Морозостойкость резины по ГОСТ 408-78: коэффициент морозостойкости и методы испытаний

Протокол испытания на мороз приходит к снабжению вместе с партией смеси, иногда к спору о треснувшем уплотнении. В нём стоит число вроде 0,35 и температура −40 °C. Чтобы понять, хватит ли этого вашему узлу, нужно знать, что именно измеряли, а стандарт ГОСТ 408-78 измеряет податливость резины при растяжении, а не её прочность и не момент, когда она колется.

ГОСТ 408-78 действует и описывает два метода растяжения

Стандарт «Резина. Методы определения морозостойкости при растяжении» введён с 1 января 1980 года взамен ГОСТ 408-66, метод Б с 1 июля 1981 года. Действующий текст включает изменение № 1 1984 года, в каталоге files.stroyinf.ru стандарт числится действующим, полный текст есть на meganorm.ru. Метод А относится к резине, резиновым изделиям и латексным плёнкам, метод Б к резине и изделиям.

Суть обоих методов одинакова. Образец растягивают постоянной нагрузкой при +23 °C и запоминают удлинение, потом охлаждают в жидкостном криостате и прикладывают ту же нагрузку. Чем меньше удлинение на холоде, тем сильнее резина задубела. Норм стандарт не задаёт: допустимое значение и температуру испытания указывают в документе на резину или изделие.

Метод А даёт коэффициент К при одной температуре

Для метода А берут лопатки типа I или II по ГОСТ 270, укороченные до 50 мм, или полоски шириной 6 или 3 мм с рабочим участком 25 мм, вырубленные из пластин толщиной 1 или 2 мм. Образцов не меньше трёх, для колец из латексной плёнки не меньше пяти. Перед испытанием образец трижды растягивают на 150 % и дают ему отдохнуть 5 минут, чтобы снять эффект первого растяжения.

Затем подбирают нагрузку, под которой образец за 300 секунд растягивается на 100 %, а для малоудлиняющихся резин на 50 %. С этой нагрузкой снимают удлинение l1 при +23 °C. Потом образец выдерживают 300 секунд в криостате при температуре испытания, снова нагружают и через 300 секунд читают удлинение l2. Коэффициент К равен l2, делённому на l1, и округляется до 0,01. Метод применяют при К не ниже 0,20.

Пример (условные цифры): при +23 °C образец удлинился на 25 мм, при −40 °C под той же нагрузкой на 9 мм. К = 9 / 25 = 0,36. Резина при −40 °C тянется почти втрое хуже, чем в цеху, но ещё не превратилась в стекло.

Метод Б строит кривую жёсткости и даёт температуры Т2–Т100

Метод Б работает на малых деформациях. Полоска шириной 5 мм, толщиной 2 мм и длиной рабочей части 50 или 100 мм растягивается на 10 % за 30 секунд, удлинение меряют индикатором с ценой деления 0,01 мм. Испытание начинают при температуре на 5–10 °C ниже температуры стеклования резины. Если она неизвестна, стандарт разрешает принять её равной температурному пределу хрупкости, и это единственное место, где хрупкость входит в ГОСТ 408-78.

От этой точки образец отогревают со скоростью 5 °C за 300 секунд и через каждые 5 °C повторяют нагружение. На каждой температуре считают модуль эластичности, а коэффициент К как отношение модуля при +23 °C к модулю при низкой температуре. По кривой находят температуры, при которых модуль вырос в 2, 5, 10 и 100 раз; им соответствуют К = 0,50, 0,20, 0,10 и 0,01. Средние значения Т2, Т5, Т10 и Т100 округляют до целого градуса.

Условный пример кривой одной смеси: К = 0,75 при −20 °C, 0,50 при −30 °C, 0,30 при −38 °C, 0,10 при −45 °C. Отсюда Т2 = −30 °C и Т10 = −45 °C. Между ними 15 градусов, и именно в этой зоне уплотнение из такой смеси постепенно перестаёт успевать за движением и тепловым сжатием металла.

Коэффициент К и температура хрупкости отвечают на разные вопросы

Температурный предел хрупкости определяют по другому стандарту, ГОСТ 7912-74: охлаждённый образец изгибают ударом и ищут самую низкую температуру, при которой он не разрушается. Каталог files.stroyinf.ru приводит оговорку самого стандарта: предел хрупкости может не совпадать с предельной температурой работоспособности изделий. Обычно хрупкость наступает заметно ниже, чем резина перестаёт уплотнять.

Как эти числа переводят в рабочую границу прокладки и кольца, и какой запас брать для подвижного и неподвижного узла, видно по разбору морозостойкой резины для уплотнений. Здесь достаточно правила: цифру мороза без названия стандарта и метода в заявку не переносят.

Что такое коэффициент морозостойкости резины по ГОСТ 408-78?

Коэффициент морозостойкости резины по ГОСТ 408-78 равен отношению удлинения образца на холоде к его удлинению при +23 °C под той же нагрузкой. Значение 1 означает, что холод резину не изменил, значение 0,2 означает, что она тянется в пять раз хуже. Коэффициент имеет смысл только вместе с температурой испытания и методом, А или Б, указанными в протоколе.

Определяет ли ГОСТ 408-78 температуру хрупкости резины?

ГОСТ 408-78 температуру хрупкости резины не определяет: её находят ударным изгибом по ГОСТ 7912-74. В методе Б стандарта 408-78 хрупкость упоминается только как замена неизвестной температуры стеклования, от которой начинают отогрев образца. Температуры Т2–Т100 метода Б описывают рост жёсткости, а не разрушение, и для уплотнения они ближе к рабочей границе, чем предел хрупкости.

Результаты сравнивают только при одинаковых образцах и режиме

Пункт 1.5.3 стандарта прямо ограничивает сравнение: сопоставимы результаты, полученные на образцах с одинаковыми рабочими участками, при одной температуре испытания и одинаковом номинальном удлинении при +23 °C. Значит, К = 0,36 при растяжении на 100 % и К = 0,36 при растяжении на 50 % описывают разные свойства.

Разброс тоже нормирован. При К от 0,50 каждое значение не должно отличаться от среднего больше чем на 10 %, при К ниже 0,50 больше чем на 0,05. Значения за пределами отбрасывают, оставшихся образцов должно быть не меньше трёх. Если в протоколе один образец или отбраковка не показана, результат для приёмки слабый.

Протокол испытания по ГОСТ 408-78 читают по составу строк

Для метода А протокол по пункту 1.5.4 называет даты вулканизации и испытания, обозначение резины, тип и число образцов, тип прибора, толщину, нагрузку, температуру испытания, удлинения каждого образца при +23 °C и на холоде, коэффициенты и их среднее. Для метода Б к этому добавляются площадь сечения, модули эластичности при всех температурах и средние Т2, Т5, Т10, Т100.

Образцы стандарт вырубает из пластин толщиной 1–2 мм, и для заказчика деталей это существенно. Если коэффициент получен на пластине той же смеси, он характеризует смесь, а не формовую манжету с толстой стенкой. Для детали из резины с текстильным слоем или металлом образец и способ его изготовления должен определять документ на изделие.

Мороз в заявке задают через метод и температуру, а ресурс подтверждают испытанием

Изготовитель уплотнения не обещает работу при −50 °C по одному паспортному числу. Сначала в заявке разделяют то, что известно: минимальная температура узла при пуске, движется ли деталь, сжата ли она в тепле до охлаждения. Потом подбирают смесь, у которой коэффициент или TR10 при этой температуре подтверждён протоколом. Если подтверждения нет, в КП пишут материал как предложение с оговоркой о пробной зимовке или испытании пластины-свидетеля по ГОСТ 408-78.

Для техники, которая зимует на улице, такие оговорки особенно важны: подготовку уплотнений к морозам и выбор смеси для гидроцилиндров спецтехники делают по самой холодной точке пуска. Прочность резины при растяжении по ГОСТ 270 на холод ничего не говорит, её в этой строке не используют.

Данные для подбора резины под мороз

Пришлите изготовителю минимальную температуру в узле и как долго узел стоит на ней, тип детали (неподвижная прокладка, кольцо, манжета, уплотнитель двери), среду (масло и топливо меняют поведение смеси на холоде) и требование из вашей документации, если оно есть, с методом и температурой. По этим данным подбор материала идёт от условия, а не от слова «морозостойкая» в каталоге. Строку о коэффициенте морозостойкости и методе испытания мы переносим в КП дословно, чтобы при приёмке было по чему проверять партию.