ГОСТ ISO 2393-2016 Смеси резиновые для испытаний. Приготовление, смешение и вулканизация. Оборудование и процедуры

Назначение ГОСТ ISO 2393-2016 для испытательных резиновых смесей

ГОСТ ISO 2393-2016 устанавливает требования к оборудованию и процедурам приготовления, смешения и вулканизации резиновых смесей для испытаний. Эти процедуры применяют в стандартах (процедурах оценки), где задана рецептура смеси и методы испытаний для оценки каучука или ингредиента резиновой смеси.

Ключевые термины: масса загрузки и вместимость смесителя

• Масса смеси по рецептуре — общая масса всех компонентов (в граммах) по рецептуре из расчета на 100 г каучука или маслонаполненного каучукового полимера (либо как указано в методе оценки).
• Масса загрузки — масса смеси для испытания, приготовленная за одну процедуру смешения.
• Общий свободный объем — объем смесительной камеры с установленными в ней роторами.
• Номинальная вместимость смесителя — часть общего свободного объема, используемая при смешении (для смесителей с тангенциальными роторами в примечании указано оптимальное значение около 0,75 общего свободного объема).
• Процедура оценки — стандарт, задающий материалы, рецептуру, метод смешения, режим вулканизации и методы испытаний для оценки каучука/ингредиента.

Ингредиенты и подготовка материалов перед смешением

Требования к ингредиентам

Ингредиенты, применяемые в стандартных рецептурах, должны соответствовать требованиям национальных или международных стандартов, указанных в соответствующих методах оценки.

Как задают массу загрузки

• Если в методе оценки каучука нет иных указаний, стандартная масса загрузки для лабораторных вальцов (в граммах) должна быть в 4 раза больше массы смеси по рецептуре.
• Для закрытого резиносмесителя массу загрузки (г) получают умножением номинальной вместимости (см³) на плотность смеси.

Предельные отклонения при взвешивании (точность дозирования)

Точность взвешивания устанавливают с учетом массы загрузки. В ГОСТ ISO 2393-2016 приведены следующие ориентиры:

Кондиционирование технического углерода перед взвешиванием

• Если нет иных указаний, технический углерод кондиционируют при (105 ± 5) °C в течение 2 ч, размещая его в открытом сосуде слоем не более 10 мм. Затем хранят в закрытом влагонепроницаемом сосуде.
• Допускается альтернативный режим: (125 ± 3) °C в течение 1 ч. При этом результаты испытаний могут отличаться от результатов при кондиционировании (105 ± 5) °C.

Температуру кондиционирования технического углерода необходимо указывать в протоколе испытаний.

Оборудование для смешения по ГОСТ ISO 2393-2016

Лабораторные смесительные вальцы: основные параметры

Для контроля зазора между валками применяют метод со свинцовыми полосками шириной (10 ± 3) мм и толщиной на 0,25–0,50 мм больше измеряемого зазора. Полоски размещают у краев валков примерно в 25 мм от направляющих и пропускают одновременно с пластиной смеси (примерно 75 × 75 × 6 мм), расположенной по центру.

Для этой операции вязкость смеси по Муни должна быть не менее 50 ML (1 + 4) при 100 °C. Толщину полосок после пропуска измеряют микрометром с точностью ± 0,01 мм (в трех точках). Допуск на зазор валков: ± 10 % или 0,05 мм (что больше).

Закрытые резиносмесители: требования к лабораторным смесителям

• Допустимая номинальная вместимость: от 65 см³ (микросмесители) до примерно 3000 см³; требования стандарта ориентированы на диапазон примерно 65–2000 см³.
• Смеситель должен иметь систему измерения/индикации температуры смеси в процессе смешения с точностью 1 °C.
• Таймер смешения — с точностью ± 5 с.
• Система индикации или регистрации потребляемой энергии или крутящего момента.
• Эффективное нагревание/охлаждение для контроля температуры роторов и стенок камеры.
• Во время цикла камера должна быть закрыта затвором, удерживающим смесь.

Увеличение зазоров роторов примерно на 50 % относительно первоначальных значений требует проверки: это может ухудшать качество смешения (и примерно эквивалентно росту номинальной вместимости на ~10 %).

Микросмеситель: влияние типа ротора (пример из таблицы 1)

Смешение на вальцах: правила ввода ингредиентов и контроль результата

Если в методе оценки нет иных указаний, ингредиенты вводят на переднем валке. При смешении контролируют температуру поверхности средней части валков (точность измерения не хуже ± 1 °C).

• Подрезы выполняют на 3/4 длины валка, удерживая нож до исчезновения запаса смеси между валками.
• Ингредиенты вводят вдоль всей длины валка.
• Смесь не подрезают, если в запасе или на поверхности видны порошкообразные ингредиенты.
• Если требуются подрезы с обеих сторон — их выполняют последовательно на 3/4 валка с каждой стороны с интервалом 20 с (если метод оценки не задает иначе).
• Свернутую в рулон смесь пропускают через вальцы концом вперед шесть раз (если нет иных указаний).

Допуск по массе готовой смеси

Масса готовой смеси не должна отличаться от заданной массы ингредиентов более чем на +0,5 % или −1,5 %. Если при температуре смешения возможны потери летучих веществ и допуск по массе не выдерживается, это расхождение следует указать в протоколе испытаний.

Охлаждение и упаковка

• Смесь охлаждают до температуры окружающей среды на плоской чистой сухой металлической поверхности.
• Допускается охлаждение водой, но результаты могут отличаться.
• Охлажденную смесь упаковывают в алюминиевую фольгу или иной материал, предотвращающий загрязнение.

Что фиксируют в протоколе при смешении на вальцах

• фрикцию и скорости валков;
• расстояние между направляющими;
• минимальную и максимальную температуру валков при смешении;
• температуру кондиционирования технического углерода;
• способ охлаждения смеси;
• выход за допуск по массе (если есть) и причину приемки;
• обозначение стандарта (метода оценки), для которого приготовлена смесь.

Смешение в закрытом резиносмесителе: серии смесей, одна или две стадии

ГОСТ ISO 2393-2016 рекомендует по возможности использовать закрытые смесители вместо вальцов.

Общие требования к смешению в закрытом смесителе

• Методика должна обеспечивать хорошую дисперсию всех ингредиентов.
• Параметры работы смесителя в серии идентичных смесей должны быть постоянными.
• В начале каждой серии готовят маточную (подготовительную) смесь по той же рецептуре и режиму — фактически как загрузку для очистки машины.
• Между циклами смеситель охлаждают до заданной температуры; регулировка температуры в ходе серии не должна меняться.
• Материалы перед загрузкой рекомендуется измельчать для быстрой и равномерной подачи.

Двухстадийное смешение: выдержка между стадиями и обработка на вальцах

• Перед последней стадией смесь выдерживают не менее 30 мин (или до стандартной температуры); интервал между стадиями не должен превышать 24 ч.
• После отбора образцов для реометра/вязкости (при необходимости) оставшуюся смесь, если нет иных указаний, пропускают четыре раза на вальцах при температуре поверхности валков (50 ± 5) °C, каждый раз складывая смесь вдвое по длине для получения каландрового эффекта.
• Зазор между валками подбирают так, чтобы после усадки толщина пластинки для вырубки двусторонней лопатки была 2,1–2,5 мм.
• Если готовят диски для образцов в форме колец, толщину пластинки задают 4,1–4,5 мм.

Допуск по массе готовой смеси: +0,5 % или −1,5 % (аналогично смешению на вальцах); возможные потери летучих веществ фиксируют в протоколе.

Что фиксируют в протоколе при смешении в закрытом смесителе

• начальную температуру смесителя;
• продолжительность смешения;
• скорость ротора;
• давление затвора;
• температуру смеси при выгрузке;
• процедуру смешения (порядок введения ингредиентов, продолжительность операций и т. п.);
• тип смесителя (вместимость, тип ротора и т. п.);
• допускаемую потерю массы за пределами нормы и обоснование приемки;
• температуру кондиционирования технического углерода;
• обозначение стандарта (метода оценки), для которого приготовлена смесь.

Если обе стадии двухстадийного смешения выполняют в закрытом смесителе, протокол оформляют на каждую стадию.

Как получают стандартные вулканизованные пластины для лопаток ISO 37

Кондиционирование смеси перед вулканизацией

Резиновые смеси кондиционируют от 2 до 24 ч при одной из стандартных температур по ISO 23529, предпочтительно в закрытой емкости (чтобы избежать абсорбции влаги) либо при контролируемой относительной влажности 50 %.

Подготовка заготовок и масса заготовок (таблица 2)

Из листа смеси вырезают заготовки по размерам гнезда пресс-формы. На заготовках отмечают направление вальцевания. Масса заготовок для вулканизации в пресс-форме должна соответствовать значениям ниже с допуском от +3 до 0 г.

Вулканизационный пресс: требования к давлению и температуре

• Минимальное давление на площадь прессования: не менее 3,5 МПа.
• Обогреваемые плиты должны обеспечивать размещение вулканизуемой смеси не далее 30 мм от края плиты.
• Плоскостность/параллельность плит: предельное отклонение 0,25 мм/м (контроль при 150 °C под полным давлением с сеткой из мягкого припоя или свинца).
• Равномерность температуры: максимальное отклонение от температуры в центре плиты ± 0,5 °C; разность температур между соответствующими точками двух плит ≤ 1 °C; средняя разность температур плит ≤ 0,5 °C.

Пресс-форма для пластин (по рисунку 1 стандарта)

Пресс-форма должна обеспечивать изготовление пластин для последующей вырубки образцов ISO 37 (двусторонняя лопатка). Предпочтительна форма с прямоугольными гнездами приблизительно 150 × 145 × 2 мм, позволяющая ориентировать пластинку по направлению вальцевания.

• Глубина гнезда на расстоянии 6 мм от краев: 1,9–2,0 мм.
• Скругление углов: радиус не более 6 мм.
• Крышка формы: плоская плита толщиной не менее 10 мм.
• Материал: предпочтительно закаленная сталь; допускаются хромированная мягкая сталь и нержавеющая сталь.

Смазка пресс-формы

Обычно смазку не применяют. При необходимости используют смазку, не влияющую на вулканизованную пластинку. Избыток смазки удаляют, провулканизовав в форме не менее одной загрузки пластинок, которые затем утилизируют. Допускаются смазки силиконового типа или раствор мягкого мыла; силиконовую смазку не применяют при формовании смесей на основе силиконовых каучуков.

Процедура вулканизации и выдержка до испытаний

• Пресс-форму в сомкнутом прессе нагревают до температуры вулканизации с допуском ± 0,5 °C и выдерживают не менее 20 мин до загрузки заготовок.
• Временем вулканизации считают время от момента создания полного давления до снятия давления.
• После вулканизации пластинки немедленно извлекают и охлаждают 10–15 мин в воде (не выше температуры окружающей среды) или на металлической поверхности (для образцов на диэлектрические свойства). При обращении избегают деформации.
• Вулканизаты хранят при одной из стандартных температур по ISO 23529, упаковывая в фольгу или другой материал для защиты от загрязнений.
• Интервал между вулканизацией и испытанием: не менее 16 ч и не более 96 ч (для сопоставимости желательно выдерживать одинаковые интервалы).

Стандартные диски для колец ISO 37: подготовка и пресс-форма

Для получения дисков под вырубку колец ISO 37 из пластины вырубают круглые заготовки диаметром 63–64 мм, чтобы они свободно входили в гнезда формы (см. рисунок 2 стандарта).

Пресс-форма должна обеспечивать изготовление дисков диаметром 65 мм и толщиной 4 мм. Глубина гнезд должна быть постоянной с предельным отклонением не более 0,05 мм, радиус скругления углов — не более 0,5 мм. Процедура вулканизации — по тем же правилам, что и для пластин.

В стандарте также описан вариант формы с выемкой для идентификации партий (алюминиевые профилированные полоски оставляют отпечаток рядом с группой дисков).

Прецизионность и межлабораторные исследования (кратко по приложениям)

Прецизионность приведена в приложениях А, В и С. Данные получены по программам межлабораторных исследований (ITP) для смесей на основе SBR, BR и NR при смешении на вальцах и в закрытых смесителях разных типов/вместимостей. Прецизионность не применяют для приемо-сдаточных испытаний без подтверждения применимости к конкретным материалам и продукции.

В приложении С отмечено, что ряд рабочих параметров смесителя (начальная температура, объем, скорость ротора, загрузка, длительность цикла) может влиять преимущественно на временные параметры реометра (t_s1, t_c(50), t_c(90)).

Ссылочные нормативные документы и соответствующие ГОСТ