
Статьи»Производство пористых изделий из эластомеров»Усадка пористых изделий
Усадка пористых изделий
Усадка пористых резиновых изделий имеет гораздо большие размеры и принципиально отличается от усадки монолитных резин, что объясняется их различной макроструктурой. Для пористых резин с закрытыми порами она определяется как усадкой самого материала, так и диффузией газа из замкнутых пор.
После вулканизации изделия, особенно получаемые методом запрессовки, имеют размеры большие, чем размеры гнезда пресс-формы. Это связано с избыточным давлением газа в замкнутых порах. При охлаждении размеры изделия быстро уменьшаются вследствие уменьшения объема газа в ячейках, затем наблюдается медленная усадка изделия в течение длительного времени, измеряемого месяцами, с постоянно снижающейся скоростью. Величина и продолжительность усадки зависят от скорости диффузии газа и скорости протекания процесса релаксации. Поэтому усадка будет зависеть от типа полимера и состава резины, а также природы газа, находящегося в ячейках. Скорость химической релаксации напряжения при сжатии в пористых резинах выше, чем в монолитных [82], что может быть связано с более развитой поверхностью контакта вспененной резины с кислородом воздуха.
Изучение релаксации напряжения пористых резин показало, что при деформации протекает одновременно несколько процессов с различными скоростями.
Максимальная скорость релаксации напряжения наблюдается в течение первого часа, после чего она быстро уменьшается. Начальное напряжение в резине определяется ее жесткостью и зависит от многих факторов: плотности резины, строения ячеек, давления газа внутри них, природы полимера, ингредиентов, входящих в состав резины.
На второй стадии процесса релаксации зависимость напряжения от времени испытания практически прямолинейна. В отличие от релаксации напряжения монолитных резин, суммарный процесс релаксации пористых резин состоит из двух составляющих:
Исследование релаксации напряжения в пористых резинах на основе различных типов каучуков - натурального (резина 1), метилвинилсилоксанового СКТВ-1 (резина 2), наирита А (резина 3), бутадиен-стирольного СКМС-30, совмещенного с фенолоформальдегидной смолой (резина 4) и с полистиролом (резина 5), показало, что константы скоростей медленно протекающего процесса на 1—3 порядка меньше констант скоростей быстро протекающего процесса (табл. 10) [82].
В резинах с закрытыми ячейками снижение напряжения вследствие быстро протекающего процесса обусловлено диффузией газа из ячеек вследствие разности давления газа внутри ячеек и внешнего давления. Поэтому величина к2 определяется строением ячеек резины и ее газопроницаемостью. Медленно протекающий процесс обусловлен химической релаксацией резины, причем в пористых резинах скорость химической релаксации напряжения ниже, чем в монолитных резинах аналогичного состава.
В работе [83] усадка пористой резины на основе каучука СКЭПТ-60 рассмотрена как процесс диффузии газа из ячеек, сопровождающийся изменением линейных размеров. Для описания кинетики усадки предложены уравнения, учитывающие диффузию газа в соответствии со вторым законом Фика в начальной стадии процесса усадки [L /L∞≤ 0,4]
где L и L∞ — размеры образца к моменту времени t ив состоянии разновесия; D — коэффициент диффузии газа.
Данные, рассчитанные по уравнениям (1) и (2), хорошо совпадают с экспериментальными измерениями линейных размеров образцов пористых резин в процессе усадки при различных температурах. Поскольку величину L∞ определить затруднительно, то соотношение (2) целесообразно представить в виде:
Экспериментальные данные хорошо описываются с помощью уравнения (3). По углу наклона прямых в координатах In(dL/dt) — время t можно определить коэффициент диффузии, а по величине отрезка, отсекаемого прямыми на оси ординат, — L «>.
Усадка приводит к изменению не только размеров изделия, что затрудняет их использование, но и физико-механических свойств [84].
Ниже показано изменение свойств пористых пластин после различных сроков хранения:
Величина и продолжительность усадки определяются факторами, влияющими на газопроницаемость и релаксационные свойства резин. Эти факторы зависят прежде всего от типа полимера и состава резин. Однако, в зависимости от способа получения, вспененная резина будет иметь различное соотношение открытых и закрытых пор и разное давление газов в закрытых ячейках.
В. И. Клочков
В. П. Рыжков
©Издательство "Химия" , 1984