Độ bền kéo - Độ bền xé - độ mài mòn Akron

BÁO CÁO THỰC TẬP NỘI DUNG 1.ĐỘ BỀN KÉO 2. ĐỘ BỀN XÉ 3. ĐỘ MÀI MÒN AKRON 1 BÁO CÁO THỰC TẬP  NỘI DUNG 1.ĐỘ BỀN KÉO 2. ĐỘ BỀN XÉ 3. ĐỘ MÀI MÒN AKRON 1. ĐỘ BỀN KÉO 1.1 Định nghĩa: Phương pháp đo độ bền kéo dùng để xác định tính chất cơ lý của mẫu cao su đã lưu hóa và vật liệu có tính đàn hồi. Các tính chất cơ lý thông dụng là Module 100%, module 300%, độ kháng đứt, độ biến dạng đứt, độ kháng xé, độ chịu nén,… Việc kiểm tra cơ tính mẫu sẽ bắt đầu từ việc chuẩn bị mẫu và kiểm tra mẫu.Phương pháp đo cơ tính mẫu dựa trên sự thống nhất của mẫu tiêu biểu. Phương pháp đo độ bền kéo của mẫu được thiết lập sau khi mẫu ban đầu không chịu ứng suất được kéo giãn đến một giới hạn nhất định và bắt đầu xuát hiện vết đứt.Việc kiểm tra độ bền kéo mẫu chỉ là một phần trong việc kiểm tra cơ tính mẫu, chỉ với độ bền kéo không thể nói lên toàn bộ tính chất của sản phẩm. Độ bền kéo phụ thuộc vào những yếu tố sau: vật liệu kiểm tra, điều kiện kiểm tra như: nhiệt độ, tốc độ kéo, độ ẩm, điều kiện mẫu trước kiểm tra,… Do đó cơ tính của vật liệu chỉ nên được so sánh trong cùng điều kiện kiểm tra.Nhiệt độ và tốc độ kéo ảnh hưởng quan trọng đến độ bền kéo, nên phải được kiểm soát trong quá trình kiểm tra. 1.2 Thiết bị kiểm tra: Máy dùng để kiểm tra độ bền kéo mẫu gồm hệ thống 2 ngàm kẹp mẫu có thể di chuyển theo phương thẳng đứng để thực hiện tác dụng kéo dãn hoặc nén ép mẫu. 2 Vận tốc kéo mẫu có thể thay đổi được trong một khoảng khá rộng, theo qui định thường được chọn là 500± 50 mm/ phút(20± 2 in/ phút) cho khoảng cách tối thiểu là 750 mm. Dưới tác dụng của lực kéo, mẫu sẽ bị kéo dãn ra và cuối cùng bị đứt. Tại các thời điểm qui định cần ghi nhận lực tác dụng và độ dãn của mẫu. Từ các giá trị này tính ra các kết quả phản ánh các tính chất cơ lý thông dụng của mẫu cao su. Máy đo độ bền kéo Ngàm kẹp mẫu 1.3 Mẫu kiểm tra: Mẫu dùng để đo và phương pháp đo được áp dụng theo tiêu chuẩn ASTM D412. Mẫu đo thông dụng là 3 mẫu có dạng quả tạ được cắt bằng dao cắt chuẩn từ một tấm phẳng cao su đã được lưu hóa trong khuôn ép với bề dày không nhỏ hơn 1.3mm và không lớn hơn 3± 0.3mm. Nếu mẫu đo có bề dày quá khác biệt sẽ cho kết quả đo không thể so sánh được. Dùng dao cắt chuẩn để cắt từ tấm phẳng ra ba mẫu dạng quả tạ. Lưu ý để dao cắt ở vị trí cắt không quá sâu có thể làm hỏng dao cắt. Luôn luôn lót tấm bìa cứng bên dưới mẫu trong khi chỉnh dao và cắt mẫu. Sau khi tháo dao ra khỏi máy cắt cần phải đặt dao vào hộp bảo vệ, không tùy tiện để dao cắt trên các mặt thép cứng vì có thể làm hỏng dao cắt. 3 Hình dạng mẫu kiểm tra Mẫu đo phải phẳng và các cạnh cắt phải đều. Vạch 2 vạch ghi dấu trên mẫu dạng quả tạ cách nhau L0= 20.00± 0.08mm. Hai vạch phải nằm cách đều tâm của mẫu thử và được vạch thật song song với nhau và thẳng góc với cạnh mẫu thử. Đo bề dày e các mẫu quả tạ bằng dụng cụ đo bề dày. Bề dày mẫu được đo tại ba diểm ở phần hẹp của mẫu quả tạ và lấy trung bình, sai số ≤ 0.025mm. Bề rộng của mẫu quả tạ lấy trị số chuẩn là w=6mm. Mẫu phải được ổn định hóa ở nhiệt độ bình thường ít nhất 3 giờ trước khi đem đo. Trong trường hợp không thể cắt mẫu theo hình dạng quả tạ có thể cắt mẫu theo hình dạng mẫu thẳng do dải mẫu hẹp, dùng cho các vật liệu cách điện có hình dạng nhỏ. Các mẫu này cũng sẽ được cắt sao cho có chiều dài vừa đủ để có thể gắn vào ngàm kẹp. Việc đánh dấu mẫu cũng sẽ được thực hiện như đối với mẫu quả tạ. 1.4 Phương pháp đo: Điều chỉnh vận tốc kéo mẫu theo đúng vận tốc qui định là 500±50mm/ phút, khoảng cách tối thiểu giữa hai ngàm kẹp là 64mm. Chọn thang đo lực kéo thích hợp, thường là thang 100. Mắc mẫu đo dạng quả tạ vào ngàm. Phải cẩn thận mắc mẫu thẳng đứng để sức kéo phân bố đều trên toàn tiết diện của mẫu, nếu không lực kéo lệch sẽ làm cho 2 vạch mực đánh dấu sẽ không còn song song khi kéo dãn, trong điều kiện đó mẫu sẽ không chịu được lực tối đa. 4 Cho ngàm di chuyển đi lên. Khi xác định lực định dãn Modul 100%, Modul 300% cần phải báo hiệu và ghi lại kết quả đúng lúc. Đối với việc xác định độ dãn dài của mẫu cũng cần phải mắc mẫu cẩn thận và mắc mẫu thẳng đứng và hai vạch mực đánh dấu cũng phải song song với nhau để lực phân bố đều trên toàn tiết diện mẫu. Mẫu được kéo với tốc độ ngàm kéo đã thiết lập sẵn, sau 15 giây để đo độ dãn dài. Mẫu sau đó được để ổn định trong 10 phút và không làm lệch khoảng cách giữa hai vạch mực.Sau 10 phút đo lại khoảng cách giữa hai vạch đánh dấu, trị số dãn dài nên đo với sai số ≤ 0.2mm. Lực kéo được đọc chính xác đến 1%. Ghi nhận các kết quả: + Lực định dãn 100%: F100 + Lực định dãn 300%: F300 + Khoảng cách 2 vạch ngay khi đứt mẫu: Lđứt + Lực kéo khi đứt mẫu: Fđứt + Khoảng cách 2 vạch sau khi đứt mẫu: Ldư (đo sau 3 phút) 1.5 Tính toán kết quả:  Tiết diện mẫu quả tạ: S= e x w (cm2).  Ứng suất định dãn 100% (modul 100%): M100= F100/S (kgf/cm2)  Ứng suất định dãn 300% (modul 300%): M300= F300/S (kgf/cm2)  Ứng suất kháng đứt (độ kháng đứt): Fđứt/S (kgf/cm2)  Độ biến dạng đứt: (Lđứt – L0) x 100/L0 (%)  Độ biến dạng dư (sau 3 phút): (Ldư – L0) x 100/L0 (%)  Độ dãn dài: (L – L0) x 100/L0 (%) Kết quả của mỗi tính chất là trị số trung bình của 3 mẫu đo. 5 2. ĐỘ BỀN XÉ 2.1 Định nghĩa: Phương pháp đo độ bền xé dùng để xác định tính chất cơ lý của mẫu cao su đã lưu hóa và vật liệu có tính đàn hồi. Đặc tính xé của cao su là một quá trình bắt đầu từ một điểm rách nhỏ và phát triển liên tục tại vị trí tập trung ứng suất cao nhất, nguyên nhân là do sự xuất hiện của vết cắt, biến dạng,hoặc tại vị trí biến dạng. Độ bền xé được đo trên mẫu kiểm tra mà không có vết nứt nào tại vị trí giao nhau của mẫu ban đầu cho đến khi mẫu bị xé rách hoàn toàn.Phương pháp này dùng để xác định lực trên mỗi đơn vị bề dày. Độ bền xé bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố như: ứng suất được gây ra bởi tính bất đẳng hướng, sự phân bố ứng suất, tốc độ biến dạng và kích thước mẫu. Ý nghĩa của việc xác định độ bền xé được xem xét như là một đặc tính cơ bản của vật liệu cao su. 2.2 Thiết bị kiểm tra: Máy dùng để kiểm tra độ bền xé mẫu cũng giống như máy dùng để đo độ bền kéo cao su.Máy cũng gồm hệ thống hai ngàm kẹp di chuyển theo phương thẳng đứng để thực hiện tác dụng kéo dãn và xé rách mẫu. Đối với mẫu loại A, B, C thì tốc độ kéo thường chọn là 500± 50mm/phút. Đối với mẫu loại T, CP thì tốc độ kéo thường chọn là 50± 5mm/phút. 2.3 Mẫu kiểm tra: Mẫu dùng để đo và phương pháp đo được áp dụng theo tiêu chuẩn ASTM D624. Mẫu đo thông dụng là 3 mẫu có dạng cánh bướm được cắt bằng dao cắt chuẩn từ một tấm phẳng cao su với bề dày 2.3± 1.0mm. Ngoài ra phương pháp này còn sử dụng các mẫu kiểm tra sau đây: - Loại A, mẫu có vết khía hình lưỡi liềm. Lực tác dụng trong loại mẫu này sẽ theo dọc trục chính và thẳng góc với vị trí vết khía hoặc cắt. Loại A dùng để đo khả năng xé dùng trong mẫu nhỏ mà không có phương pháp kiểm tra nào thích hợp. 6 Hình dạng mẫu loại A - Loại B, mẫu có vết khía hình lưỡi liềm. Lực tác dụng và phương thức sử dụng cũng giống như loại A, nhưng được ứng dụng nhiều hơn loại A và phổ biến hơn. Hình dạng mẫu loại B - Loại C, mẫu không có khía với góc mở 900C ( hình vẽ). Với phương pháp đo mẫu loại C thì ứng suất xé sẽ tập trung tại góc mở 900C. Nếu lực xé không gây ra tại góc mở trên thì phương pháp đo này sẽ giống với cách đo độ bền kéo hơn là khả năng chịu xé của cao su. 7 Hình dạng mẫu loại C - Loại T, mẫu đo có dạng rẽ đôi. Lực xé tác dụng theo hướng song song dọc theo chiều dài mẫu dến nhánh rẽ. Hình dạng mẫu loại T - Loại CP (hình vẽ), mẫu đo là một dạng biến thể rẽ nhánh của mẫu T. Lực xé tác dụng lên mẫu CP cũng giống như mẫu T, nhưng do sự giới hạn về đường dẫn nên hạn chế lực xé theo hướng này,và bề dày của nhánh rẽ sẽ loại bỏ sự ảnh hưởng của lực kéo dãn theo nhánh rẽ, điều này sẽ xuất hiện theo mẫu loại T. 8 Hình dạng mẫu loại CP Đo bề dày e các mẫu kiểm tra bằng dụng cụ đo bề dày. - Đối với mẫu loại A, B, C đo bề dày tại 3 điểm kẹp ngang chiều rộng, chính giữa mẫu à lấy giá trị trung bình. - Đối với mẫu loại T đo bề dày tại 3 điểm dọc theo chiều dài và lấy giá trị trung bình. - Đối với mẫu loại CP, đo tổng bề dày mẫu tại 3 điểm dọc theo rãnh khía, lấy giá trị trung bình, sau đó trừ 3.6mm là tiết diện phần định hình tạo rãnh khía. Mẫu phải được ổn định hóa ở nhiệt độ bình thường ít nhất 3 giờ trước khi đem đo. 2.4 Phương pháp đo: Điều chỉnh vận tốc kéo mẫu theo đúng vận tốc qui định như đã trình bày ở trên. Chọn thang đo lực kéo thích hợp, thường là thang 100. Mắc mẫu đo vào ngàm. Phải cẩn thận mắc mẫu thẳng đứng để sức kéo phân bố đều trên toàn tiết diện của mẫu, nếu không mẫu sẽ không chịu được lực tối đa.Không được để cho mẫu xuất hiện vết nứt nào trước khi đó, vì lúc đó lực đo sẽ không chính xác.ghi nhận lại kết quả đo lực xé F xé. Lực kéo được đọc chính xác đến 1%. 2.5 Tính toán kết quả: Độ kháng xé: Fxé/bề dày e (kgf/cm). Kết quả của mỗi tính chất là trị số trung bình của 3 mẫu đo. 9 3. ĐỘ MÀI MÒN ARKON 3.1 Định nghĩa: Máy đo độ mài mòn Akron dùng để đo độ mài mòn của cao su đã lưu hóa có độ cứng trong khoảng 55÷80 IRHD. Độ mài mòn được xác định dựa trên sự giảm thể tích của mẫu mài mòn ban đầu khi mẫu quay và bề mặt mẫu ma sát trực tiếp với bánh đá mài. Độ mài mòn Akron của mẫu là thể tích cm3 của bánh xe mẫu bị mất đi sau khi di chuyển trên quãng đường 1.61km (1 mile) tương ứng với số vòng quay của bánh đá mài 3250 vòng. Phương pháp đo này được thiết lập dựa trên những điều kiện sau: áp suất không đổi, khoảng cách trượt , tốc độ quay của mẫu, tốc độ quay của bánh đá mài, độ lệch góc của mẫu và bánh đá mài. Độ mài mòn là một tính chất quan trọng của nhiều sản phẩm cao su như: bánh xe, băng chuyền, ống dẫn, lớp lót sàn,… Mẫu kiểm tra là mẫu xốp, hoặc có khe sẽ không thể dùng trong phương pháp này. Ngoài ra bề mặt của mẫu kiểm tra phải nhẵn, không xù xì và không có bavia. 3.2 Thiết bị kiểm tra: Mẫu đo dạng bánh xe gắn vào trục quay của motor. Chu vi của bánh xe mẫu được cho tiếp xúc với chu vi của một bánh đá mài cũng được gắn trên một trục. Sự quay của bánh xe mẫu làm cho bánh đá mài quay theo nhờ một lực ép của quả cân chuẩn nặng 4.5kg (10lbs). Trục của bánh xe mẫu và trục của bánh đá mài tạo thành một góc nghiêng 150 để tăng sự ma sát và tác dụng mài mòn. Máy quay bánh xe mẫu với vận tốc 250 vòng/ phút. 10 Máy đo độ mài mòn Akron 3.3 Mẫu kiểm tra: Mẫu bánh xe mài mòn có bề dày 12.7mm, đường kính 63.5mm, có lỗ ở tâm đường kính 12.7mm và phải được cắt bỏ bavia sau khi ép khuôn. Mẫu bánh xe được giữ ở nhiệt độ 200C trong khoảng thời gian ít nhất là 12 giờ trước khi tiến hành đo. Hình dạng mẫu bánh xe mài mòn 11 3.4 Phương pháp đo:  Lắp bánh xe mẫu lên trục quay của máy đo độ mài mòn, đường kính lớn của vòng chêm gắn áp sát vào bánh xe mẫu. Chú ý gắn thật chặt mẫu bánh xe tiếp xúc với bánh đá mài.  Cho bánh đá mài tiếp xúc với bánh xe mẫu. Cho máy chạy thử và mài 500 vòng quay.Sau đó lấy mẫu ra.  Làm sạch thật kĩ các vụn cao su trên mẫu.Đem cân trọng lượng của mẫu m0  Lắp bánh xe mẫu lên máy đo độ mài mòn, cho bánh đá mài tiếp xúc với bánh xe mẫu. Chỉnh bộ đếm số vòng về 0.Bắt đầu cho máy chạy và theo dõi cho đến khi đạt số vòng quay cần thiết là 3250 vòng. Trong khi máy chạy, bánh xe mẫu và bánh đá mài phải được làm sạch thường xuyên bằng chổi lông cứng.  Chú ý khi bánh xe mẫu bị mài mòn quá nhanh, cần phải theo dõi khi máy đang chạy, không để cho bánh đá mài va chạm trực tiếp vào vòng chêm bằng kim loại vì có thể làm hư hỏng hoặc vỡ bánh đá mài.  Khi đạt số vòng quay qui định, tắt máy lấy mẫu ra nâng bánh đá mài lên không cho tiếp xúc với bánh xe mẫu, làm sạch thật kỹ các vụn cao su trên mẫu, rồi cân khối lượng m3250.  Sử dụng cân đo tỷ trọng cao su để đo tỷ trọng d của mẫu bánh xe mài mòn. Tỷ trọng d cho bởi: trong đó: Pa – khối lượng mẫu trong không khí. Pe – khối lượng mẫu trong nước. g0 - gia trọng (trọng lượng của quả cân 1 hoặc 2 gam dùng khi d<1 ) giúp mẫu chìm trong nước. 3.5 Tính toán kết quả: Độ mài mòn cho bởi: V= Trong đó: V – độ mài mòn ( cm3/1,61km ) 12 M0 – khối lượng mẫu trước khi đo ( g ) M3250 – khối lượng mẫu sau khi mài mòn 3250 vòng quay ( g ) d – tỷ trọng hoặc trọng lượng riêng ( g/cm3 ). Chú thích về máy đo độ mài mòn Akron