OZNACZANIE TWARDO CI GUMY

Celem wiczenia jest poznanie metody oznaczania twardo ci gumy według skali

mi dzynarodowej — International Rubber Hardness (IRH).

3.1. WPROWADZENIE

Z uwagi na specyficzne wła ciwo ci (du a podatno na odkształcenia, nie ci liwo ,

wła ciwo ci izolacyjne, tłumi ce itp.) guma znalazła szerokie zastosowanie w przemy le. Łatwo

kształtowania wyrobów gumowych sprawiła, e mamy do czynienia z du ró norodno ci elementów

konstrukcyjnych zawieraj cych gum (ogumienie, uszczelki, w e, pasy klinowe, ł czniki spr yste

itp.); w pojazdach samochodowych mo na np. wyró ni kilkaset elementów gumowych. Gumowe

ł czniki spr yste o ró norodnych kształtach stanowi te bardzo cz sto elementy składowe sprz gieł

podatnych, wibroizolatorów, tłumików drga skr tnych, zderzaków itp.

W przeciwie stwie do innych materiałów konstrukcyjnych, cechy gumy zmieniaj si w

bardzo szerokim zakresie. Przez zmian składu mieszanki gumowej (kauczuk naturalny, syntetyczny,

napełniacze) oraz warunki przerobu (wulkanizacji) mo na uzyska gum o ró nych wła ciwo ciach

fizycznych — od bardzo mi kkiej a do bardzo twardej o wysokiej wytrzymało ci mechanicznej,

sztywno ci itp. Mo na zmienia odporno gumy na cieranie, na nisk i wysok temperatur ,

starzenie, odporno na działanie olejów i smarów i wiele innych wła ciwo ci.

W ród wielu wła ciwo ci fizycznych gumy jedn z najwa niejszych jest twardo . Mimo e

nie ma cisłej z punktu widzenia fizyki jej definicji, twardo stanowi wygodne kryterium

szacunkowej oceny gumy, stopnia jej zwulkanizowania, doboru dopuszczalnych warto ci

odkształcenia itp.

Twardo gumy zwi ksza si w niskiej temperaturze. Po osi gni ciu tzw. temperatury

krucho ci guma traci elastyczno , staje si krucha i łamliwa. Temperatura ta dla gumy z kauczuku

naturalnego wynosi około -60°C. Twardo zwi ksza si te w miar starzenia gumy. Badania

do wiadczalne wykazuj , e ze wzrostem twardo ci gumy wzrastaj jej wła ciwo ci

wytrzymało ciowe.

3.2. OZNACZANIE TWARDO CI GUMY

W normie PN-80/C-01604.02 twardo gumy H zdefiniowana jest jako opór, jaki stawia

badany materiał podczas wciskania w niego okre lonego wgł bnika działaj cego na bardzo małej

powierzchni.

Twardo jest oznaczana zwykle przez pomiary oporu przy wciskaniu w badany materiał z

oznaczon sił kulki. Do symbolu H dodaje si indeks okre laj cy metod pomiaru. Praktycznie,

wska nikiem twardo ci jest gł boko zagł bienia wgł bnika pod działaniem stałego obci enia dla

okre lonego czasu zagł biania, przy czym wi kszemu zagł bieniu odpowiada mniejsza twardo i na

odwrót. Stosowane twardo ciomierze pozwalaj na ogół odczytywa bezpo rednio warto twardo ci

w danej skali.

W ród ró nych metod oznaczania twardo ci gumy, jeszcze kilka lat temu najpopularniejsz

była metoda Shore'a, w której miar było zagł bienie iglicy obci onej spr yn o okre lonej

charakterystyce. Twardo ciomierze były tak wyskalowane, e zagł bieniu iglicy 2,5 mm odpowiadała

twardo H = 0, a zagł bieniu 0 — twardo H = 100° Sh. Szczegóły dotycz ce tej metody mo na

znale w normie PN-80/C-04238.

Obecnie powszechnie stosowan metod jest metoda oznaczania twardo ci gumy według skali

IRH, zgodnie z norm :

PN-81/C-04203 - w zakresie 30 do 85 IRHD (stopni wg IRH) i

PN-77/C-04204 - w zakresach 10 do 35 oraz 85 do 100 IRHD.

Omówione w tych normach metody dotycz oznaczania twardo ci wszystkich rodzajów gumy, z

wyj tkiem gumy porowatej.

Miar twardo ci w skali IRH jest wielko ró nicy zagł bienia w badany materiał kulki o

okre lonej rednicy pod wpływem statycznego obci enia wst pnego i pomiarowego. Twardo H =

100 IRHD odpowiada zerowemu wgł bieniu kulki, inne warto ci twardo ci odpowiadaj wgł bieniom

podanym w tablicach z-1 i z-2, odpowiednio dla metody normalnej i metody mikro. Zale no ci te nie

zmieniaj si liniowo. Skala IRH została bowiem utworzona na podstawie zale no ci empirycznej

mi dzy ró nic zagł bienia kulki o okre lonych wymiarach pod wpływem obci enia wst pnego i

pomiarowego a modułem Younga badanego materiału

gdzie: F - obci enie pomiarowe [N],

E - moduł Younga [MPa],

R - promie kulki [mm],

h - ró nica zagł bienia kulki [mm].

Zale no mi dzy twardo ci w skali IRH a logarytmem modułu E pokaza-no na rys. 3.1.

Rys. 3.1. Zale no mi dzy twardo ci w skali IRH a logarytmem modułu Younga

Dzi ki takiemu doborowi skali warto twardo ci gumy odczytana w skal IRH w przybli eniu

odpowiada warto ci twardo ci w skali Shore'a A.

3.3. PRZEBIEG WICZENIA

3.3.1. Warunki oznaczania twardo ci

W normie PN-81/C-04200 okre lone s ogólne warunki oznaczania twardo ci. Przykładowo,

badania nale y przeprowadza nie wcze niej ni po 16 h od czasu wulkanizacji, chyba e normy

przedmiotowe traktuj inaczej. W przypadku badania próbek laboratoryjnych najdłu szy czas

przechowywania próbek przed badaniem nie powinien przekracza 4 tygodni, a w przypadku badania

wyrobów gotowych i przygotowanych z nich próbek — 3 miesi cy. W badaniach, w których wyniki

porównuje si mi dzy sob , okres przechowywania próbek powinien by jednakowy.

3.3.2. Obsługa twardo ciomierza stosowanego w wiczeniu

Do oznaczania twardo ci gumy w skali IRH stosujemy w wiczeniu twardo ciomierz KP

15012, wyprodukowany w Zakładzie Produkcji Aparatury Badawczej KABID-PRESS w Warszawie.

Uwaga: Przed przyst pieniem do pomiarów nale y zapozna si z instrukcj obsługi przyrz du.

Najistotniejsze punkty tej instrukcji:

1. Twardo ciomierz podł czy do sieci; pomiary mo na przeprowadza po15 minutach.

2. W zespole wska ników „No pomiaru" powinien si wieci wska nik „0". W przypadku

wiecenia innego wska nika nacisn przycisk „ZERO" (próbka nie powinna wtedy dotyka

ko cówki wgł bnika, a d wignia powinna by podniesiona do góry).

3. Nastawi czas pomiaru zgodnie z wymogami normy na 30 s.

4. Za pomoc nakr tki podnosi stolik z poło on na próbk do zetkni cia si ze stopk

urz dzenia dociskowego, a nast pnie podnosi dalej a do uzyskania obci enia wst pnego

(pierwszy zapłon wska nika „KALIBRACJA"). W przypadku zga ni cia lampki wska nika

nale y opu ci nieco stolik do ponownego jej zapalenia.

5. D wigni obróci w dół (do siebie), aby przyło y obci enie robocze, a nast pnie po

nastawionym czasie pomiaru odczyta wynik pomiaru i podnie d wigni do góry.

6. Opu ci stolik do utraty styku próbki ze stopk urz dzenia pomiarowego.

7. Nie zeruj c tym razem wska nika „No pomiaru", wykona w ten sam sposób drugi i trzeci

pomiar w innych punktach próbki, zanotowa wyniki poszczególnych pomiarów oraz wynik

redni z trzech pomiarów. Dopuszczalna ró nica mi dzy wynikami nie powinna przekracza 3

IRHD. W przypadku wi kszej - w protokole nale y poda wyniki poszczególnych pomiarów.

8. Po wykonaniu pomiarów odł czy przyrz d od sieci.

Twardo ciomierz KP 15012 słu y do oznaczania twardo ci gumy w zakresie 35 do 85 IRHD.U ycie

dodatkowych wgł bników i stopek urz dzenia dociskowego rozszerza zakres pomiarów od 10 do 100

IRHD. Nale y wówczas trans-ponowa wyniki odczytane na wy wietlaczu, korzystaj c z

nomogramów zamieszczonych w instrukcji obsługi przyrz du.

3.4. ZAWARTO SPRAWOZDANIA

Sprawozdanie powinno zawiera :

1. Dane dotycz ce badanych elementów.

2. Wyniki pomiarów twardo ci.

3. Wnioski dotycz ce ewentualnych niezgodno ci z norm .

Dokładniejsze omówienie tematyki dotycz cej zastosowania elementów gumowych oraz bada

wła ciwo ci gumy mo na znale w zalecanej literaturze.