чувствительность характеристик трения эластомеров и эластомерных композитов.

Широкий спектр резиновых и эластичных композитов, работающих в условиях трения.
Применение в смежных областях.
Они различаются по составу, структуре, способу обработки, конструкции и другим параметрам.
В зависимости от каждой из этих переменных физические и механические свойства изделия могут существенно меняться.
Чтобы еще больше усложнить задачу, сложно предсказать фактические условия применения.
Поэтому сложно дать точное описание характеристик материала и области применения изделия.
В то же время, по-прежнему необходимы надежные и чувствительные методы экспресс-тестирования для описания упругого поведения, выбора и оптимизации материалов эффективным, недорогим и пригодным для сравнительной оценки их свойств.
Как всем известно, трение является одним из главных факторов, влияющих на поведение любого продукта при контакте материалов.
С помощью большого количества лабораторных испытаний, включая стандартизированные и специально разработанные методы проектирования, явления трения могут быть описаны количественно.
Низкая чувствительность теста к параметрам применения обуславливает необходимость разработки различных типов трения.
Соответствующие методы.
Традиционно существует набор трений.
Для каждого конкретного применения продукта разработаны соответствующие тесты.
В исследовании не был представлен подробный обзор всех продуктов и соответствующих методов тестирования, но было бы интересно перечислить некоторые из них, чтобы хотя бы косвенно затронуть эту тему.
Наибольшее трение
Речь идёт о шине, одним из главных эксплуатационных характеристик которой является срок службы протектора.
Следовательно, при разработке шин необходимо точно описывать состояние изношенной поверхности шины и фрикционные свойства используемых материалов.
Существует ряд процедур ASTM, описывающих измерение износа и трения шин.
I. ASTM F 408 (ссылка 1)
Определите параметры, связанные с трением, такие как сцепление с мокрой дорогой, коэффициент торможения и скольжение.
Данный метод испытаний считается «пригодным для научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ, но не пригодным для получения разрешения на применение и утверждения в соответствии со спецификациями, поскольку полученные значения не обязательно совпадают при сравнении уровня тяговых характеристик с показателями, полученными в различных условиях».
Поверхность, окружающая среда и т. д.).
«Это хороший пример проверки низкой чувствительности к входным параметрам».
Еще один пример работы изделия в режиме измерения трения — конвейерная лента, которая измеряет износ и трение по-разному на самой ленте.
Обзор износа
Упругие материалы для горнодобывающей промышленности (ссылка 2)
Подчеркивается важность понимания физических свойств упругого тела посредством соответствующих испытаний.
Одним из многих традиционных тестов является ASTM D 2228 (ссылка 3).
Этот материал, известный как пикоизнос, широко используется в конвейерной промышленности.
Вращайте образец резины с контролируемой скоростью, временем и силой под нагруженным твердосплавным резцом и зафиксируйте величину износа.
Однако в ходе пико-теста было отмечено, что «даже если этот тест можно использовать для оценки относительной износостойкости различных резиновых смесей, из-за широкого разнообразия условий поверхности корреляция между этим тестом и эксплуатационными характеристиками не устанавливается и не подразумевается».
«В конвейерной отрасли было доказано, что известные стандартные и специальные испытания на износ, как правило, не показывают корреляции с производительностью конвейерной ленты на месте эксплуатации из-за низкой чувствительности к параметрам испытаний (ссылка 4).»
Последним примером изделия с высокой износостойкостью являются подошва и каблук, для которых разработан широкий спектр стандартных испытаний.
Уже много лет рекомендуется использовать различные приборы для испытания обуви на износостойкость (ссылка 5).
Однако для большинства тестов существуют пределы чувствительности, например, для тестов, связанных с окружающей средой, поверхностью и образцом.
Геометрические условия, не связанные с другими тестами (ссылка 5).
На основании краткого обзора существующих методов количественной оценки трения, описанных выше, становится ясно, что ни один из методов не обладает достаточной чувствительностью, чтобы удовлетворить всем требованиям по оценке трения.
Соответствующие приложения.
Цель данной работы по визуализации — предложить метод представления материала, основанный на некотором виде фрикционного контакта, который имитирует фрикционные свойства резины и эластичных композитов.
Данный тест должен учитывать основные параметры полевых условий, такие как нагрузка, скорость или форма контактирующей среды, а также условия окружающей среды.
Данный тест должен быть применим для сравнительной оценки, ранжирования, выбора материалов и оптимизации затрат.
В данной статье мы представляем метод представления трения, основанный исключительно на изображении.
Это указывает на то, что в процессе эксплуатации продукта происходят определенные изменения.
Процесс, происходящий внутри изделия, сложен и не поддается анализу и описанию.
Однако некоторые области применения (или ввода данных)
Такие параметры, как нагрузка, температура, форма среды, известны.
Вследствие влияния входных параметров на продукт, окончательный атрибутивный параметр поля (или выходной параметр)
Такие характеристики, как производительность изделия, прочность, износостойкость, стоимость и т.д., формируются на основе этих параметров.
Для применения метода, основанного только на изображениях, к высокочувствительным свойствам трения, предлагается новый динамический метод тестирования.
Испытание включает в себя сочетание испытаний на нагрузку и кручение.
В данном исследовании предлагается экспериментальный метод для моделирования конкретных моделей контактного поведения (ссылка 5).
В ходе теста контактный объект представлен в виде простого симметричного объекта (инденторов).
Все выбранные дескрипторы являются универсальными.
Назначение шлифовального наконечника (см. ссылку 6)
Сюда входят камни различной формы, такие как сферическая, конусообразная и плоская.
Пример геометрии индентора показан на рисунке 1.
Рисунок 1 немного]
Индентор сжимает неподвижный образец, представляющий собой пластину из упругого материала известной толщины.
Сжатие можно регулировать силой или перемещением.
Приложите крутящий момент к индентору и запишите его как функцию углового смещения и сжатия.
Сопротивление крутящему моменту обусловлено трением между оттиском и упругим образцом, контактирующим с поверхностью.
Описанная программа тестирования (ссылка 5)
А также путем реверсирования динамических машин MTS в данном исследовании (ссылка 7).
Поместите резиновую пластину постоянной толщины под вращающийся индентор.
Толщина эластичного композита соответствует фактической толщине изделия.
Индентор вдавливается в упругий образец в направлении, перпендикулярном поверхности образца, до выбранного уровня нагрузки, заданного осевой силой F или осевым смещением [DELTA].
После достижения выбранной нагрузки или перемещения и удержания их в течение 10 секунд индентор вращается в режиме управления нагрузкой с выбранной скоростью [ω]. Нагрузка (крутящий момент T) Перемещение (угол [θ])
И запишите время 0,5 секунды.
Общий угол поворота установлен на 200 [градусов].
Типичные результаты теста показаны на рисунке 2.
Максимальный крутящий момент имеет пиковое значение, которое можно количественно определить [T. sub. max] и [[theta]. sub. max].
Этот пик представляет собой классическое сопротивление статического трения, соответствующее усилию, необходимому для перемещения поверхности из статического положения, как описано в литературе.
См., например, 8). Значения [Т. суб. а]
Показывает сопротивление кручению при вращательном движении и может использоваться для количественной оценки сопротивления классическому динамическому трению или для перемещения одной поверхности на другую с заданной скоростью.
В данном исследовании рассматривались две группы материалов, включая четыре группы материалов общего назначения.
Резина для использования (1, 2, 3, 4)
Два вида упругих композитных материалов (А, В)
Усиление ткани.
Резина — это смесь на основе натурального каучука (НК).
Синтетический каучук с различным содержанием наполнителей из технического углерода (CB).
Испытуемый композитный материал имеет один и четыре слоя армированных полиэфирных и/или нейлоновых тканей различной плотности (рисунок 3).
Имеет резиновую смесь, полученную из обычной резины общего назначения на основе смеси синтетического каучука и натурального каучука, а также наполнителя из углеродной сажи.
Рисунок 3 немного]
Была изучена чувствительность выбранного материала к влиянию фрикционных свойств формы индентора, осевой нагрузки, температуры испытания и скорости кручения, результаты представлены на рисунке 4-8. [РИСУНКИ 4-8 ОПУЩЕНЫ]
Эффект формы индентора имитирует воздействие объектов различной формы, соприкасающихся с изделием, например, аналогично разнице в ударах острых и круглых камней, спрессованных в подошву или упавших на конвейерную ленту.
Под действием осевой силы в типичных резиновых материалах образуются вмятины в форме конуса, сферы и плоского шара.
Натуральный каучук с серной системой вулканизации и наполнителем из технического углерода) и обработанный на 200 градусах.
При комнатной температуре (КТ).
Обратное сопротивление (Н*мм)
Как показано на рисунке 4.
Форма кривой производства аналогична традиционному тренду (см. рисунок 2).
На рисунке 4а хорошо представлен пик максимального крутящего момента, соответствующий статическому трению.
Существует значительная разница в сопротивлении кручению, создаваемом инденторами различной формы.
Например, при осевой силе 300 Н конусный индентор заставляет материал сопротивляться крутящему моменту с усилием 1000 Н * мм, в то время как конусный индентор создает усилие около 750 Н * мм (рисунок 4а).
Следующий этап испытания заключается в изучении влияния осевой нагрузки, приложенной к тому же самому типичному образцу резинового материала.
Например, в этом эксперименте будет повторено воздействие камней различного веса, падающих с одинаковой высоты на выбранные материалы.
Как и ожидалось, увеличение осевой нагрузки привело к значительному увеличению сопротивления кручению инденторов различной формы.
При увеличении нагрузки с 300 Н до 700 Н сопротивление скручиванию увеличилось более чем вдвое (рисунок 4).
Интересно, что с увеличением нагрузки уровень сопротивления материала воздействию инденторов выбранной формы изменяется.
Например, при меньшей осевой нагрузке сопротивление кручению материала при воздействии сферического индентора немного ниже, чем при воздействии плоского шарообразного индентора, но при большей нагрузке характеристики меняются.
Этот результат демонстрирует важность правильного выбора параметров лабораторных испытаний для корректного моделирования каждого варианта применения в полевых условиях.
Для имитации изменения температуры окружающей среды в условиях эксплуатации было также изучено влияние температуры на фрикционные свойства материала.
Например, сопротивление кручению того же материала при воздействии плоского индентора было измерено при комнатной температуре [60 °C] и 80 °C.
C и под осевыми нагрузками 300 Н, 500 Н и 700 Н (рисунок 5).
Сопротивление материала кручению снижается с повышением температуры, что, несомненно, является результатом размягчения резины.
Для конических инденторов наблюдается та же тенденция (рисунки 6 и 7).
Влияние скорости ранее изучалось с использованием упругого материала (ссылка 5).
При этом значения крутящего момента, зарегистрированные при осевой силе 300 Н, демонстрируют очень устойчивую зависимость: значения сопротивления кручению увеличиваются с увеличением скорости.
В данной работе
Влияние изменения скорости от 1 [градуса]
До 2 в секунду [градусы]
Для различных материалов, включая четыре резиновые смеси, исследования проводятся при более высокой осевой силе 700 Н в секунду (1, 2, 3 и 4).
Два вида упругих композитных материалов (А и В) (рисунок 8).
Показатели устойчивости резиновых смесей к скручиванию не изменились с увеличением скорости, и для всех испытанных материалов более высокая скорость действительно связана с более высокими значениями крутящего момента.
Эталонный материал.
Относительная оценка любых двух соединений (бенчмаркинг).
Это может зависеть от условий проведения теста, как указано в работе Шалламаха 1950 года (ссылка 9).
Для оценки и сравнения материалов и продукции необходим бенчмаркинг.
В данном исследовании, путем вдавливания сферических камней с различной скоростью, были протестированы четыре типичных резиновых компаунда и два композита при комнатной температуре, и оценены их характеристики при кручении.
Рисунок 8а или 8б).
Важно обратить внимание на существенные различия в результатах, полученных для разных материалов, поскольку чувствительность теста к свойствам материалов высока.
Эти результаты демонстрируют важность сравнительного анализа по конкретным параметрам испытаний, чтобы избежать искажений при ранжировании материалов.
Роль энергетических компонентов: все ранее обсуждавшиеся тесты проводятся с использованием силы.
Режим контролируемого осевого сжатия, указывающий на ситуацию, в которой вес проникающего объекта вызывает контактное напряжение: например, конвейерная лента, перемещающая камни.
Деформация необходима в некоторых областях применения, например, для герметизации при фиксированном сжатии.
Это означает, что лабораторные испытания должны быть запрограммированы в режиме управления перемещением.
Наконец, некоторые области применения классифицируются по энергетическим факторам, таким как амортизаторы или характеристики установки.
В таких случаях попробуйте загрузить...
И деформация
Режим управления энергетическим компонентом
Проведите контрольное испытание, а затем сравните полученное номинальное значение сопротивления кручению под нагрузкой с номинальным значением энергетической составляющей, измеренным в ходе контрольного испытания.
В первой части этого эксперимента, как показано на рисунке 9, были испытаны четыре резиновые смеси и два композита при трех осевых нагрузках при комнатной температуре.
Индентор сферической формы был помещен в образец и повернут на 200 градусов при 1 градусе.
Скорость и полный релиз.
Данная нагрузка повторялась трижды при осевой силе 300 Н, 500 Н и 700 Н, что в сумме составляло 600 градусов поворота (200 градусов).
Повторите три раза).
Как и в предыдущих тестах, наблюдаются значительные различия в крутящем моменте для репрезентативных материалов.
По показателю суммарного крутящего момента наибольшее значение имеет материал 4, за ним следуют 1, 3 и 2.
Значения крутящего момента у двух композитных материалов очень близки.
Интересно, что на графиках, полученных при нагрузке 300 Н, классический максимум статического трения значительно выделяется по сравнению с монотонным увеличением крутящего момента при более высоких нагрузках.
Рисунок 9 опущен.
Вторая часть эксперимента заключается в определении энергетического состава каждого материала путем приложения нагрузки.
Используйте кривую отклонения сферического индентора при скорости 10 Н/сек.
Степень сжатия при комнатной температуре (рисунок 10).
Рассчитайте площадь под кривой для каждого материала и укажите название энергетической составляющей E (Н*мм).
Для каждого материала определяется нагрузка, соответствующая трем энергетическим компонентам (рисунок 11). [РИСУНОК 10-11 ОПУЩЕН]
Затем повторите первую часть эксперимента, но приложите разную нагрузку для всех материалов.
Напротив, для каждого материала, соответствующего трем уровням энергетической составляющей, осевая сила определяется отдельно: 700 Н * мм, 1000 Н * мм и 1500 Н * мм, как показано на рисунке 11.
На рисунке 12 показано полученное значение крутящего момента.
Рейтинг сопротивления материалах скручиванию полностью изменился, и из-за изменения режима контроля испытаний с нагрузки, композит 3 и композит B теперь выдерживают наибольший крутящий момент (рисунок 9).
Компоненты энергии (рисунок 12). Однако.
Следует отметить, что некоторые материалы, по-видимому, сохраняют свои показатели: например, композит 2 и композит А по-прежнему находятся в нижней части диапазона сопротивления кручению.
Рисунок 12:
Это важное замечание о том, насколько важно правильно выбирать условия контроля испытаний в зависимости от конкретного применения детали в полевых условиях.
В заключение предложен и разработан метод представления материала упругих и упругоупругих тел.
Композитный материал, подчеркивающий его уникальные фрикционные свойства.
На основе этого метода был выбран набор параметров материала для количественной оценки свойств трения при сложных динамических нагрузках и условиях окружающей среды.
Наблюдается высокая чувствительность предлагаемых параметров к условиям нагрузки.
Давление, скорость)
Условия окружающей среды (температура)
Контактная информация (
Голова (форма)
Состав материала (
Различные резиновые и композитные материалы).
Чувствительность предлагаемых параметров материала можно рассматривать как важную особенность, позволяющую проводить адекватную сравнительную оценку конкретных изделий и областей применения упругих тел.
Бенчмаркинг можно рассматривать как метод ускоренного выражения, основанный на гибком выборе и оптимизации ограниченной информации о полевых характеристиках. Ссылки (1.) ASTM F408-94.
Стандартный метод испытаний шин для определения сцепления с мокрой дорогой.
Предварительное торможение, использование прицепов, ежегодное руководство по стандартам ASTM, том 109. 02. (2. )IR Sare, JI Mardel и AJ
Хилл, «Износостойкие металлы и эластичные материалы в горнодобывающей и горноперерабатывающей промышленности»
Обзор, «износ, рулон». 250, 1, 2001. (3. )ASTM D2228-88.
Стандартный метод испытания свойств резины.
Износостойкость (Pico Abrader)
Ежегодный справочник стандартов ASTM, том 1. 09. 01. (4. )M.
Щербаков и др.
Продление срока службы конвейерной ленты за счет повышения износостойкости. Протокол заседания Ассоциации горных инженеров, 25-27 февраля 2002 г. (5. )М.
Шелбаков и М. Р. Гурвич.
«Метод определения фрикционных свойств упругих материалов и упругих композитов», Журнал.
Резина и пластик, том 1
35, 4, октябрь 2003 г., 335. (6. )
шлифовальный станок Макмастер-Маунт
Корпорация Карла Саплай (2000).
Справочник 102, Кливленд, Огайо, стр. 2377. (7. )
Система MTS, модель 810. (2001). www.mts.
Иден-Прейри, Миннесота. (8. )ASTM D1894-01.
Стандартные методы испытаний для определения коэффициентов статического и динамического трения пластиковых пленок и пленок, Ежегодное руководство по стандартам ASTM, Том 108. 01. (9. )А. Шалламах.
Трение и износ резины
1957/1958, 384.