Файл: Восстановительный ремонт шин..pdf

рактер отшерохованной поверхности. При этом наличие более или менее развитого микрорельефа приводит к увеличению площади поверхности, а, следовательно, и площади контакта при соединении резины с резиновой смесью.

Обычно количественно учесть увеличение поверхности контакта в результате шероховки вулканизованной резины невозможно. Поэтому экспериментально определяемое значение прочности связи при испытаниях на отрыв (давление адгезии по Б. В. Дерягину или при испытаниях на расслаивание (удельная работа адгезии

Рис. IV.1. Вид поверхности резины, отшерохованной различными ин­ струментами:

а — шероховальной фрезой с притупленными зубьями; б — дисковой проволочной щеткой.

относят к номинальной площади контакта, т. е. к площади попереч­ ного сечения испытываемого образца, например:

где F — нагрузка, вызывающая отрыв, кгс; S„ — номинальная площадь кон­ такта, см2; А — сопротивление отрыву (номинальное давление адгезии), кгс/см-.

Между тем адгезионное взаимодействие протекает на истинной поверхности контакта приведенных в соприкосновение материалов. Если соотношение между истинной и номинальной площадью кон­ такта характеризовать с помощью коэффициента

то сопротивление отрыву можно выразить, как

где а — истинное давление адгезии, определяемое природой контактирующих ма­ териалов.

Возможности увеличения поверхности контакта в результате механической обработки (шероховки) можно рассмотреть, моде­ лируя неровности отшерохованной поверхности набором одинаковых геометрически правильных тел (полусфер, конусов, пирамид, призм,

ности к одной из таких моделей может служить коэффициент увеличения геометрической площади поверхности К г — Sr/SH, причем К г > 1 и К г ^ Кф. Площадь модельной поверхности, образованной полуцилиндриче­ скими или полусферическими выступами в 1,6—1,9 раза больше номинальной. Однако можно получить еще большее увеличение геометрической поверхности, если предположить, что поверхность

Щ

Рис. IV.3. Модели отшерохованной поверхности вулканизата с неров­ ностями различных порядков:

а — неровности I порядка; б — неровности I и И порядков.

каждого из выступов (неровностей 1 порядка) образована более мелкими выступами той же или другой геометрической формы (неровностями II порядка), как схематически показано на рис. IV.3. В этом случае суммарная геометрическая площадь равна:

а размеры основания вторичных выступов намного меньше, чем

116

неоднократно. Если при этом геометрия выступов повторяется каждый раз, то полная геометрическая площадь поверхности опре­ деляется выражением

Рис. IV.4. Профилограммы поверхности вулкани­ зованной резины, отшерохованной различными инструментами (увеличение Х25):

а — проволочной дисковой щеткой; б — наборной фрезой из секторных пилок; в — наборной фрезой из секторных пилок и щеткой; г — гвоздевым рашпилем; 9 — лопастной фрезой.

соотношения (7) заключается в том, что оно указывает на целе­ сообразность создания за счет последовательной обработки (шеррховки) разными инструментами или другим путем грубого и тонкого рельефов поверхности.

На рис. IV.4 показаны профилограммы отшерохованных поверх­ ностей вулканизованной резины, а на рис. IV.5 — фотографии их поперечных и продольных срезов. Видно, что почти во всех случаях на поверхностях имеются неровности различных порядков

(I, II, III).

117

Из сказанного выше, следует что должна существовать пропор­ циональная зависимость или хотя бы корреляция между прочностью связи и удельной поверхностью отшерохованного слоя. В табл. IV. 1

Рис. IV.5. Микрофотографии поперечных (а) и продольных (б) срезов покрышек отшерохованных различными способами (увеличение Х5):

I — зубчатой фрезой; II — гвоздевым рашпилем; I II — лопастной фрезой; Л ' — наборной фрезой из секторных пилок; V — дисковой проволочной щеткой; V/ — последовательно на­

борной фрезой и проволочной щеткой.

характеристики микрорельефа, полученного при различных спосо­ бах шероховки, сопоставлены с прочностью между наложенным и «старым протектором в восстановленных шинах. Как видно из этих

118

еще недостаточно для обеспечения высоких значений истинной поверхности контакта. Площадь истинной поверхности контакта зависит не только от Sr, но и от свойств соприкасающихся материа­ лов и условий контакта — действующей нагрузки и времени (для несовершенно упругих материалов).

Известно, что при контакте двух твердых тел площадь контакта значительно меньше не только истинной (геометрической) площади поверхности соприкасающихся материалов, но и номинальной пло­

и упруго-вязким адгезивом (резиновой смесью) вследствие его пла­ стического течения может быть названо явлением пластического контакта.

Образование поверхности контакта, вероятно, можно разделить на два этапа. В первый момент при соприкосновении контактиру­ ющих поверхностей (их наиболее высоких неровностей) под дейст­ вием нормальной нагрузки N в адгезиве возникают упругие дефор­ мации и образуется какая-то начальная (относительно малая) по­ верхность контакта S0. Дальнейшее развитие пластического контакта определяется реологическими свойствами контактирующих материа­ лов и продолжительностью действия нормальной нагрузки.

Если считать выступы поверхности субстрата недеформиру­ емыми, процесс развития пластического контакта между вулканизатом и резиновой смесью можно рассматривать как погружение

в упруго-вязкий адгезив единичного выступа определенной геоме­ трической формы (полусфера, полуцилиндр, призма, конус, пира­ мида). Для получения приближенного решения этой задачи можно

121

воспользоваться методом, использованным И. В. Крагельским для анализа реологических явлений при трении, применив для описания свойств упруго-вязкого адгезива широко известное дифференци­ альное уравнение Максвелла:

где h — среднее значение прогиба, см; р — среднее значение контактного давле­ ния, кгс/см2; V — коэффициент упругости, кгс/смэ; t — время, с; р — коэффи­ циент вязкости, кгс • с/смэ.

Зависимость площади поверхности погруженной части единич­ ного выступа (поверхность контакта) от глубины его погружения можно выразить эмпирическим соотношением:

где Ь и п — коэффициенты, зависящие от геометрии выступа.

Среднее давление р в зоне контакта, обусловленное действием постоянной нагрузки N, изменяется обратно пропорционально площади контакта:

Решая уравнение Максвелла (8) при условиях (10) и (И), после интегрирования от 0 до t получаем для зависимости между коэф­ фициентом полноты соприкосновения и продолжительностью кон­ такта следующее выражение:

где Kt — коэффициент полноты соприкосновения, достигаемый за время t, причем 1 Kt К а\ К 0 — коэффициент полноты соприкосновения в началь­

ный момент, который зависит от упругих свойств среды и может быть определен

п

.г ( N \ п+ 1

из соотношения К 0 — \

Таким образом, коэффициент полноты соприкосновения является сложной функцией времени и действующей нормальной нагрузки. На рис. IV.8 и IV.9 представлены экспериментальные данные по зависимости прочности связи между вулканизатом и невулканизо­ ванной резиновой смесью от нагрузки при дублировании и продол­ жительности ее действия.

Можно показать, что приведенные на рис. IV.8 и IV.9 экспе­ риментальные данные приближенно описываются с помощью выра­

122