какую температуру выдерживает резина автомобильной камеры

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

Источник

Из чего делают термостойкую резину

Многие элементы оборудования промышленного и бытового назначения при эксплуатации подвергаются нагреванию. Вследствие этого возникает потребность в использовании упругого материала для изготовления уплотнителей, прокладок, которые смогут эффективно работать при повышенных температурах.

Они должны также выдерживать механические и атмосферные нагрузки. Идеальные возможности, позволяющие обеспечить долговременную, бесперебойную работу механизмов, демонстрирует термостойкая резина.

Силиконы и каучуки

В отличие от обычных резиновых материалов, которые в процессе длительного применения претерпевают деструкцию уже при +150 ℃, негорючая продукция выдерживает +180 и даже + 280 ℃. Термостойкость такого уровня значительно расширяет сферу применения негорючей резины.

Продукции, имеющей свойства резины, существует немало, но термостойкими считаются всего два вида – силиконовые полимеры и фторированные каучуки.

Термостойкие материалы имеют следующие достоинства:

Силиконовые изделия дополнительно характеризуется экологической чистотой, абсолютной безопасностью. Вся термостойкая пищевая резина представляет собой кремнийорганические полимеры. Ее безопасность подтверждена результатами многократных испытаний, сертификатами международного образца.

Жаростойкая резина из фторированных каучуков при нагревании свыше 300 ℃ может выделять пары канцерогенов. Опасность испарения ядовитых веществ сохраняется даже после охлаждения полимера.

Поэтому сопроводительные рекомендации по использованию термостойких фторкаучуков обязательно содержат требование – не превышать температуру эксплуатации свыше 300 °С.

Термостойкость силиконовой продукции несколько выше. Особые виды могут сохранять свойства при +400 ℃.

Силиконовые материалы

Кремнийорганические полимеры служат основой для производства продукции авиа- и автомобилестроения, электротехники; разнообразных видов пищевого оборудования; многочисленных изделий медицинского и гигиенического назначения; детских товаров.

Термостойкая силиконовая резина выпускается в нескольких цветовых решениях, с различными показателями твердости.

Максимальная температура, которую вспененный материал переносит без изменений, меньше, чем показатели, допустимые для монолитов.

Пористые виды термостойкой силиконовой резины имеют очень хорошую способность амортизировать благодаря наличию многих мелких полостей с воздухом.

Монолитная и вспененная продукция выпускается в виде пластин, шнуров, профилей в обычном исполнении и вместе с зафиксированной липкой лентой. Клеевой слой обеспечивает надежное крепление к основе, герметизацию стыка.

Листы, рулонный материал из термостойкой силиконовой резины имеют следующую толщину: минимум — 1 мм, максимум — 60мм. Диапазон ширины пористой листовой продукции меньше.

Минимум составляет 2 мм, максимум – 10 мм. Вспененные термостойкие профили варьируются по толщине от 10 мм до 20 мм. Самоклеящиеся виды производятся с толщиной от 1 мм до 5 мм.

Термостойкие шнуры из силикона выпускают в нескольких видах: круглыми, квадратными и прямоугольными. Самые разнообразные размеры у термостойких силиконовых профилей.

Следует перед оформлением заказов внимательно обсудить все характеристики с поставщиками.

Фторированные каучуки

Фторорганические резины (каучуки) получают полимеризацией галогенпроизводных непредельных углеводородов. В качестве мономеров используют разные вещества.

Состав, структура исходного сырья определяют цифровые обозначения в маркировке. Так, например, продукция СКФ-26 сделана полимеризацией двух мономеров: дифторэтилена и гексафторпропилена.

Удивительные эксплуатационные качества фторкаучуки приобретают после вулканизации, в процессе которой происходит упрочение молекулы полимеров сшивками.

Термостойкий продукт выдерживает действие большинства органических растворителей, минеральных кислот, масел, топлива, окислителей. В некоторых сложных эфирах, кетонах фторкаучуки растворяются.

Это свойство нашло применение на практике. Раствор полимерной массы расфасовывают в тюбики и предлагают к продаже в качестве герметиков. После выдавливания субстанции растворитель улетучивается, образуется плотный изолирующий слой.

Фторированная резина прочна, долговечна, надежна. Диапазон рекомендуемых температур включает минимальное значение минус 40 ℃, максимальное — +200 ℃.

Резины, устойчивой к повышениям температур, представлены в продаже во всем многообразии. Планируя покупку, следует в деталях уточнить все требуемые характеристики.

Источник

Особенности нагрева шин при эксплуатации автомобиля

При эксплуатации автомобиля шины, установленные на его колеса, катятся под нагрузкой. При этом происходит нагрев шин. Особенности этого процесса в этой статье описывают ученные из Волгоградского государственного технического университета и Махачкалинского филиала МАДИ.

Особенности нагрева покрышки

Нагрев шины при ее качении происходит в основном в результате трения в материалах шины, поскольку потери на трение между частицами воздуха в шине ничтожно малы. Механическое и молекулярное трение между структурными элементами покрышки преобразуется в тепловую энергию, а трение о дорожное покрытие – также в тепло и износ протектора.

Температура в той или иной точке шины преимущественно определяется на основе баланса между количеством тепла, создаваемого в данной точке в каждую единицу времени, и возможностью отвода этого тепла.

Если разделить шину на сектора – немного большие, чем сектор, охватывающий пятно контакта шины с дорогой, то можно увидеть, что тепло выделяется в каждом секторе шины. Это происходит циклически только в небольшой промежуток времени, когда сектор приближается и проходит пятно контакта с дорогой. Затем каждый сектор остывает, передавая тепло окружающему воздуху до нового приближения к пятну контакта с дорогой.

В тех местах профиля шины, где толще резина и значительнее деформация, выделяется больше тепла. На температуру в данной точке шины оказывает также влияние теплообразование в смежных точках. Поэтому во время работы шина имеет различную температуру в каждой точке своего профиля. В начале движения колеса выделенное тепло идет на нагрев тела шины и частично рассеивается в окружающей среде. По мере дальнейшего движения температура шины повышается, и происходит перераспределение тепла между различными зонами профиля шины.

Как посчитать количество тепла при нагреве шины

Количество тепла, создаваемого в единицу времени в той или иной точке шины, определяется видом трения, величиной и скоростью деформации, а также температурой окружающей среды.

Величина трения зависит от свойств материала и загруженности элементов шины. Более нагруженные элементы шины при своей работе выделяют и больше энергии. Молекулярное трение обычно меньше механического трения между отдельными элементами. В тех местах, где не обеспечено хорошее молекулярное сцепление между резиной и кордом, т. е. где преобладает механическое трение, там при работе шины наблюдается быстрое локальное повышение температуры.

Потери на трение возрастают с увеличением деформации шины и скорости движения автомобиля, но уменьшаются с увеличением температуры. Отвод тепла от шины осуществляется благодаря конвекции, теплопроводности и теплоизлучению. Он усиливается при обдуве шины ветром и увеличивается с ростом скорости обдува.

В нормальных условиях работы колеса основная часть тепла отводится от шины конвекцией в атмосферный воздух, и лишь около 15% – теплоотдачей в сухое дорожное покрытие. Соотношение между теплом, отводимым в воздух и дорогу, зависит от многих факторов. В первую очередь, это соотношение зависит от разности температур между поверхностью шины и дороги, а также количества тепла, выделяемого в результате трения в контакте.

От чего зависит температура шины

Зависимости температуры в точках поперечного сечения шины при качении ее по барабану с различными постоянными скоростями, приведены на рис. 1.

Рис. 1. Зависимости температуры в точках поперечного сечения шины при качении ее по барабану с различными постоянными скоростями

Из рисунка 1 видно, что с повышением скорости в одних точках поперечного сечения шины температура увеличивается, а в других – уменьшается. При высоких скоростях движения колеса шина имеет максимальную температуру в сечении 1-3, расположенном посередине беговой дорожки протектора. Поэтому температуру шины оценивают либо средней температурой воздуха в шине, либо действительной температурой в заданной точке профиля шины. Последнюю измеряют обычными игольчатыми термопарами, специальными термисторами и тепловизорами.

Температура шины зависит от ее размера, температуры внешней среды, нагрузки, приходящейся на колесо, давления воздуха и скорости качения колеса. Влияют также конструкция шины, рисунок протектора и степень его износа, гистерезисные и тепловые характеристики шинных материалов, шероховатость. Не обходится без влияния ровности опорной поверхности дороги и интенсивность отвода тепла (обдува воздухом, движения по мокрой дороге, по снегу и льду и т.д.). Неустановившееся тепловое состояние шины, кроме того, зависит от времени качения в данном режиме.

Эксперименты и исследования

Экспериментальные зависимости температуры в различных точках камерной шины 8-15, от времени качения колеса по барабану с постоянной скоростью приведены на рисунке 2. На этом рисунке видно, что при скорости 160 км/ч температура в плечевой зоне протектора увеличивается до 135°С, а температура воздуха в камере примерно на 20°С ниже. Рост температуры продолжается приблизительно 10 минут, после чего она становится постоянной. Такой рост температуры, обусловлен высокой скоростью качения и быстрым разгоном барабана до этой скорости.

Рис. 2. Экспериментальная зависимость температуры шины от времени качения колеса по барабану с постоянной скоростью 160 км/ч, нагрузке 600 кгс, давлении воздуха 1,7 кгс/м 2 и температуре окружающего воздуха 38°С: 1 – температура протектора в плечевой зоне шины; 2 –температура воздуха в камере

В процессе эксплуатации шины редко достигают такой скорости и температуры. На рисунке 3а представлены эксплуатационные зависимости максимальной температуры воздуха внутри шины (для шин 11-12) от скорости при различной температуре окружающего воздуха, наличии или отсутствии ветра и различной нагрузке на шину.

Эксперименты проводились в лабораторных условиях при постоянном начальном давлении и двух значениях нормальной нагрузки (2 300 и 1 840 кгс). Испытания проводили при отсутствии обдува шины воздухом (кривые 1 и 4), при обдуве шины, когда температура окружающей среды достигала 25°С (кривые 2 и 6) и 5°С (кривые 3 и 6).

Рис. 3. Зависимости максимальной температуры воздуха внутри шины (для шин 11-12) от скорости:

а) – при различной нагрузке на шину и различной температуре окружающего воздуха, наличии или отсутствии обдува ветром, где: 1 – качение без ветра, G _к = 2300 кгс, температура воздуха 25ºС; 2 – тоже самое, но при ветре; 3 – при ветре, температура 5ºС; 4 – без ветра, G _к = 1840 кгс, температура 25ºС; 5 – тоже самое при ветре; 6 – тоже самое при температуре 5ºС;

б) – при различной слойности шины, где: 1 – при 14 слоях корда, 2 – при 12 слоях, 3 – при 10 слоях.

Выводы

Из рисунка 3а можно сделать следующие выводы:

– при одном и том же давлении воздуха уменьшение нагрузки на колесо на 20% значительно снижает температурный режим шины;

– снижение температуры окружающего воздуха даже на 20°С незначительно уменьшает температуру воздуха в шине;

– уменьшение нагрузки оказывает тем большее влияние на снижение рабочей температуры шины, чем выше скорость движения колеса;

– обдув шины ветром оказывает тем большее влияние на уменьшение ее температуры, чем больше она нагружена.

Из рисунка 3б видно, что чем больше слоев корда имеет покрышка, тем выше температура шины при той же скорости качения шины.

Таким образом, с повышением температуры шины все большее количество тепла рассеивается во внешней среде. После определенного времени движения колеса с постоянной скоростью шина приобретает такое распределение температуры, при котором устанавливается равновесие между притоком тепла и рассеиванием его во внешней среде. Наиболее высокая температура при этом наблюдается обычно в зоне брекера посередине беговой дорожки и в плечевых зонах шины.

Температура оказывает большое влияние на сопротивление качению и на срок службы шины. Повышение температуры шины приводит к существенному уменьшению гистерезисных потерь в ней. Это является положительным фактором с точки зрения уменьшения сопротивления движению. Зависимости коэффициента сопротивления качению и средней температуры шины от времени ее обкатки с постоянной скоростью показаны на рисунке 4.

Рис. 4. Зависимость коэффициента сопротивления качению и средней температуры шины от времени ее обкатки с постоянной скоростью, где: 1 – 10 км/ч; 2 – 30 км/ч; 3 – 60 км/ч.

Повышение температуры приводит к уменьшению прочности резины и корда. При повышении температуры от нуля до 100°С прочность капронового корда снижается примерно на 20%, а прочность резины и связь ее с кордом – примерно в 2 раза. Поэтому выбору оптимальной температуры, обеспечивающей малое сопротивление движению колеса и высокий срок службы шины, необходимо уделять серьезное внимание.

Температура считается опасной, когда при ней происходит процесс вулканизации и девулканизации резины, т. е. резкое изменение механических качеств резины и корда. В катящейся шине допускается температура 100 о С.

Температура от 100 до 120 о С называется критической, а выше 120 о С – опасной, поскольку может привести к быстрому разрушению шины. Начиная от критической температуры, возможно повреждение шины, особенно если температура будет держаться продолжительное время.

При повышенных температурах появляются явления усталости, которые обусловлены появлением и развитием на поверхности нитей капронового корда микродефектов. Уменьшение прочности резины и корда при повышении температуры приводит к отслоению протектора, расслоению и разрыву каркаса в местах с наибольшей температурой. Поэтому нельзя допускать нагрева шины выше 100 о С.

Гудков В.А., Рябов И.М., Гудков Д.В., Малинин Н.Н., Волгоградский государственный технический университет

Мамакурбанов М.М., Устаров Р.М., Махачкалинский филиал МАДИ

Источник

Предельные температуры резиновых уплотнений

Диапазон рабочих температур должен приниматься во внимание при проектировании, изготовлении и эксплуатации резиновых уплотнений. Приводимые в технической литературе и специализированных справочниках информация о предельных рабочих температурах резины основана на достаточно продолжительном сроке службы. Однако следует отметить, что некоторые жидкости разлагаются при температуре ниже максимальной предельной температуры эластомера, поэтому для уплотнительной системы необходимо учитывать температурные пределы как для самого уплотнения, так и для рабочей жидкости. При неудовлетворительной совместимости материала уплотнения с рабочей средой повышение температуры существенно снижает его надежность и долговечность в эксплуатации. Потеря герметичности при низких температурх может быть связана также с химическим воздействием жидкости, вызывающим усадку уплотнительного резинового кольца или манжеты.

Резины для высоких температур

Фторкаучуки [FPM] являются наиболее часто используемыми материалами для уплотнений, работающих при высоких температурах. Испытания уплотнительных изделий, изготовленных из этих эластомеров, демонстрируют срок службы до 700. 1000 часов при температуре воздуха около +200 градусов Цельсия. С повышением экстримальной температуры до +230 градусов Цельсия предельный срок службы уменьшается до 300 часов.

Влияние на работу уплотнения параметров окружающей (рабочей) среды должно быть обязательно учтено. В присутствии водяного пара фторкаучуки, как правило, имеют склонность к потере эластичности. В этих условиях эксплуатации рациональным решением является применение резиновых деталей на основе этилен-пропиленового каучука [EPM / EPDM].

Испытания на долговечность уплотнений из силиконовой резины [VMQ] подтверждают, что они обладают большей стойкостью к воздействию высокой температуры по сравнению с фторкаучуком, однако это справедливо для испытуемых образцов только при обеспечении необходимой циркуляции воздуха для их охлаждения.

Нитрильные резины [NBR / HNBR] обладают достаточно высокой термической и химической стойкостью в нефтепродуктах, имеют хорошие показатели износостойкости и применимы для уплотнений подвижных соединений. Некоторые модификации этих эластомеров способны выдерживать температуры до +135 градусов Цельсия при работе на воздухе, в маслах и нефтепродуктах.

Источник