ГОСТ 13808-79: морозостойкость резины по эластическому восстановлению

Коэффициент Kв по ГОСТ 13808 меряет то, что нужно сжатому уплотнению на морозе: успевает ли резина вернуться, когда зазор увеличился.

Стандарт 1979 года проверяет восстановление после сжатия

ГОСТ 13808-79 «Резина. Метод определения морозостойкости по эластическому восстановлению после сжатия» заменил ГОСТ 13808-68, переиздан в 1988 году с изменением № 1 и по карточке стандарта действует. Сущность метода в формулировке стандарта: определяют способность образца, сжатого при 23 ± 2 °C и выдержанного при низкой температуре, восстанавливать высоту при этой низкой температуре после освобождения от нагрузки.

Последовательность повторяет жизнь уплотнения. Кольцо ставят в канавку и сжимают в тёплом цеху, потом узел остывает, а на морозе от вибрации, усадки металла или давления зазор меняется. Резина, которая на холоде потеряла эластичность, этого изменения не догоняет, и появляется течь.

Образец: цилиндр 10 × 10 мм, не меньше трёх штук

Цилиндр высотой 10,0 ± 0,2 мм получают вулканизацией в гнезде диаметром 10,0 ± 0,2 мм либо вырезают из пластины вращающимся ножом диаметром 10 мм, и способ записывают в протокол. Для смеси, из которой потом формуют кольца, первый путь точнее отражает деталь, для пластины под вырубку прокладок подходит второй. На одну температуру нужно минимум три цилиндра без трещин, раковин и включений. Перед замером их зачищают от заусенцев и держат при 23 ± 2 °C не меньше 3 часов в тени, а паузу после вулканизации берут по ГОСТ 269-66.

Прибор сжимает, охлаждает и меряет высоту в криостате

Прибор состоит из опорной и сжимающей плит, измерителя высоты с погрешностью не больше 0,05 мм и криостата со спиртом, охлаждаемым твёрдой углекислотой или жидким азотом. Измерительное усилие на образец не больше 0,98 Н, сжатие и освобождение занимают не больше 30 секунд каждое. Криостат держит температуру от 0 до −70 °C с погрешностью регулирования ±1 °C. Погрешность термометра ±1 °C до −40 °C и ±1,5 °C от −41 до −70 °C, датчик стоит на уровне образца.

Температуру испытания выбирают из ряда 0; −10; −25; −40; −50; −55; −60 и −70 °C, допускаются и другие. Для каждой марки резины её задаёт документация на резину.

Порядок испытания укладывается в 8 минут на холоде

Плиты прибора охлаждают в криостате не меньше 10 минут, вынимают и вытирают. Образец кладут между холодными плитами, меряют исходную высоту h₀, сжимают до h₁ с деформацией 20 ± 2 %. Сжатый образец опускают в криостат, уровень спирта не меньше 25 мм над ним, и после выхода на температуру выдерживают 5,0 ± 0,5 минуты. Затем нагрузку снимают, не вынимая образец, и через 3,00 ± 0,25 минуты в тех же условиях меряют высоту h₂.

Метод ГОСТ 13808-79 оценивает быструю потерю эластичности резины при охлаждении: пять минут на холоде под сжатием и три минуты на восстановление коротки по сравнению с сутками в реальном узле. Медленную кристаллизацию некоторых каучуков, например натурального и хлоропренового, при длительной выдержке на морозе такой короткий цикл может не показать. Для узла, который стоит на морозе неделями, Kв дополняют данными о морозостойкости после длительной выдержки.

Коэффициент Kв считают по трём высотам

Kв = (h₂ − h₁) / (h₀ − h₁). Числитель показывает, на сколько образец поднялся после снятия нагрузки, знаменатель, на сколько его сжали. Результат округляют до второго знака после запятой и усредняют по всем образцам.

Правила отбраковки зависят от величины. При Kв 0,50 и больше каждое значение не должно отличаться от среднего больше чем на 10 %. При Kв меньше 0,50 допустимое отклонение 0,05 в абсолютных единицах. Образцы с большим отклонением исключают, но в расчёте должно остаться не меньше трёх. Метод рекомендован при Kв не меньше 0,20.

Пример: h₀ = 10,00 мм, сжатие на 20 % до h₁ = 8,00 мм. После 3 минут на −40 °C высота h₂ = 9,10 мм. Kв = (9,10 − 8,00) / (10,00 − 8,00) = 1,10 / 2,00 = 0,55. Образец вернул 55 % сжатия, а 45 % осталось замороженной деформацией.

Что показывает коэффициент морозостойкости по ГОСТ 13808-79?

Коэффициент морозостойкости по эластическому восстановлению Kв по ГОСТ 13808-79 показывает, какую долю сжатия резиновый образец вернул при низкой температуре за 3 минуты после снятия нагрузки. Образец 10 × 10 мм сжимают на 20 % при 23 °C, выдерживают 5 минут на морозе и освобождают. Kв = 1 означает полное восстановление, Kв = 0 означает, что резина замёрзла в сжатом виде. Метод рекомендован при Kв от 0,20.

Kв переводят в запас натяга кольца на морозе

Пример с условными допущениями: кольцо сечением 5,33 мм в неподвижном соединении сжато на 20 %, то есть на 1,07 мм. Зимой зазор между фланцами увеличился на 0,30 мм из-за усадки металла и подвижки крепежа. Чтобы контакт сохранился, резина должна вернуть хотя бы 0,30 / 1,07 = 28 % сжатия, то есть Kв при этой температуре нужен не меньше 0,28, а с запасом на старение и разброс партии 0,4 и выше.

Расчёт грубый: в реальной канавке сжатие длится месяцами, а не 5 минут, и часть его переходит в остаточную деформацию. Но он показывает порядок требования и отсеивает марку с Kв = 0,15 при −40 °C для узла, где зазор на морозе «дышит». Для неподвижной крышки, где зазор не меняется, требование мягче.

Три стандарта на мороз отвечают на разные вопросы

Растяжение по ГОСТ 408-78 и сжатие по ГОСТ 13808 нагружают резину по-разному, поэтому К и Kв одной смеси при −40 °C могут оказаться далеко друг от друга и пересчитать одно в другое нельзя. Температура хрупкости по ГОСТ 7912 отвечает на вопрос, когда резина треснет от удара, а кольцо начинает травить среду намного раньше. Из протокола или ТУ берут ту строку, нагружение в которой совпадает с работой детали в узле.

Морозостойкость кольца без Kв при нужной температуре не обещаем

Для уплотнительных колец и прокладок, которые работают на улице или в холодильном оборудовании, мы указываем в КП марку резины и нижнюю температуру по её документу с методом, по которому она задана. Если для марки известен только К по ГОСТ 408, а узел работает на сжатие, пишем это прямо. Рабочую границу «до −50 °C» без указания показателя и метода в КП не ставим.

Общий выбор каучука под мороз описан для морозостойкой резины; здесь важнее строка в КП: показатель, температура, значение, стандарт. Если подтверждения нет, для ответственного узла предлагаем испытание образцов из той же смеси при вашей температуре.

Данные для подбора резины под мороз

Чтобы подобрать материал под холод, сообщите размеры кольца и канавки или чертёж, самую низкую температуру в узле и её длительность: ночь, неделя или вся зима. Важно, двигается ли соединение, какая среда и давление, и при какой температуре прежнее уплотнение начинало течь. По этим данным ясно, нужен ли подтверждённый Kв при конкретной температуре или узлу хватит ориентира по марке.