Твердість матеріалів

Мета: Визначення твердості гуми та фотополімерних матеріалів на твердомірі ТШР-2 і методом Шора А.

Прилади і матеріали: прилад ТШР-2, 2033 ТИР, фотополімерні матеріали, гума, товщиномір, секунломір, ножиці, лінійка.

Теоретичні відомості

Властивості резини чинити опір локальним зовнішнім діям називається твердістю. Локальне зовнішнє зусилля створюється тиском металічного індентора. При введенні індикатора в матеріал виникають складні деформації стиску, розтягу і зсуву. Існує залежність між твердістю і її модулями при малих значеннях деформації. Внаслідок того, що деформації в нерівноважних умовах викликаються інденторами різної форми і розмірів, при неоднакових навантаженнях і часу дії, а також при суттєвому впливі сил тертя, які в свою чергу залежать від ряду факторів, то ці залежності дуже різноманітні і достатньо складні. Тому визначення твердості слід проводити у строго регламентованих умовах, дотримуючись стандартів.

Твердість може бути визначена трьома способами:

1. Глибиною занурення індентора під дією постійного навантаження при певній тривалості втискування;

2. Деформацією пружини, яка тисне на індентор при заданому зближенні опори з поверхнею досліджуваного зразка в умовах змінного навантаження;

3. Навантаженням, що відповідає заданому втисненню індентора за визначений час.

Для уніфікації умов визначення було розроблено метод, який рекомендується міжнародною організацією по стандартизації. При визначенні твердості по даному методу враховуються релаксаційні процеси і тертя. Деформація гуми в зоні контакту створюється сферичним індентором, що дозволяє запобігти різкого переходу до перенапруженої зони.

Значення твердості широко використовують для характеристики гуми і гумових виробів (амортизатори, пластини),що пояснюється:

• простим і швидким визначенням за допомогою портативних пристроїв;

• великою чутливістю показника до зміни структури, складу і ступеню вулканізації резини;

• можливістю використання зразків малих розмірів.

Хоч гума і є пластичним матеріалом, якому властиві зворотні деформації, після зняття навантаження розміри зразків відновлюються (релаксують) неповністю – спостерігається залишкова деформація.

Залишкові деформації необхідно визначати після повного припинення повільних процесів відновлення структури (релаксації). Залишкові деформації проявляються у розношуванні виробів, що експлуатуються в умовах навантаження. Це - негативне явище, особливо небезпечне для гумових виробів, типу амортизаторів або ущільнювачів. Величина залишкових деформацій залежать від складу гуми, будови каучука і умов дослідження (температури, відносних деформацій, тривалості витримки у деформованому стані). Чим більша початкова деформація, тим вище залишкове подовження. Внаслідок впливу на залишкову деформацію тривалості витримки зразків у деформованому стані застосовуються методи визначення накопичення залишкових деформацій при тривалому дослідженні зразків у стиснутому чи розтягнутому стані. Методом вимірювання залишкових подовжень можна вивчати кінетику процесу, визначати область кристалізації вулканізату і температуру максимальної швидкості кристалізації.