Какие испытания включает ГОСТ ISO 2302-2013 для оценки бутилкаучука IIR?

Стандарт описывает определение вязкости по Муни ML(1+8) при 125 °C, содержания летучих веществ и золы. Также регламентированы приготовление стандартной смеси, измерение вулканизационных характеристик на реометре при 160 °C и испытание вулканизатов при растяжении по ISO 37.

Какая стандартная рецептура смеси используется для оценки IIR и каков общий расход по массе?

На 100 массовых частей бутилкаучука IIR добавляют 1,00 стеариновой кислоты, 50,00 технического углерода, 3,00 оксида цинка, 1,75 серы и 1,00 TMTD. Суммарно по рецептуре получается 156,75 массовых частей.

Чем отличаются методы смешения A, B и C и какой выбрать?

Метод A выполняют на вальцах при температуре валков (45 ± 5) °C и загрузке 627 г (4× рецептуры). Метод B — в микросмесителе 64 см³ при (60 ± 3) °C и загрузке 73,67 г, при этом смесь бракуют, если после 5 минут смешения температура выше 120 °C. Метод C использует закрытый резиносмеситель на первой стадии (контроль температуры смеси 150—170 °C) и окончательное смешение на вальцах.

Какие параметры реометра нужно выдерживать при определении вулканизационных характеристик?

Для реометра с колеблющимся диском применяют 1,7 Гц, амплитуду 1° дуги (допускается 3°), температуру полуформ (160,0 ± 0,3) °C и чувствительность, обеспечивающую не менее 75% шкалы при максимальном моменте. Для безроторного реометра задают 1,7 Гц, амплитуду 0,5° дуги (допускается 1°) и ту же температуру полуформ.

Что важно указать в протоколе испытаний, чтобы результаты можно было принять и сравнить?

В протоколе фиксируют метод определения летучих веществ и метод определения золы (А или В), выбранный метод смешения A/B/C и условия среды в лаборатории. Для реометра обязательно указывают тип реометра, амплитуду колебаний и время измерения максимума (MН), а также все отклонения от методики. Результаты приводят с единицами измерения и датой испытаний.

ГОСТ ISO 2302-2013 Оценка бутилкаучука IIR — методы

Назначение ГОСТ ISO 2302-2013: как оценивают бутилкаучук (IIR) в лаборатории

ГОСТ ISO 2302-2013 распространяется на все типы бутилкаучуков (изобутен-изопреновых каучуков, IIR) и устанавливает физические и химические методы испытаний. Документ также задает стандартные ингредиенты и рецептуру, оборудование и режимы приготовления и вулканизации резиновых смесей для оценки вулканизационных характеристик и свойств вулканизатов.

Прецизионность, приведенная в стандарте, соответствует данным, использованным в ASTM D 3188 (оценка IIR).

Отбор и подготовка пробы для испытаний бутилкаучука

Лабораторную пробу массой приблизительно 1,5 кг отбирают и подготавливают по ISO 1795.

Физико-химические испытания исходного каучука IIR

Вязкость по Муни

Пробу готовят по ISO 1795 без вальцевания, отрезая ее от образца для испытания.
Проба должна быть по возможности без пузырей и раковин (они могут образовываться при попадании воздуха с поверхности ротора или пресс-формы).
Если вальцевание необходимо из-за состояния образца (например, высокая пористость) или по согласованию сторон — пробу вальцуют по ISO 1795.
Вязкость определяют по ISO 289-1 и записывают как ML (1 + 8) при 125 °C.

Содержание летучих веществ

Содержание летучих веществ определяют по ISO 248-1, используя метод горячего вальцевания или метод с применением термостата.

Определение золы

Золу определяют по ISO 247 (метод А или В).

Стандартная резиновая смесь для оценки бутилкаучука (рецептура по ГОСТ)

Для приготовления смесей применяют национальные или международные стандартные ингредиенты либо ингредиенты, согласованные между заинтересованными сторонами. Рекомендуется использовать порошкообразные ингредиенты (стандартные ингредиенты для вулканизации, применяемые в промышленности).

Наименование	Массовая часть
Бутилкаучук (IIR)	100,00
Стеариновая кислота	1,00
Стандартный промышленный технический углерод	50,00
Оксид цинка	3,00
Сера	1,75
Тетраметилтиурамдисульфид (TMTD)	1,00
Всего	156,75

Для технического углерода следует использовать очередную партию контрольного промышленного технического углерода.

Приготовление смеси: три допустимых метода смешения (A, B, C)

Требования к оборудованию и методы подготовки, смешения ингредиентов и вулканизации смеси должны соответствовать ISO 2393 (разделы 6—9). В стандарте приведены три альтернативных метода смешения; при этом отмечено, что смешение разными методами может приводить к различиям результатов.

Метод A — смешение на лабораторных вальцах

Масса загрузки для стандартных вальцов: 4 × 156,75 = 627 г.
Температура поверхности валков: (45 ± 5) °C.
При необходимости допускается масса загрузки 2×, но может потребоваться дополнительная регулировка зазора между валками.

Операция	Время, мин	Общее время, мин
Вальцевание каучука при зазоре 0,65 мм	1,0	1,0
Введение и распределение смеси «технический углерод + стеариновая кислота»; по мере необходимости увеличивают зазор для поддержания обрабатываемого запаса; после введения всего углерода делают подрезы	10,0	11,0
Введение оксида цинка, серы и TMTD	3,0	14,0
Подрезы (по три подреза на 3/4 валка с каждой стороны)	2,0	16,0
Срезают смесь; устанавливают зазор 0,8 мм и пропускают шесть раз свернутую в рулон смесь перпендикулярно поверхности валков	2,0	18,0
Листуют до толщины около 6 мм и выполняют контрольное взвешивание	—	—
Отбирают часть смеси для испытаний на реометре	—	—
Листуют до толщины около 2,2 мм (для пластин) или до требуемой толщины (для образцов по ISO 37)	—	—
Выдерживают смесь после смешения 2—24 ч при стандартной температуре и влажности по ISO 23529	—	—

Критерий приемки по массе (ISO 2393): если масса смеси отличается от расчетной более чем на +0,5% или −1,5%, смесь бракуют и проводят повторное смешение.

Метод B — смешение в закрытом микросмесителе (MIM)

Для микросмесителя номинальным объемом 64 см³ рекомендуемая масса загрузки: 0,47 × 156,75 = 73,67 г.
Температура камеры: (60 ± 3) °C.
Начальная угловая скорость вращения ротора (незагруженный микросмеситель): 6,3—6,6 рад/с (60—63 об/мин).
Подготовка каучука: один пропуск на вальцах при (50 ± 5) °C и зазоре 0,5 мм, затем пластину режут на полосы шириной 25 мм.

Порошковые ингредиенты (кроме каучука) допускается предварительно смешивать для точности дозирования. При использовании смесителя (например, Уоринга) смешивают короткими интервалами; при смешении более 3 с стеариновая кислота может расплавиться и ухудшить равномерность распределения ингредиентов.

Операция	Время, мин	Общее время, мин
Загружают каучук, опускают затвор и пластицируют	1,0	1,0
Вводят оксид цинка, серу, стеариновую кислоту, TMTD (без потерь), затем технический углерод; очищают горловину и опускают затвор	1,0	2,0
Проводят смешение	3,0	5,0
Останавливают ротор, выгружают смесь и фиксируют максимальную температуру смеси	—	—

Если конечная температура выгружаемой смеси после 5 мин выше 120 °C, смесь бракуют и повторяют смешение при иной массе загрузки или температуре камеры.
Далее пропускают смесь на вальцах 2 раза при зазоре 3,0 мм и температуре валков (50 ± 5) °C.
Проводят контрольное взвешивание; критерий приемки по массе: +0,5% / −1,5%.
Перед реометрическими испытаниями образец выдерживают 2—24 ч при (23 ± 3) °C.
Перед вулканизацией смесь выдерживают 2—24 ч при стандартной температуре и влажности по ISO 23529.

Метод C — начальное смешение в закрытом резиносмесителе и окончательное на вальцах

Для резиносмесителя типа A1 (ISO 2393) номинальным объемом (1170 ± 40) см³ рекомендуемая масса загрузки: 8,5 × 156,75 = 1332 г.
Угловая скорость быстрого ротора: 7—8 рад/с (67—87 об/мин).

Стадия 1 — начальное смешение в закрытом резиносмесителе

Операция	Время, мин	Общее время, мин
Устанавливают начальную температуру резиносмесителя 50 °C; запускают роторы	—	—
Загружают каучук и пластицируют	0,5	0,5
Вводят оксид цинка, стеариновую кислоту и технический углерод	0,5	1,0
Смешение	2,0	3,0
Очищают горловину и верхнюю часть затвора	0,5	3,5
Смешение	1,5	5,0
Выгрузка смеси	—	—

Сразу измеряют температуру смеси; если температура вне диапазона 150—170 °C, смесь бракуют и повторяют смешение при иной массе загрузки.
Пропускают смесь через валки 3 раза при зазоре 2,5 мм и температуре (50 ± 5) °C, листуют до толщины около 10 мм и выполняют контрольное взвешивание (критерий +0,5% / −1,5%).
Выдерживают смесь после смешения не менее 30 мин, но не более 24 ч при стандартной температуре и влажности по ISO 23529.

Стадия 2 — окончательное смешение на вальцах

Масса загрузки маточной смеси для стандартных вальцов: 3 × 156,75 = 462 г.
Температура валков: (50 ± 5) °C, зазор: 1,5 мм.

Операция	Время, мин	Общее время, мин
Вальцуют маточную смесь на медленном валке	1,0	1,0
Вводят серу и TMTD (не подрезают до полного ввода ингредиентов)	1,5	2,5
Подрезы: по три подреза на 3/4 валка с каждой стороны с интервалом 15 с	2,5	5,0
Срезают смесь; устанавливают зазор 0,8 мм и пропускают шесть раз свернутую в рулон смесь перпендикулярно поверхности валков	2,0	7,0

Далее листуют до толщины около 6 мм и выполняют контрольное взвешивание. Если масса отличается от расчетной более чем на +0,5% или −1,5%, смесь бракуют и повторяют смешение. Перед вулканизацией выдерживают смесь 2—24 ч после смешения при стандартной температуре и влажности по ISO 23529.

Определение вулканизационных характеристик на реометре

Реометр с колеблющимся диском (ISO 3417)

Определяют стандартные характеристики M_L, M_H, а также времена t_s1, t_c(50) и t_c(90) при следующих условиях:

частота колебаний: 1,7 Гц (100 циклов/мин);
амплитуда колебаний: 1° дуги (допускается 3° дуги; в этом случае вычисляют t_s2 вместо t_s1);
чувствительность: выбирают так, чтобы смещение было не менее 75% шкалы при M_H;
температура полуформ: (160,0 ± 0,3) °C;
время предварительного прогрева: не нормируется.

Безроторный реометр (ISO 6502)

Определяют стандартные характеристики F_L, F_H, а также времена t_s1, t_c(50) и t_c(90) при условиях:

частота колебаний: 1,7 Гц (100 циклов/мин);
амплитуда колебаний: 0,5° дуги (допускается 1° дуги; в этом случае вычисляют t_s2 вместо t_s1);
чувствительность: выбирают так, чтобы смещение было не менее 75% шкалы при F_H;
температура полуформ: (160,0 ± 0,3) °C;
время предварительного прогрева: не нормируется.

Примечание: при использовании двух типов реометров возможны различия результатов.

Испытания вулканизатов IIR при растяжении

Вулканизуют пластины при 150 °C в течение 20, 40 и 80 мин.
Вулканизованные пластины выдерживают 16—96 ч при стандартной температуре и по возможности при стандартной влажности по ISO 23529.
Упругопрочностные свойства при растяжении определяют по ISO 37.

Отмечено, что метод B (микросмеситель) позволяет получить достаточное количество смеси для оценки характеристик на реометре и испытаний при растяжении на одной вулканизованной пластине. Рекомендуемое время вулканизации: 40 мин при 150 °C (допускаются другие режимы вулканизации).

Прецизионность результатов: что считать повторяемостью и воспроизводимостью

Прецизионность установлена по ISO/TR 9272. Приведены показатели межлабораторной прецизионности (тип 2, класс III): использованы три разных каучука IIR, испытания проводили в 4 лабораториях в 3 разных дня.

Характеристика	Среднее	s_r	r	(r), %	s_R	R	(R), %
M_L, дН·м	14,95	0,22	0,61	4,33	0,51	1,45	10,18
M_H, дН·м	70,95	1,07	3,04	4,27	2,51	7,11	9,98
t_s1, мин	2,50	0,11	0,32	14,37	0,21	0,58	26,53
t_c(50), мин	9,40	0,13	0,36	3,90	0,29	0,81	8,69
t_c(90), мин	26,05	0,95	2,70	10,21	1,41	3,98	15,07

Значения получены при условиях измерения: 160 °C, 1,7 Гц, амплитуда 1° дуги.

Что должно быть указано в протоколе испытаний по ГОСТ ISO 2302-2013

Протокол испытаний должен включать:

обозначение настоящего стандарта;
данные для идентификации пробы;
метод определения летучих веществ (вальцевание или термостат);
метод определения золы (метод А или В по ISO 247);
информацию о стандартных образцах;
процедуру смешения (метод A/B/C) по разделу о приготовлении смеси;
условия окружающей среды в лаборатории при приготовлении смеси;
для испытаний на реометре: тип реометра, время измерения M_H, амплитуду колебаний;
любые отклонения от требований стандарта;
процедуры, не предусмотренные стандартом или ссылочными документами (а также примененные необязательные процедуры);
результаты испытаний с указанием единиц измерения;
дату проведения испытаний.

Ссылочные нормативные документы (основные)

Документ	Наименование	Связанный ГОСТ (если указан в приложении ДА)
ISO 37	Определение упругопрочностных свойств при растяжении	ГОСТ ISO 37-2013
ISO 247	Определение золы	ГОСТ ISO 247-2013
ISO 248-1	Определение содержания летучих веществ (метод горячего вальцевания и метод с термостатом)	ГОСТ ISO 248-1-2013
ISO 289-1	Определение вязкости по Муни	Соответствующий межгосударственный стандарт в приложении ДА не указан
ISO 1795	Отбор проб и дальнейшие подготовительные процедуры	ГОСТ ИСО 1795-96 (NEQ)
ISO 2393	Приготовление, смешение и вулканизация резиновых смесей для испытаний	ГОСТ 30263-96 (NEQ)
ISO 3417	Определение вулканизационных характеристик на реометре с колеблющимся диском	Соответствующий межгосударственный стандарт отсутствует (по приложению ДА)
ISO 6502	Руководство по эксплуатации реометров	Соответствующий межгосударственный стандарт отсутствует (по приложению ДА)
ISO 23529	Подготовка и кондиционирование образцов для физических испытаний	ГОСТ ISO 23529-2013

Выберите город

ГОСТ ISO 2302-2013 Бутилкаучук (IIR). Методы оценки