательный результат испытаний

За окончательный результат принимают среднее арифметическое значений всех испытуемых образцов.

Если результаты отклоняются от среднего значения удельной работы разрушения более чем на 10 %, их исключают и пересчитывают среднее по оставшимся образцам. После исключения должно остаться не менее трех образцов.

Если после обработки остается менее трех образцов, испытание повторяют.

Какие результаты нельзя сравнивать между собой

Стандарт прямо указывает, что результаты испытаний на образцах различного типа несопоставимы. Это означает, что данные по лопаткам нельзя напрямую сравнивать с данными по кольцам.

Также отдельно оговорено, что результаты на предварительно деформированных образцах нельзя сравнивать с результатами на недеформированных.

Что должно быть указано в протоколе испытания

Результаты испытаний записывают в протокол, который должен содержать:

• обозначение резины и условия вулканизации;
• тип машины;
• тип образца;
• толщину, ширину и сечение образца;
• силу при различных удлинениях — 100, 200, 300, 400 % и т. д.;
• силу и удлинение в момент разрыва;
• площадь диаграммы «сила — удлинение» для образцов колец;
• удельную работу разрушения для каждого образца;
• среднее арифметическое результатов;
• дату проведения испытания.

Результаты в протоколе округляют до целых значений.

Практическое применение метода в лаборатории

ГОСТ 23020-78 удобен для оценки резин, работающих в условиях значительных деформаций, когда важна не только разрывная прочность, но и энергия, необходимая для разрушения. Такой показатель полезен при сравнении рецептур, степеней наполнения и влияния предварительного деформирования.

Метод особенно информативен, если требуется:

• сравнить энергоемкость разрушения разных резин;
• оценить влияние усталостных испытаний на прочность;
• сопоставить результаты при фиксированных удлинениях;
• получить интегральную характеристику по площади диаграммы растяжения.

Ссылочные нормативные документы