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.

Как следует из рис. 11.4, с понижением температуры резины предел прочности растет, а эластичность падает и при —80°С она становится практически равной нулю.

Отметим, что прочность резины, увеличивающаяся с понижением температуры в первом приближении по линейному закону (рис. 11.4), достигает при —80°С примерно такого же значения, какое 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 —4 °С наиболее распространенные 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. Из чего следует, что резиновые изделия в зимнее время требуют к себе пристального внимания и осторожного обращения.

Рис. 11.4. Зависимости предела прочности на растяжение σ_z и относительного удлинения ε_z

резины из натурального каучука от температуры

Все работы, связанные с монтажом или демонтажем резиновых деталей в зимнее время, надо проводить, предварительно прогрев их до комнатной температуры. Особенно важно прогревать пневматические шины, сильно охладившиеся при длительной стоянке или продолжительной остановке автомобилей на морозе. Такое нагревание происходит само по себе в процессе движения автомобиля за счет превращения в тепло энергии непрерывного деформирования перекатывающихся шин. Однако первое время после трогания с места холодные шины имеют недостаточную эластичность и вследствие этого легко могут быть повреждены в результате больших динамических нагрузок. Поэтому сначала машина должна 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 ПО... 120°С относительное удлинение резины увеличивается, а при дальнейшем нагревании, как видно из рис. 11.4, начинает уменьшаться. Переход от роста относительного удлинения к его спаду объясняется наступающим при этих температурах частичным разрывом серных мостиков между макромолекулами каучука, сопровождающимся одновременным резким снижением его эластичности и повышением пластичности.

Другие важные в эксплуатационном отношении свойства резины с повышением температуры изменяются только в худшую сторону: прочность, износостойкость и твердость уменьшаются, а остаточное удлинение и способность к необратимым деформациям увеличиваются. Так, нагреванию резины с 20 до 100 °С соответствует двухкратное и даже трехкратное снижение предела прочности на разрыв. Еще в большей степени уменьшаются в этом случае износостойкость и твердость резины. В результате при повышенной температуре пробег автомобильных шин уменьшается (рис. 11.5).

Кроме того, вследствие сильного понижения твердости и прочности резины с повышением температуры увеличивается возможность появления надрезов и вырывов целых кусков протекторов покрышек при наезде автомобилей на всякого рода неровности и препятствия.

Рис. 11.5. Зависимость пробега шин τ_пр от температуры воздуха t_в

Итак, все резиновые детали и в особенности те, которые деформируются в процессе работы, нужно в некоторых случаях зимой подогревать, а летом охлаждать, а также принимать меры по уменьшению их нагревания. В автомобильных шинах надо поддерживать нормальное давление и не перегружать их. Несоблюдение этих элементарных правил эксплуатации шин ведет к чрезмерному тепловыделению в них со всеми вытекающими отсюда вредными последствиями (рис. 11.6, 11.7).

В жару летом возможно значительное нагревание и нормально накачанных неперегруженных шин. В этом случае рекомендуется для их охлаждения периодически делать в пути остановки, а иногда, чтобы не довести до аварийного состояния покрышку вследствие перегрева, — идти на снижение скорости движения, от которой сильно зависит тепловой режим шин (рис. 11.8).

Рис. 11.6. Зависимость температуры воздуха в шине t _Ш от времени пробега τ_пр:

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

Рис. 11.7. Зависимость температуры деталей шины t _ш от времени пробега τ_пр при различных нагрузках:

1 — в камере; 2 — в плечевой части шины

Рис. 11.8. Зависимость температуры деталей шины t _Ш от времени пробега τ_пр при различных скоростях:

1 — в середине беговой дорожки; 2 — в боковой части