Исследования температурной работы концевых участков рельсовых плетей бесстыкового пути, страница 4

Кроме этого о пороге хрупкости материала можно судить также по величине его модуля при исследуемой температуре. Изменение структурного состояния полимерного материала при изменении температуры характеризуется в первую очередь его температурой стеклования, т.е. температурой перехода полимера из высокоэластического состояния в стеклообразное. Поэтому для анализа хрупкости использовали релаксационные спектры.

Исследования методом релаксационной спектрометрии производили на обратном крутильном маятнике конструкции ИММС НАН Беларуси, управляемом ПЭВМ с помощью специально разработанной компьютерной программы . В ходе измерений непрерывно фиксировали тангенс угла механических потерь tgd и динамический модуль сдвига G¢. Крутильный маятник, схема которого представлена на рисунке 1, позволяет определить одну из важнейших характеристик вязкоупругого поведения полимеров – комплексный модуль. Образцы для исследований представляли собой пластины длиной 50 мм, шириной 4 мм и толщиной 1 мм. Сканирование по температуре в диапазоне от -150 до +300 оС позволяет получать релаксационные спектры, которые применяются для описания вязкоупругих свойств полимеров, а также для исследования физической структуры и природы релаксационных переходов.

Определение динамического модуля сдвига G и тангенса угла механических потерь tgd производили по формулам (4.4) и (4.5):

                                    ,                                    (4.4)

где J – момент инерции маятника,

τg – коэффициент, зависящий от формы и размеров образца,

Tk – период колебаний маятника с образцом,

Δk – декремент затухания маятника с образцом

Tо – период колебания маятника без образца;

                                        ,                              (4.5)

где νk – частота колебаний маятника с образцом,

      νо – частота колебаний маятника без образца,

     Δо – декремент затухания маятника без образца.

Целью настоящей работы является исследование возможностей использования метода динамической механической спектрометрии для анализа параметров морозостойкости полимерных материалов.

Для изготовления изолирующих деталей стыковых рельсовых скреплений широко используется ПЭНД, поэтому о морозостойкости исследуемых материалов судили по отличию их свойств от свойств ПЭНД при данной температуре. Основным параметром, влияющим на морозостойкость полимерного материала, является модуль сдвига материала, т.к. при понижении температуры происходит увеличение этого параметра, что сказывается на работоспособности детали. Это сопровождается увеличением жесткости и, как следствие, появлением хрупкости, что может привести к разрушению детали при ее нагружении. Поэтому целесообразно проведение сравнительных испытаний на морозостойкость различных материалов, чтобы определить их пригодность для изготовления подрельсовых прокладок. Порогом перехода в хрупкое состояние нами условно принято значение динамического модуля сдвига равное 10100 кг/c². Выбор этой величины обусловлен анализом динамического модуля сдвига ПЭНД, который используется в настоящее время для изготовления подрельсовых прокладок.

На рисунке 2 представлены релаксационные спектры исследованных материалов. На основании анализа релаксационных спектров получены температурные характеристики исследуемых материалов, представленные в таблице 4.1.

Одной из важных характеристик подрельсовых прокладок является сопротивление продольному перемещению рельса. Испытания по определению сопротивления продольному перемещению рельсов типа Р65 по подрельсовым прокладкам на железобетонных шпалах типа СБ, проведенные по методике, представлены в таблице 1.

Проведенные исследования показали, что наибольшую морозостойкость имеет ПУТ -60 ⁰С (кривая 3). Наименьшую морозостойкость имеет ПВХ -18оС, что значительно уступает многолетней минимальной температуре для условий Беларуси -41оС, поэтому укладка подрельсовых прокладок из ПВХ в путь не желательна. Наибольший модуль сдвига среди всех испытанных материалов имеет ПЭНД – 6017 кг/c², который обладает достаточной морозостойкостью -47оС, однако материал имеет невысокое сопротивление продольному перемещению рельсов, поэтому подрельсовые прокладки из него выпускаются для малодеятельных путей.

 

Рисунок 4.2 – Температурные зависимости тангенса угла механических потерь (a)  и динамического модуля сдвига (б) исследованных материалов

 1 – ПВХ, 2 - композиция на основе ПЭВД, 3 – ПУТ, 4 - ПЭНД.

 

Таблица 4.1 - Температурные характеристики исследованных материалов

Материал	Морозостойкость определенная исходя из величины модуля сдвига,оС	Морозостойкость, определенная по ударной вязкости, оС	Температура стеклования, оС	Модуль сдвига при 20 оС,	Сопротивление продольному перемещению рельса, кг
ПУТ	-60	-90	-58	-8	13,3-14,67
ПЭВД	-56	-55	-29	-75	11,7-12,4
ПЭНД	-47	-45	34	-617	9,15-9,85
ПВХ	-18	-20	-12	-123	7,85-8,5

Материал из композиции на основе ПЭВД имеет достаточную морозостойкость -56оС и высокое продольное сопротивление перемещению рельсов 11,7-12,4кг. Поэтому его необходимо рекомендовать для опытно-промышленной проверки в действующем пути

Таким образом, анализ данных, полученных при исследовании различных материалов, применяемых для изготовления подрельсовых прокладок, показывает, что для выбора конкретного материала следует применять комплексный метод, основанный на анализе физико-механических, триботехнических и релаксационных свойств полимерных материалов.