ГОСТ 270: прочность резины при растяжении

Стандарт называется «Резина. Метод определения упругопрочностных свойств при растяжении». Он введён с 1 января 1978 года взамен ГОСТ 270-64, утверждён постановлением Госстандарта СССР № 439 от 3 февраля 1982 года, ограничение срока действия снято в 1992 году, а текущее издание включает изменения № 1–3 (текст на meganorm.ru). В информационных данных указано, что он соответствовал СТ СЭВ 2594-80 и международному ИСО 37-76.

ГОСТ 270-75 действует, рядом работает ГОСТ ISO 37-2020

Документ не отменён и остаётся межгосударственным: на него по-прежнему ссылаются стандарты на изделия, например ГОСТ 18829-2017 на уплотнительные кольца. Параллельно с 1 января 2022 года действует ГОСТ ISO 37-2020, идентичный ISO 37:2017, и национальный ГОСТ Р 54553-2019 на тот же показатель. ГОСТ ISO 37-2020 заменил ГОСТ ISO 37-2013, а не ГОСТ 270-75, так что в одной стране сейчас есть два метода, дающих близкие, но не равные цифры.

Какой из них применять, решает документ на изделие. Если в стандарте на кольцо, пластину или манжету написано «по ГОСТ 270», протокол по ISO 37 формально не подтверждает норму, и наоборот. Импортные паспорта почти всегда ссылаются на ISO 37 или ASTM D412, отечественные на ГОСТ 270-75, поэтому при сравнении поставщиков номер метода смотрят раньше, чем саму цифру.

Метод даёт три основных показателя и ни одной нормы

По вводной части и разделу 5 стандарт определяет условную прочность при растяжении, относительное удлинение при разрыве и условное напряжение при заданном удлинении. Пункт 5.7 рекомендует как дополнительные характеристики истинную прочность и истинное напряжение, а приложение 2 описывает относительную остаточную деформацию после разрыва.

Слово «условная» означает, что сила делится на сечение до испытания, хотя к моменту разрыва образец заметно утончается. Поэтому истинная прочность всегда в несколько раз выше условной, а в паспортах пишут условную: её проще получить и сравнить.

Образец задаёт результат сильнее, чем резина

Пункт 1.1 допускает образцы двух форм, двустороннюю лопатку и кольцо, а выбор формы, типа и способа изготовления отдаёт документации на изделие. Лопатки бывают шести типов, они различаются длиной и шириной узкой части.

Лопатки вырубают из вулканизованных пластин толщиной (1,0 ± 0,2) или (2,0 ± 0,2) мм, образцы из готовых изделий могут быть толщиной до 3 мм. Разнотолщинность в узкой части не больше 0,1 мм. Кольцевые образцы имеют внутренний диаметр 44,6 мм и наружный 52,6 мм при толщине 4,0 или 6,0 мм, есть и малое кольцо 8,0 на 10,0 мм толщиной 1,0 мм. По пункту 1.13 кольца, вырубленные из пластины и отформованные в пресс-форме, между собой не сопоставимы.

Отсюда практический вывод для паспорта: без строки «тип I, толщина 2 мм» цифра прочности неполная. Тот же ГОСТ 18829-2017 прямо указывает, на каком образце проверять кольцевые резины: тип I толщиной 2,0 мм для одних групп и 1,0 мм для других, толщина зависит от группы резины колец по ГОСТ 18829.

Испытание идёт при 23 °C и скорости 500 мм/мин

Раздел 2 требует разрывную машину с погрешностью измерения силы не больше ±1 %, ходом активного захвата не меньше 1000 мм и скоростью (500 ± 50) или (1000 ± 50) мм/мин. Длинный ход нужен потому, что резина до разрыва растягивается в несколько раз. Удлинение меряют по меткам, которые наносят штампом с шириной кромок до 0,5 мм.

Перед испытанием образцы выдерживают и кондиционируют по ГОСТ 269-66, для образцов из готовых изделий выдержка после вулканизации не меньше 6 часов. Испытывают при (23 ± 2) °C. Для горячих узлов стандарт допускает ряд повышенных температур: 70, 100, 125, 150, 200 и 250 °C, при этом лопатку прогревают в камере не меньше 3 минут, кольцо не меньше 5 минут. Как ориентир для марок общего назначения, при +100 °C прочность резины заметно ниже, чем при +23 °C, и паспорт с одной комнатной цифрой ничего не говорит о поведении детали в горячем масле.

Расчёт прочности и удлинения по формулам раздела 5

Формулы стандарта простые, и их полезно один раз пересчитать самому, чтобы читать протоколы. Пример: лопатка типа I, ширина узкой части 6,0 мм, средняя толщина 2,0 мм, сечение 12 мм². Сила в момент разрыва 150 Н, расстояние между метками выросло с 25 до 100 мм.

По пункту 5.9 прочность в протоколе округляют до десятых долей МПа, удлинение до десятков процентов. Сравним пример с нормой: для резины группы 0 колец по ГОСТ 18829-2017 требуется не меньше 12,3 МПа и 250 %, так что такой образец норму проходит, хотя и с небольшим запасом по прочности.

Пять образцов, отбраковка по 10 % и медиана

Пункт 1.14 требует испытать не меньше пяти образцов. Результатом по пункту 5.8 служит среднее арифметическое, но значения, отклоняющиеся от среднего по прочности больше чем на 10 %, отбрасывают и считают среднее заново по оставшимся. Если осталось меньше трёх, испытание повторяют. Разрыв за пределами узкой части по пункту 4.7 в расчёт не берут вовсе.

Пример: пять лопаток дали 12,5; 12,1; 13,0; 10,6 и 12,4 МПа. Среднее 12,1 МПа, допустимый коридор от 10,9 до 13,3 МПа, значение 10,6 в него не попадает и исключается. Среднее по четырём оставшимся 12,5 МПа. Медиана тех же пяти чисел 12,4 МПа: её стандарт тоже допускает, но только если это записано в документации на резину, а приложение 4 показывает, как её считать.

Разница в 0,1–0,4 МПа выглядит мелкой, но при норме 12,3 МПа она решает, принята партия или нет. Поэтому способ подсчёта стоит в протоколе отдельной строкой.

ГОСТ 270 и ISO 37 расходятся в деталях, которые меняют цифру

Оба метода растягивают лопатку до разрыва, но набор образцов и правила подсчёта у них разные. Цифры из импортного и отечественного паспорта поэтому сравнивают с поправкой на метод.

Для заказа из этого следует одно правило. Если норма в чертеже взята из импортного листа данных по ISO 37, а лаборатория изготовителя испытывает по ГОСТ 270-75, в КП метод указывают явно, а спорную партию проверяют тем методом, по которому записана норма.

Протокол испытания проверяют по пункту 5.11

Стандарт перечисляет, что должно быть в протоколе: обозначение резины и режим вулканизации, тип, число и способ заготовки образцов, температура и скорость испытания, тип машины, способ измерения удлинения, толщина, ширина и сечение, силы при заданном удлинении и при разрыве, удлинение, прочность, напряжение при заданном удлинении, среднее или медиана, дата и номер стандарта. Протокол без половины этих строк годится как справка, но не как доказательство при рекламации.

Паспорт качества на партию обычно короче протокола и содержит итоговые цифры с номером метода. Паспорт и сертификат относятся к разным документам на резину, и снабжению реально нужен не каждый из них.

Строка о прочности в КП на резиновую деталь

Коммерческое предложение на деталь из резины не обязано содержать прочность при растяжении: для большинства прокладок и колец важнее твёрдость, набухание в среде и остаточная деформация. Если же прочность нужна, в КП её пишут целиком, вместе с методом и образцом, иначе цифру нельзя проверить.

Схема сводится к двум вопросам. Первый: задана ли норма прочности в стандарте на изделие или в чертеже. Если да, в КП ставят ссылку на этот документ и метод ГОСТ 270-75 с типом образца. Второй, если нормы нет: растягивают ли деталь при монтаже или работает ли она в динамике. Если да, прочность и удлинение запрашивают в паспорте закладки смеси. Если нет, достаточно твёрдости и стойкости к среде, а прочность идёт справочно.

Для полной строки КП нужны пять элементов: марка смеси или материал, например маслобензостойкая резина NBR, значение прочности и удлинения «не менее», метод ГОСТ 270-75 или ГОСТ ISO 37-2020, тип и толщина образца, основание: «по спецификации заказчика» или «по паспорту смеси изготовителя». Последняя строка отделяет требование заказчика от предложения изготовителя, и при подборе материала по условиям работы она особенно нужна.

Когда прочность при растяжении для уплотнения вторична

Неподвижная прокладка во фланце почти не растягивается, и разрыв ей не грозит. Её срок определяют стойкость к среде, проверяемая по ГОСТ 9.030-74, и остаточная деформация сжатия. Прочность здесь показывает лишь общее качество смеси: две резины одной твёрдости с прочностью 4 и 10 МПа обычно различаются долей наполнителя.

Иначе обстоит дело с деталями, которые растягивают. Кольцо, надеваемое на вал через бурт, манжета, растягиваемая через шток, мембрана и сильфон работают с удлинением, и здесь прочность и удлинение при разрыве прямо влияют на брак при сборке. Для таких формовых РТИ по чертежу норму прочности задают в чертеже, а твёрдость, которую можно проверить на месте, как показано в инструкции по замеру твердомером, служит быстрой входной проверкой.

Какой стандарт заменил ГОСТ 270-75?

ГОСТ 270-75 ничем не заменён и действует с изменениями № 1–3. Параллельно действуют ГОСТ ISO 37-2020, введённый с 1 января 2022 года вместо ГОСТ ISO 37-2013, и ГОСТ Р 54553-2019. Выбор метода определяет документ на изделие: если в нём указан ГОСТ 270, испытание ведут по нему, если ISO 37, то по ГОСТ ISO 37-2020. Результаты двух методов близки, но не тождественны.

Что такое условная прочность при растяжении?

Условная прочность при растяжении по ГОСТ 270-75 равна силе, разорвавшей образец, делённой на площадь его сечения до испытания, и выражается в МПа. Слово «условная» указывает, что утончение образца при растяжении не учитывается. Для резин общего назначения это обычно единицы или десятки МПа, конкретную норму задаёт стандарт на изделие, например не меньше 12,3 МПа для резины группы 0 колец по ГОСТ 18829-2017.

Сколько образцов испытывают по ГОСТ 270?

Образцов по ГОСТ 270-75 испытывают не меньше пяти из одной закладки смеси, одной пластины или одного изделия. Значения, отклонившиеся от среднего по прочности больше чем на 10 %, исключают и пересчитывают среднее; если осталось меньше трёх образцов, испытание повторяют. Разрыв вне узкой части лопатки не учитывают. По ГОСТ ISO 37-2020 минимум три образца и результат по медиане.

Если вы заказываете деталь, где прочность критична, пришлите вместе с чертежом действующую норму из документа на изделие с номером метода, а если её нет, назовите монтажное растяжение и режим работы: тогда материал подбирают с запасом по удлинению, а не по одной цифре прочности.