基于硫化橡膠力學(xué)性能試驗(yàn)的因素指標(biāo)分析

曾志斌

摘 要：本文基于針對(duì)硫化橡膠的邵氏硬度和拉伸性能試驗(yàn)進(jìn)行了結(jié)果分析，列舉了試樣尺寸、取樣方向、讀數(shù)時(shí)間、試驗(yàn)速度和停放時(shí)間等因素，并分析了這些因素對(duì)邵氏硬度和拉伸性能試驗(yàn)結(jié)果的影響。

關(guān)鍵詞：硫化橡膠 邵氏硬度 拉伸性能

中圖分類號(hào)：TQ330 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2014）05（b）-0229-02

橡膠制品在現(xiàn)代工業(yè)中的應(yīng)用廣泛，在試驗(yàn)工作中對(duì)于橡膠物理力學(xué)性能就會(huì)嚴(yán)格要求其達(dá)到相應(yīng)指標(biāo)。為了了解其力學(xué)性能，控制和調(diào)整生產(chǎn)工藝及評(píng)定產(chǎn)品的達(dá)標(biāo)情況和硫化情況，設(shè)計(jì)邵氏硬度和拉伸性能都是橡膠物理性能試驗(yàn)中重要的必不可少的項(xiàng)目。并且在試驗(yàn)中減少影響試驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確性的無(wú)法避免的不利因素，這是十分必要的。本文結(jié)合三種樣品的試驗(yàn)，就影響硫化橡膠的邵氏硬度和拉伸性能試驗(yàn)結(jié)果的主要因素及其原因進(jìn)行了分析。

1 試驗(yàn)及結(jié)果分析

1.1 影響邵氏硬度試驗(yàn)結(jié)果的因素

（1）試樣厚度。邵爾A型硬度值（以下簡(jiǎn)稱硬度值）是由壓針壓入試運(yùn)行的深度來(lái)測(cè)定的，因此試樣的厚度直接影響試驗(yàn)結(jié)果。圖1是材料為SBR的膠料試樣在不同厚度下測(cè)得的不同數(shù)值的邵氏硬度。

由圖1可見(jiàn)，試樣厚度越薄其硬度值得紀(jì)念就越大，隨著試運(yùn)行厚度的逐漸增大，其硬度值也隨之逐漸變小。原因是，當(dāng)壓針壓入試樣，試樣受到壓力后變形，受壓的部分變薄，對(duì)于過(guò)薄的試樣，此時(shí)部分壓力直接施加于試臺(tái)上，因而壓入試樣的深度減小，硬度值增大。所以在GB/T 531-1999中規(guī)定了進(jìn)行邵氏硬度試驗(yàn)的樣品厚度為6 mm。

（2）讀數(shù)時(shí)間。在測(cè)量邵氏硬度時(shí)，讀數(shù)時(shí)間對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響很大。有些比較陳舊的硬度計(jì)采用的是指針式讀數(shù)，而壓針受壓后立即讀數(shù)與指針?lè)€(wěn)定后讀數(shù)，兩者之間的差異很大，特別是在某些合成橡膠中就更為明顯了。表1是EPDM膠料壓針壓下后的不同時(shí)刻讀數(shù)的數(shù)值。

由表1可以看出，立即讀數(shù)與指針?lè)€(wěn)定后讀數(shù)，兩者之間的硬度值相差達(dá)5HA。所以對(duì)于一些沒(méi)有數(shù)顯裝置的硬度計(jì)來(lái)說(shuō)，如何正確讀數(shù)，縮短讀數(shù)時(shí)間的差異對(duì)試驗(yàn)結(jié)果就顯得非常重要了。

（3）停放時(shí)間和環(huán)境溫度。在GB/T 531-1999標(biāo)準(zhǔn)中，要求橡膠進(jìn)行硬度試驗(yàn)前試運(yùn)行的調(diào)節(jié)時(shí)間不得少于3 h；而硫化與試驗(yàn)之間的時(shí)間間隔為16 h至3個(gè)月。若停放時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，往往造成硬度值增加，其增加的數(shù)值隨時(shí)間長(zhǎng)短不同而不等，某些橡膠的HA值變化量達(dá)2-4。其原因是隨著停業(yè)的增加，橡膠試樣在環(huán)境溫度、濕度、光照和空氣流動(dòng)等方面因素的影響下，不斷進(jìn)行著相當(dāng)于老化試驗(yàn)的過(guò)程，而使得硬度值上升。

溫度對(duì)試驗(yàn)結(jié)果也有影響。橡膠為高分子材料，其硬度值隨環(huán)境溫度變化而變化，溫度高則影響程度也不同，對(duì)于一些結(jié)晶比較慢的天然橡膠，溫度對(duì)其影響小些；而對(duì)于氯丁橡膠、丁苯橡膠影響則相對(duì)比較顯著。

（4）其它因素。另外還有一些因素也將影響到試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性，比如壓針楞角磨損、壓針壓入時(shí)沒(méi)有與被測(cè)試試驗(yàn)面垂直等。無(wú)論是其中的一項(xiàng)或多項(xiàng)，都將造成較大的試驗(yàn)誤差。所以，當(dāng)了解了影響硬度試驗(yàn)結(jié)果的因素后，就應(yīng)該盡可能地避免這些因素的影響，提高試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性。

1.2 影響拉伸性能試驗(yàn)結(jié)果的因素

（1）試樣寬度。在橡膠的拉伸試驗(yàn)中，一般采用啞鈴狀試樣。在GB/T 528-1999中規(guī)定了幾種不同的裁刀尺寸規(guī)格，工作部分寬度不同，試驗(yàn)結(jié)果也不同，而對(duì)于不同寬度下測(cè)得的試驗(yàn)結(jié)果，一般沒(méi)有可比性。但一般而言，工作寬度增加，拉伸強(qiáng)度和扯斷伸長(zhǎng)率都有所降低。見(jiàn)表2。

產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因可能是：①膠料中存在微觀缺陷，這些缺陷經(jīng)過(guò)混煉并沒(méi)有被消除，只是分布均勻了些，仍存在于膠料之中，所以面積越大存在這些缺陷的機(jī)率也越大。②試驗(yàn)過(guò)程中工作部分寬度存在受力不均勻。寬度方向上邊緣部分的毅力大于中間部分的應(yīng)力，寬度越寬，差異也就越大。這也是造成早期斷裂的一種原因。

（2）試樣厚度。在進(jìn)行拉伸試驗(yàn)時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的試運(yùn)行厚度為2.0±0.3 mm，但隨著試樣厚度的增加，拉伸強(qiáng)度和扯斷伸長(zhǎng)率都有所下降。分析其原因有：①厚度增加，使工作部分橫截面積增加，受力時(shí)使試樣邊緣和中心的受力不均情況也增加，從而使拉伸強(qiáng)度和扯斷伸長(zhǎng)率下降。②由于橡膠試片在壓制過(guò)程中，模具本身存在缺陷，從而使試片的厚度有超差，在這種情況下制取試樣，截取的試樣斷面現(xiàn)狀會(huì)產(chǎn)生變形。由于試樣厚度增加，試片在受到裁刀壓力后產(chǎn)生變形，使截得的試運(yùn)行中凹進(jìn)去而使截面積減小。試樣越厚，斷面的變形就越大，截面積就越小，所測(cè)得的拉伸強(qiáng)度和扯斷伸長(zhǎng)率當(dāng)然也就小了。因此，在壓制試片時(shí)，應(yīng)盡量提高試樣厚度的尺寸精度，從而減小試樣厚度對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響。

（3）拉伸速度。硫化橡膠在進(jìn)行拉伸試驗(yàn)時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的拉伸強(qiáng)度為500±50 mm/min，但標(biāo)準(zhǔn)中也允許采用200±20 mm/min作為拉伸速度的。由試驗(yàn)得出，當(dāng)速度在200～500 mm/min之間時(shí)，速度對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響并不顯著，但當(dāng)拉伸速度過(guò)慢或過(guò)快，則會(huì)對(duì)試驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生較大的影響。圖2是以四種不同速度對(duì)EPDM膠料進(jìn)行了的試驗(yàn)情況。一般而言，速度增加，松弛產(chǎn)生影響的時(shí)間就短，由松弛引起的應(yīng)力減少就小，所以拉伸強(qiáng)度就提高，反之則下降。

（4）壓延方向。對(duì)硫化橡膠取樣，應(yīng)注意壓延方向。在GB/T 528-1999標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定，片狀試樣在拉伸時(shí)，其受力方向應(yīng)與壓延方向一致，否則其試驗(yàn)結(jié)果顯著降低（見(jiàn)表3）。

由表3中的試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，平行于壓延方向的拉伸強(qiáng)度比垂直于壓延方向的拉伸強(qiáng)度高。產(chǎn)生這一現(xiàn)象的原因可能是膠料在混煉時(shí)受到一定的剪切應(yīng)力，順輥筒方向分子鏈排列整齊，相當(dāng)于對(duì)分子進(jìn)行一次取向，所以平行于壓延方向的拉伸強(qiáng)度要比垂直壓延方向時(shí)得到的結(jié)果要大。

（5）停放時(shí)間。GB/T 3941-1991標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定，硫化后的橡膠試樣必須在室溫中停放一段時(shí)間后才能進(jìn)行試驗(yàn)，停放時(shí)間不得少于16 h最多不得超過(guò)15 d（天），否則對(duì)試驗(yàn)結(jié)果會(huì)有影響。隨著停放時(shí)間的延長(zhǎng)，拉伸強(qiáng)度和扯斷伸長(zhǎng)率會(huì)稍稍提高，但影響不十分明顯。其原因是停放一定時(shí)間后，可使試運(yùn)行在加工過(guò)程中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力趨向均勻分布，減小以至消失，因而在拉伸過(guò)程中，試樣受力均勻，不致因?yàn)槭艿綉?yīng)力集中影響而提早斷裂。

2 結(jié)語(yǔ)

從硬度和拉伸性能兩方面品影響硫化橡膠力學(xué)性能試驗(yàn)結(jié)果的幾個(gè)因素，并簡(jiǎn)要分析了原因。當(dāng)然還有其它因素也會(huì)對(duì)最終試驗(yàn)結(jié)果造成影響，本文的目的是通過(guò)了解這些內(nèi)容，避免一些試驗(yàn)誤差的產(chǎn)生，從而提高試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性。

參考文獻(xiàn)

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[2] 李文昌.硫化橡膠力學(xué)拉伸性能研究[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2014（1）.endprint