Учебное пособие. Тортбаева Д Уч пособие. Учебное пособие для студентов специальностей 5В071300 Транспорт, транспортная техника и технологии

• Название: Учебное пособие для студентов специальностей 5В071300 Транспорт, транспортная техника и технологии
• Анкор: Учебное пособие
• Дата: 06.01.2020
• Размер: 4.3 Mb.
• Имя файла: Тортбаева Д Уч пособие .doc
• Тип: Учебное пособие; #102881
• страница: 25 из 27

Глава 12. Резиновые материалы
Резина относится к материалам, чрезвычайно широко применяе­мым в технике. Из нее в настоящее время готовятся более 40 ООО на­именований самых разнообразных изделий, причем из 9 млн.т еже­годного мирового производства каучука—основного компонента любого резинового материала — около 60% потребляет автотрак­торная промышленность. Современный грузовой автомобиль имеет от 200 и до 500 резиновых деталей, на изготовление которых расхо­дуется 250—400 кг каучука, что составляет в переводе на резину порядка 500—800 кг. Без знания основных свойств резины и особенностей эксплуата­ции изделий из нее невозможно обеспечить безотказность в работе и долговечность автомобилей.
12.1Свойства резины, обусловившие применение ее в технике
Резина широко применяется в технике и это вызвано тем, что она об­ладает:

-способностью к исключительно большим обратимым деформаци­ям, которые являются одним из проявлений высокоэластических свойств материала (относительное удлинение при растяжении для высококачественных резин может достигать 1000%);

-небольшой по сравнению с металлами и деревом жесткостью, т. е. способностью сильно деформироваться под действием очень малых сил, которые в тысячи и десятки тысяч раз меньше сил, вы­зывающих такие же деформации у металлов;

-достаточно высокой прочностью (у лучших сортов резины проч­ность при разрыве достигает 400 кгс/см²);

слабой газопроницаемостью и полной водонепроницаемостью;

-высокими диэлектрическими свойствами.

На базе перечисленных свойств резиновых материалов основа­но производство разнообразных резинотехнических изделий: пнев­матических и массивных шин, гибких шлангов, амортизаторов, при­водных ремней, уплотнительных прокладок, сальниковых устройств, муфт, транспортерных лент и т.д. Особо следует отметить исполь­зование резины в качестве электрической изоляции при изготовле­нии кабелей, проводов, электрических машин и приборов.
12.2 Основные компоненты резины
Натуральный каучук. Резина представляет собой сложный по составу материал, включающий несколько компонентов, основным из которых является каучук. Свойства резины зависят главным об­разом от типа и особенностей входящего в ее состав каучука, поэто­му изучение резиновых материалов целесообразно начинать с рас­смотрения основных свойств важнейших современных каучуков.

Натуральный каучук (НК) получается из так называе­мых каучуконосов — растений, преимущественно культивируемых в странах тропического пояса. Причем в основном его добывают из млечного сока (латекса) каучуконосного дерева — бразильской гевеи.

Структурная формула натурального каучука имеет вид:



где n колеблется от нескольких сотен до трех тысяч.

Из приведенной формулы видно, что натуральный каучук представляет собой высокомолеку­лярный ненасыщенный углеводород, имеющий большое число регу­лярно чередующихся двойных валентных связей между углеродными атомами. Сказанного достаточно для того, чтобы составить пред­ставление о химических и физических свойствах натурального каучука. Он не способен растворяться в воде, но растворим в неф­тепродуктах. На этом основано приготовление резиновых клеев. Большая степень ненасыщенности молекулы НК. обусловливает довольно высокую способность его к химическим превращениям. В частности, по месту разрыва валентной связи между третичным и четвертичным атомами углерода может присоединяться сера (процесс вулканизации), кислород (старение резины) и т. д.

Как и большинство известных технике линейных полимеров, натуральный каучук принадлежит к числу типичных термопластов.

Важнейшие синтетические каучуки. По климатическим услови­ям гевея не может произрастать повсеместно, а другие каучуко­носы до сих пор не имеют промышленного значения. Поэтому ос­новным сырьем для резиновой промышленности слу­жат различные синтетические каучуки (сокращенно СК).

В 1932 г. впервые в мире был синтезирован по методу С. В. Лебе­дева в заводских масштабах бутадиеновый СК, который маркиру­ется тремя буквами — СКВ. По своему качеству он значительно хуже НК, поэтому его вытесняют другие типы СК. В частности, с начала 60-х годов освоено производство другого, так называемого стереорегулярного бутадиенового каучука СКД

(дивинилового), который по эластичности не уступает НК, а по износо- и морозо­стойкости даже превосходит его.

Из стереорегулярных СК особенно перспективным в нашей стра­не является изопреновый каучук типа СКИ (например, СКИ-3). Он имеет такую же формулу и обладает такими же свойствами, что и НК, а следовательно, может быть его полноценным замени­телем.

При изготовлении автомобильных резиновых деталей широко применяются продукты совместной полимеризации различных моно­меров. Важнейшему представителю из них — сополимеру бутадие­на со стиролом — присвоено обозначение СКС (стирольный). Он принадлежит к самым распространенным СК (доля его в миро­вом производстве всех СК и НК, взятых вместе, достигает 30%). Наиболее массовый сорт СКС, содержащий 30% стирола, имеет марку СКС-30. Резины на его базе хотя и уступают по эластичности, тепло- и морозостойкости резинам из НК, но зато превосходят их по износостойкости.

К весьма перспективным универсальным СК относится бутил-каучук— сополимер изобутилена с изопреном. Это один из лучших материалов для изготовления автомобильных камер (он обладает высокой газонепроницаемостью).

Современный ассортимент СК насчитывает около 200 наиме­нований, причем многие СК по ряду свойств значительно превосхо­дят НК. Особенно большие успехи в этом отношении достигнуты применительно к каучукам специального назначения, из которых, в первую очередь, надо назвать сополимер бутадиена с нитрилом акриловой кислоты, выпускаемый под маркой СКН (нитрильный). Взаимодействие нитрильных групп CN обусловливает сильные межмолекулярные связи; поэтому СКН обладает по сравнению с другими СК повышенной прочностью, значительно большей стой­костью к действию нефтепродуктов, но одновременно и пониженной эластичностью. Чем больше в СКН нитрильных групп, тем выше бензо-и маслостойкость, но одновременно и выше температура, при которой появляется хрупкость, или, как принято говорить, хуже морозостойкость. Это обстоятельство необходимо учитывать при ра­боте в зимнее время с деталями из маслостойкой резины, при­готовляемой в настоящее время преимущественно на базе СКН.

Повышение качества резиновых изделий вообще и в особенности автомо­бильных шин достигается различными путями и в том числе:

-введением в СК при их получении сажи и масел. Применение такого рода сажемаслонаполненных СК позволяет существенно повысить износостойкость ре­зины, снизить ее стоимость и т. д.;

-разработкой и внедрением в производство каучуков, из которых мож­но назвать СКУ (уретановый) и СКМВП (метилвинилпиридиновый). Резины на основе того и другого превосходят по износостойкости в 1,5—3 раза резины, содержащие СКС.

Вулканизующие вещества. В чистом виде натуральный и синте­тические каучуки находят ограниченное применение (изготовление клеев, изолировочной ленты, медицинского пластыря, уплотнительных прокладок), так как они обладают рядом недостатков, в част­ности имеют недостаточную прочность: при разрыве разных сортов НК (после обработки на вальцах) она колеблется от 10 до 15 кгс/см², а для СКВ и СКС она не превышает 5 кгс/см². Одним из эффективных способов увеличения прочности каучуков является вулканизация — химическое связывание молекул каучука с атомами серы. В результате вулканизации, например НК, которая идет наиболее эффективно при температуре 140—150° С, получает­ся вулканизованный каучук (вулканизат) с прочностью на разрыв около 250 кгс/см².

Причиной повышения прочности при вулканизации является образование ва­лентных связей («серных мостиков») между молекулами каучука, при этом по­лучается еще более высокомолекулярное соединение с пространственной струк­турой молекул, схематически показанной для микрообъема вулканизата.

В состав резины вводят такое количество серы, чтобы получить изделие с возможно большей прочностью и требующейся эластич­ностью. Например, в резинах, идущих для изготовления автомобиль­ных камер и покрышек, ее содержится 1—3% от доли имеющихся в них каучуков. С ростом концентрации серы будет увеличиваться прочность резины, но одновременно и уменьшаться ее эластичность. В предельном случае, когда с каучуком прореагирует максимально возможное количество серы, способное к нему присоединиться (около 50%), получается очень прочный (предел прочности при растяжении 520—540 кгс/см²) и совершенно неэластичный (твер­дый), химически инертный материал — эбонит. Из эбонита гото­вятся детали электротехнического назначения, и в том числе акку­муляторные банки.

Другие компоненты резины. Кроме каучука и серы, в состав каждого резинового материала входят и другие компоненты— ингредиенты. Название и назначение некоторых из числа наи­более важных ингредиентов приводятся ниже.

Для ускорения процесса вулканизации в состав любой смеси каучука с вулканизующим веществом добавляются ускорители (тиурам, каптакс и др.), а для повышения прочности вулканизатов активные наполнители (усилители). Самым массовым усилителем является сажа — порошкообразный углерод с размерами частиц от 0,03 до 0,25 мкм. Сажа, как и другие усилители, вводится в совре­менные резиновые материалы в значительных дозах — от 20 до 70% по отношению к содержащемуся в них каучуку.

В качестве усилителей и вообще наполнителей наряду с сажей находят при­менение и другие вещества. К ним относятся окислы цинка (цинковые белила), магния (жженая магнезия), кремния (особенно ценной является белая сажа— искусственно получаемый SiО₂ с размером частиц порядка 0,03 мкм), некоторые соли (мел, гипс), глина, синтетические смолы и др. Часть этих наполнителей, имеющих белый цвет (белая сажа, окись цинка и т. д.), используется в произ­водстве цветных резин, которые невозможно получить в присутствии обычной сажи, придающей изделиям только черный цвет. Усилители обладают колоссальной эффективностью по отноше­нию к СКВ, СКС и СКН. Прочность смесей этих СК со многими усилителями оказывается после вул­канизации больще прочности ненаполненных вулканизатов СКВ, СКС и СКН в 10—12 раз и достигает при ис­пытании на разрыв величины 100—300 кгс/см².

Кроме названных ингредиентов, в состав резины в небольших количест­вах можно вводить красители (для придания окраски), пластифика­торы (для облегчения формования), антиокислители (для замедления процессов старения), порообразователи ( при изготовлении пористых или губчатых резин) и т. д.

Не подвергавшаяся вулканизации механическая смесь каучука, серы, наполнителей и других ингредиентов (общее число который может достигать 15) называется сырой резиной или резиновой смесью. Из нее готовятся различными способами всевозможные изделия, заключительной отделочной операцией для которых является вулканизация, после чего они становятся пригодными к использованию. Сырая резина после вулканизации называется просто резиной. Помимо этого основного назначения, сырая резина находит ограниченное применение. Например, ее используют для приготовления клеев и при ремонте резиновых деталей.

Производятся клеи резиновые (для соединения резиновых деталей друг с другом) и специальные (для приклеивания резины к металлам, стеклу, пластмассам и другим твердым материалам). Кроме клеев, при ремонте автомобилей применяют специаль­ные сорта сырой резины, основными из которых являются про­слоечная протекторная и камерная. Резина обоих сортов предназ­начена для ремонта пневматических шин методом горячей вулканизации.

Из числа вулканизующихся клеев находят применение еще самовулканизующиеся, вулканизация которых происходит при комнатной температуре. Это дости­гается за счет использования очень эффективных ускорителей (ультраускорите­лей). В связи с высокой активностью ультраускорителей их поставляют отдельно от клея и вводят в него перед операцией склеивания.

Кроме клеев, при ремонте автомобилей применяют специальные сорта сырой резины, из которых важнейшими являются прослоечная, протекторная и камерная. Все они предназначе­ны для ремонта пневматических шин методом горячей вулканиза­ции.

При работе с сырой резиной надо помнить о двух очень важных обстоятельствах:

-процесс вулканизации ее должен протекать не только при определенной тем­пературе, но и обязательно при высоком давлении (5 кгс/см2 и более). Иначе вулканизат получается пористым и непрочным, а при ремонте, кроме того, из-за плохого контакта между ремонтируемым участком и заплатой не образуется сплошного соединения. При изготовлении новых изделий необходимое давление создается в прессформах и другом специальном оборудовании. В условиях авто­транспортных предприятий и в пути для этой цели обычно применяют различного рода струбцинки;

-взаимодействие серы с каучуком при комнатной температуре протекает мед­ленно, но тем не менее сырая резина за достаточно длительный срок может ока­заться в некоторой степени завулканизованной и непригодной для использования по прямому назначению. В связи с неизбежностью этого процесса, называемого самовулканизацией, необходимо хранящиеся запасы сырой резины периодически в соответствии с действующими инструкциями обновлять.

Процесс вулканизации необратим. Поэтому из резины невозмож­но извлечь каучук в том виде, в каком он идет на изготовление ре­зиновых деталей. И тем не менее приходится прибегать к девулканизации резины, отслужившей свой срок, с целью превращения ее в так называемый регенерат. Его получают при нагревании старых резиновых изделий в различных жидких средах до температуры 150—190° С. При этих условиях разрушаются серные мостики и разрываются валентные связи между углеродными атомами рези­ны. В результате получается низкомолекулярный (с молекулярной массой 6000—

12000) пластичный материал, способный повторно вулканизоваться и смешиваться с ингредиентами. Следовательно, регенерат можно вводить в состав сырой резины и тем самым эко­номить каучук. Например, полностью на его основе изготовляют ободные ленты шин.

Армирование резиновых изде­лий. Армированными резиновыми изделиями для автомобилей яв­ляются резинотканевые шланги, приводные ремни и т.д. Автомо­бильные покрышки — это наиболее ответственные и дорогие армированные изделия, для изготовления которых используются спе­циальные ткани — корд, чефер и др.

Для увеличения прочности деталей из резины последняя сов­мещается с арматурой, т.е. с тканями проволочными каркаса­ми, металлической оплеткой и т. д. Прочность получающихся таким образом резинотканевых изделий в основном определяется прочно­стью вводимой в них арматуры. Конечно, эластичность таких из­делий при растяжении по сравне­нию с чисто резиновыми значи­тельно уменьшается, но она со­храняется при изгибе и сжатии вполне достаточной для того, что­бы при требующихся величинах деформаций не происходило раз­рушения деталей. К важнейшим армированным резиновым изделиям, применяющимся для автомобилей, относятся: резинотка­невые шланги, приводные ремни и т. д.
12.3 Физико-механические свойства резины
Предел прочности при растяжении, относительное и остаточное удлинения. Механические свойства вулканизованной резины харак­теризуются рядом показателей, важнейшими из которых являются стандартные показатели, получающиеся при испытании на растя­жение и на сжатие.

Для этой цели готовятся в соответствии стан­дартные образцы, при испытании которых используются те же ме­тоды и такого же типа машины, какие применяются для оценки прочности металлов.

Пределом прочности при растяжении (разрывной проч­ностью) называется напряжение, возникающее в резине к моменту разрыва образца.

Численно предел прочности _z равен частному от деления мак­симальной нагрузки Р, зафиксированной при разрушении образца, на площадь его поперечного сечения, измеренную до начала растя­жения.

Относительным удлинением при разрыве _z называется выражен­ное в процентах отношение прироста длины образца резины в мо­мент разрыва к его первоначальной длине.

Остаточным удлинением при разрыве _z называется выраженное в процентах отношение прироста длины разорванного образца к его первоначальной длине.

Некоторые стандартные параметры для трех типов резины, употребляющейся при изготовлении и ремонте деталей автомобилей, приведены в табл.55.
Таблица 55

Основные показатели механических свойств резины для автомобильных шин

Название резины	Предел проч­ности при разрыве, МПа, не менее	Относительное удлинение при разрыве, %, не менее	Остаточное удлинение при разрыве %, не более	Твердось по Шору
Протектор	14*	450	—	55-65
Камера	9	550	40	—
Прослоечная резина для ремонта	20	500-850	40	Не менее 45

* Предел прочности при разрыве резины, из которой вырабатываются по­крышки для легковых автомобилей размером 7,50—16, 8,20—15, 7,00—15, дол­жен быть не менее 22 МПа.
Совокупность относительного и остаточного удлинений характе­ризует эластичность резинового материала. Чем больше разность между первым и вторым, тем лучше эластические свойства мате­риала. Величина эластичности устанавливается соответственно назначению детали.

При деформации сжатия разрушение образца из различных сортов монолит­ных (беспористых) резин наступает примерно при двукратном уменьшении его размера в направлении сжимающей нагрузки, или, иначе говоря, при относитель­ном сжатии порядка 50%.

Чрезвычайно важные эксплуатационные выводы вытекают из анализа способности резины давать значительные остаточные деформации. В вулканизатах всех каучуков, кроме эбонита, имеет место явление, внешне сходное с ползучестью металлов при повышенных температурах или с хладотекучестью термопластов. Сущность этого явления состоит в том, что в резине, находящейся в напряженном состоянии, возникают и накапливаются необратимые деформации. Чем длительнее срок пребывания в таком состоянии и чем выше действующая нагрузка, тем будут больше остаточные деформации, величина которых, как видно из табл. 55, достигает при разрушающих напряжениях несколько десятков процентов. В результате сильно деформированные резиновые детали с течением времени безвозвратно изменяют свою форму и размеры, что особенно ярко проявляется на тонкостенных изделиях, на листовых материалах и т. д. Например, длительно хранящиеся навалом чисто резиновые и даже армированные шланги приобретают сплющенную форму, а резкие перегибы, допускаемые при складывании прорези­ненной ткани, очень быстро и настолько устойчиво на ней фиксиру­ются, что устранить их в последующем невозможно.

На основании изложенного можно сделать вывод: чтобы обес­печить на возможно больший срок высокую работоспособность ре­зиновых деталей, необходимо при их хранении, а также при эксплу­атации автомобилей создавать такие условия, при которых бы возникающие в этих деталях напряжения и деформации были воз­можно меньшими. Такие условия сравнительно легко осуществить при складском хранении и несколько труднее для эксплуатирую­щихся и хранящихся автомобилей.

В качестве примера можно указать на ряд мероприятий, выте­кающих из сформулированного вывода применительно к таким до­рогим и ответственным по выполняемым функциям изделиям, как автомобильные покрышки. Не допускается выкладывать штабеля из плашмя положенных друг на друга покрышек. Только на спе­циальных стеллажах поставленные вертикально в один ряд по вы­соте и к тому же при периодической (через 2—3 месяца) смене места контакта протектора со стеллажом они могут сохранить профиль и размеры.

Предписывается не допускать перегрузки шин и поддерживать в них нормальное давление (не снижая его в тех случаях, когда оно становится выше нормы за счет нагрева шин). Оба требования продиктованы не только заботой о сохране­нии формы и размеров шин, но и стремлением не снизить их долговечность (рис. 43 и 44), предотвратить чрезмерное тепловыделение в них

(рис. 47 и 48) и перерасход топлива.


Рис. 42 Влияние нагрузки Р(в % от максимально допустимой) на срок службы шины τ_ш



Рис. 43 Влияние давления возду­ха в шине p_ш (в % от нормального) на ее срок службы τ_ш
Твердость резины. В технических условиях на резину, как и на другие материалы (металлы, минералы, пластмассы и т. д.), преду­сматривается определение твердости. Твердостью называется спо­собность материала сопротивляться проникновению в него посто­роннего твердого тела, вдавливаемого под действием определенной силы. Для оценки твердости резины наибольшее распространение получил твердомерТМ-2 (Шора), мерой твердости по которому служит глубина погружения притуп­лённой в форме усеченного конуса иг­лы (рис. 44), выраженная в условных делениях шкалы прибора.

С целью облегчения формования изделий из сырой резины ей придают путем специальной обработки — пла­стикации каучука — необходимую пластичность. При измерении твердо­сти такой резины игла твердомера не­прерывно погружается в испытуемый образец, в результате чего показание прибора со временем убывает и через несколько минут становится близким к нулю. По той же причине — повышен­ной пластичности сырой резины — иг­ла оставляет на образце не исчезаю­щую со временем лунку. В процессе вулканизации пластичность убывает и на конечном этапе практически полно­стью исчезает, а твердость и эластич­ность, непрерывно возрастающие по мере вступления в реакцию новых порций серы, достигают в готовом вулканизате определенных значений.


Рис. 44 Измерение твердости ре­зины с помощью твердомера ТМ-2 (Шора)

1 — резина; 2, 3 — нижние площадки прибора; 4 — игла

На базе описанных изменений осно­ван один из методов контроля степени вулканизации как целых деталей, так и отдельных их участков, ремонтируе­мых с помощью сырой резины. Ста­бильное, укладывающееся в рамки технических требований, показание твердомера, сочетающееся с тем, что его игла не оставляет заметного следа на вулканизате, свидетельствует о пра­вильности выбранного режима вулка­низации.

Чрезмерно высокая твердость, вы­ходящая за допустимые пределы при полной уверенности в правильности выбора сорта сырой резины, говорит о ненормальном явлении, именуемом перевулканизацией.

Стойкость истиранию и коэффици­ент трения резины.Термин стойкость или сопротивле­ние истиранию, применяющийся по отношению к резине, по смыслу полностью совпадает с термином износостойкость, распро­страненным в смазочной технике. С целью сокращения числа используемых терминов в данном курсе, охватывающем много раз­нородных материалов, первый термин заменен на второй.

Оценка износостойкости и стремление к ее повышению преи­мущественно касается резины, идущей на изготовление деталей, которые по условиям работы перемещаются путем скольжения или качения относительно других предметов и при этом подвергаются износу. Из резиновых изделий автомобилей к этой категории, в пер­вую очередь, относятся пневматические шины, которым приходится работать в исключительно тяжелых условиях, сочетающих воспри­ятие высоких ударных нагрузок в очень широком диапазоне темпе­ратур, царапающее и абразивное воздействие полотна дороги и грунта, неблагоприятное влияние влаги, солнца, кислорода и т. д.

Экспериментальное определение износостойкости резин на специальной установке, которая позволяет при нормированных условиях подвергать исти­ранию образец резины, прижимаемой к наждачной шкурке давле­нием 32,5 кПа Показатель износостойкости, называемый удельным показателем истирания, выражают потерей объема испытуемого образца, вычисленной по отношению к едини­це работы, затраченной на истирание. Для резины, идущей па изго­товление протекторов автомобильных покрышек легковых и грузо­вых автомобилей, этот показатель должен быть не более 400 см³/квт-ч.

Каждый водитель, а тем более техник-эксплуатационник, обя­зан иметь четкое представление о коэффициенте трения резины по некоторым материалам. С этим коэффициентом связаны тормозные возможности автомобиля и проходимость его по дорогам с разными покрытиями. В зависимости от природы и состояния поверхностей коэффициент трения при скольжении рези­ны по ним колеблется в широких пределах от 0,1 до 0,8.

Хорошее сцепление шин с асфальтобетонным покрытием обеспечивается вы­соким коэффициентом трения между протектором и сухим асфальтобетоном (0,6—0,8). Но достаточно пройти небольшому дождю, как сила трения между протектором и мокрым асфальтобетонным покрытием становится почти в 2 раза меньше, чем у резины в паре с сухим асфальтобетоном. Еще больше уменьшается сцепление шин с асфальтобетонным покрытием от жидкой грязи, заносимой с обочин или образующейся в дождливую погоду из не убранной с дороги пыли и глины. Однако наименьший коэффициент трения (0,1) соответствует движению автомобиля по обледеневшей дороге. Следует учитывать, что вождение автомо­биля в таких условиях связано с большим напряжением сил водителя.
12.4 Изменение свойств резины в зависимости от температуры
С изменением температуры очень сильно изменяются свойства резины, причем работоспособность деталей из нее по разным при­чинам уменьшается как при нагревании, так и при охлаждении.

На рис. 45 для резины из НК показан характер зависимости от температуры двух основных показателей механических свойств — предела прочности на растяжение и относительного удлинения. Как и следовало ожидать, с понижением температуры резины предел прочности растет, а эластичность падает и в рассматриваемом слу­чае при —80° С она становится практически равной нулю.

Интересно отметить, что прочность резины, увеличивающаяся с понижением температуры в первом приближении по линейному закону, для представленного на рис. 45 образца достигает при —80° С примерно той же величины, какую при комнатной температуре имеет совершенно лишенный эластичности вулканизат — эбонит.

Таким образом, основным неблагоприятным следствием пониже­ния температуры является уменьшение эластичности резины, кото­рая по мере охлаждения приближается по хрупкости к эбониту. Уже при —45° С наиболее употребительные сорта резины не спо­собны обратимо деформироваться в необходимых пределах, и толь­ко вулканизаты на базе специальных морозостойких каучуков сохраняют требующуюся эластичность при температуре —50° С и ниже. Отсюда следует, что резиновые изделия в зимнее время тре­буют к себе пристального внимания и осторожного обращения.


Рис. 45 Зависимости предела прочности на растяжение σ_z и относительного удлинения ε_z ре­зины из натурального каучука от температуры
В частности, все работы, связанные с монтажом или демонта­жем, надо проводить зимой с резиновыми деталями, прогретыми до комнатной температуры. Особенно важно каждый раз прогре­вать пневматические шины, сильно охладившиеся при длительной стоянке или продолжительной остановке автомобилей на морозе. Это нагревание происходит само по себе в процессе движения ав­томобиля за счет превращения в тепло энергии непрерывного де­формирования перекатывающихся шин. Однако в первые моменты после трогания с места холодные шины имеют недостаточную элас­тичность и вследствие этого легко могут быть повреждены от боль­ших динамических нагрузок. Поэтому в начальный период нужно двигаться с небольшой скоростью по наиболее ровным участкам местности или дороги, избегать крутых поворотов, резкого торможе­ния и т. д.

В высшей степени осторожное обращение при зимней эксплуата­ции автомобилей требуется с деталями, изготовленными из бензо- и маслостойкой резины. По сравнению с обычной резиной она обла­дает пониженной морозостойкостью, и поэтому уже при —20° С изделия из нее становятся хрупкими. С повышением температуры до 110—120°С относительное удлинение резины увеличивается, а при дальнейшем нагревании, как видно из рис. 45, начинает уменьшаться. Переход от роста относительного удлинения к его спаду объясняется наступающим при 110—120°С частичным раз­рывом серных мостиков между макромолекулами каучука, что со­провождается одновременно резким снижением эластичес­ких и повышением пластических свойств. Другие важные в эксплу­атационном отношении свой­ства резины с повышением температуры изменяются только в неблагоприятную сторону — прочность, износо­стойкость и твердость умень­шаются, а остаточное удли­нение и вообще способность к необратимым деформаци­ям увеличивается. Так, на­греванию резины с 20° С до 100° С соответствует двух- и даже трехкратное снижение предела прочности на раз­рыв. Еще в большей степени падают при переходе от 20° С к 100°С износостойкость и твердость резины. В резуль­тате при повышенной темпе­ратуре уменьшается пробег автомобильных шин (рис. 46).



Рис. 46 Зависимость пробега шин τ_пр от температуры воздуха t_в

Кроме того, вследствие сильно пониженной твердо­сти и прочности резины об­легчаются при наезде авто­мобилей на всякого рода не­ровности и препятствия надрезы и вырывы целых кусков протекторов автомо­бильных покрышек.

Все резиновые де­тали и в особенности те, ко­торые деформируются в про­цессе работы, нуждаются зимой в подогреве, а летом в охлаждении и еще больше в проведении мероприятий, уменьшающих их нагрева­ние. Применительно к авто­мобильным шинам в первую очередь надо назвать уже ранее упоминавшиеся меро­приятия — в шинах надо поддерживать нормальное давление и их не перегру­жать. Несоблюдение этих элементарных правил экс­плуатации шин, ве­дет к чрезмерному тепловы­делению в них (рис. 47 и 48) со всеми вытекающими от­сюда вредными последст­виями.



Рис. 47 Зависимость температуры воздуха в шине t_Шот времени про­бега τ_пр

1 — при нормальном давлении; 2 — при давлении, пониженном по срав­нению с нормой на 30 %


Рис. 48 Зависимость температуры деталей шины t_шот времени про­бега τ_пр

при различных нагрузках

1 — в камере; 2 — в плечевой части шины
В жаркое время летом возможно значительное на­гревание и нормально нака­чанных неперегруженных шин. В этих случаях реко­мендуется для их охлажде­ния периодически делать в пути остановки, а иногда, чтобы не допустить покрыш­ки до аварийного состояния вследствие их перегрева, приходится идти и на сниже­ние скорости движения, от величины которой, как вид­но из рис. 49 сильно зависит тепловой режим шин.

Рис. 49 Зависимость температуры деталей шины t_Шот времени про­бега τ_пр при различных скоростях

1 — в середине беговой дорожки; 2 — в боковой части
12.5 Изменение свойств резины в процессе старения
Каучуки и их вулканизаты, как всякие ненасыщенные соедине­ния, способны к различного рода химическим превращениям. Важ­нейшей реакцией, которая непрерывно происходит при хранении и эксплуатации резиновых изделий, является окисление резины, ве­дущее к изменению ее химических, физических и механических свойств. Только эбонит, превращающийся в полностью насыщенное соединение за счет присоединения к макромолекулам каучука пре­дельно возможного количества серы, представляет собой химически инертный материал. Совокупность всех изменений, происходящих в резине в процессе длительного окисления, принято называть ее ста­рением.

Старение принадлежит к категории сложных многостадийных превращений, на определенных этапах которого значительно умень­шается эластичность, износостойкость и в некоторой степени проч­ность резины. Иначе говоря, с течением времени работоспособность резиновых изделий, а следовательно, и надежность работы автомо­билей снижаются. К разряду наиболее неблагоприятных изменений, возникающих вследствие старения, относится необратимое снижение эластичности.В результате создается повышенная хрупкость рези­ны, в первую очередь, в ее поверхностных слоях, которая способст­вует появлению в деформируемых деталях трещин, постепенно углубляющихся и в конце концов приводящих к разрушению изделия.

Последствия от старения сходны с последствиями, возникающими от пони­жения температуры, с той лишь разницей, что последние по своему характеру являются временными и частично или полностью устранимыми