車用密封膠條力學(xué)性能檢測(cè)與分析

肖衡　朱文明　楊泰隆

摘 要：車用密封膠條的可靠性影響乘車的舒適性和安全性。為了掌握密封膠條的使用狀態(tài)，提升密封膠條維護(hù)效率和降低維護(hù)成本，提出了一種基于密封膠條自然老化檢測(cè)數(shù)據(jù)的分析方法。按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)了密封膠條舊件的硬度、拉伸強(qiáng)度和拉斷伸長(zhǎng)率等三項(xiàng)力學(xué)性能。從性能保持率的角度分析了密封膠條的劣化程度。使用3次拉格朗日插值多項(xiàng)式，對(duì)車用密封膠條使用壽命進(jìn)行預(yù)測(cè)，結(jié)果顯示其使用壽命是128個(gè)月。

關(guān)鍵詞：車用密封膠條；自然老化；力學(xué)性能；壽命預(yù)測(cè)

1 前言

橡膠材料在使用過(guò)程中受環(huán)境因素的影響，其力學(xué)性能會(huì)逐漸劣化[1]，導(dǎo)致其密封效果下降、車門噪聲上升，因此需要掌握密封膠條的使用狀況和使用壽命，為實(shí)現(xiàn)密封膠條的可靠性維護(hù)提供理論基礎(chǔ)。

本文通過(guò)收集自然使用條件下的密封膠條舊件，并檢測(cè)其力學(xué)性能，獲得不同時(shí)刻更換下來(lái)的密封膠條力學(xué)性能數(shù)據(jù)，以此掌握密封膠條力學(xué)性能劣化規(guī)律，對(duì)密封膠條的力學(xué)性能進(jìn)行分析。

2 分析方法

2.1 性能保持率

車用密封膠條的劣化程度可以用性能保持率進(jìn)行描述，是指變量x相對(duì)于基礎(chǔ)元素A（x）的接近程度，本文依據(jù)密封膠條力學(xué)性能變化的一般規(guī)律，提出如下3個(gè)性能保持率的計(jì)算方法：

（1）硬度保持率

3 力學(xué)性能檢測(cè)

3.1 車用密封樣品收集

以江蘇某公司生產(chǎn)的三元乙丙橡膠材料的車用密封膠條為收集對(duì)象，收集密封膠條新件若干條，收集使用不同年限南京地域密封膠條舊件若干條，并對(duì)密封膠條進(jìn)行編碼，以防混亂，如表1所示。

3.2 硬度檢測(cè)

執(zhí)行GB/T 531.1-2008《硫化橡膠或熱塑性橡膠壓入硬度試驗(yàn)方法.第1部分：邵氏硬度計(jì)法（邵爾硬度）》[3]，以保證檢測(cè)的規(guī)范性。使用裁刀將密封膠條樣品切割成標(biāo)準(zhǔn)試樣，使用ZY-14硬度計(jì)進(jìn)行檢測(cè)。在試樣表面不同位置進(jìn)行5次測(cè)量，取中值為最終檢測(cè)結(jié)果。

3.3 拉伸性能檢測(cè)

拉伸性能包括拉伸強(qiáng)度和拉斷伸長(zhǎng)率，均執(zhí)行GB/T 528-2009《硫化橡膠或熱塑性橡膠.拉伸應(yīng)力應(yīng)變性能的測(cè)定》[4]，使用裁刀將密封膠條樣品切割成啞鈴試樣，每組3個(gè)樣本，需要檢測(cè)3次。

使用ZY-3微機(jī)控制電子式萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行檢測(cè)。

拉伸強(qiáng)度和拉斷伸長(zhǎng)率的數(shù)值需要通[此處分段、首行縮進(jìn)。]過(guò)公式計(jì)算，三個(gè)樣本需要計(jì)算三次，取計(jì)算結(jié)果的中值為最終檢測(cè)結(jié)果，計(jì)算公式如下：

4 檢測(cè)結(jié)果及分析

4.1 硬度檢測(cè)結(jié)果分析

將硬度的檢測(cè)數(shù)據(jù)取中值，并根據(jù)公式（1）計(jì)算出硬度保持率。

對(duì)于密封膠條使用時(shí)間為99個(gè)月的舊件，時(shí)間跨度達(dá)到8年3個(gè)月，隨著使用時(shí)間的增加，其硬度呈遞增趨勢(shì)。從新品到使用時(shí)間52個(gè)月的硬度增加迅速，從使用時(shí)間52個(gè)月到99個(gè)月這一階段，硬度增加幅度很小，這表明車用密封膠條隨使用時(shí)間的延續(xù)，硬度劣化程度很小。

4.2 拉伸強(qiáng)度檢測(cè)結(jié)果分析

按照公式（5）計(jì)算拉伸強(qiáng)度數(shù)值取中值，并根據(jù)公式（2）計(jì)算出拉伸強(qiáng)度保持率。

隨著使用時(shí)間的增加，使用0到69個(gè)月的樣品拉伸強(qiáng)度呈遞減趨勢(shì)，但是對(duì)于序號(hào)4樣品拉伸強(qiáng)度卻出現(xiàn)了陡增的情況，不符合一般規(guī)律，屬于異常數(shù)據(jù)，可能是橡膠材料本身大變形、強(qiáng)非線性的特性，引起檢測(cè)結(jié)果出現(xiàn)了誤差，可以使用插值法予以修正。使用69個(gè)月的序號(hào)3樣品，其性能保持率降到0.79，大于0.5，可以正常使用。相對(duì)于同樣使用時(shí)間69個(gè)月的硬度保持率來(lái)說(shuō)，拉伸強(qiáng)度的劣化速度比較明顯，因此，生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)對(duì)抗拉伸強(qiáng)度劣化方面做進(jìn)一步研究。

4.3 拉斷伸長(zhǎng)率檢測(cè)結(jié)果分析

按照公式（6）計(jì)算拉斷伸長(zhǎng)率數(shù)值取中值，并根據(jù)公式（3）計(jì)算出拉斷伸長(zhǎng)率保持率。

繪制拉斷伸長(zhǎng)率隨時(shí)間的變化的曲線圖，如圖1所示。

從圖1可以看出，隨著使用時(shí)間的增加，拉斷伸長(zhǎng)率呈遞減趨勢(shì)，遞減幅度顯著。

5 預(yù)測(cè)車用密封膠條使用壽命

對(duì)于圖1的拉斷伸長(zhǎng)率（0，460）、52，372）、（69，334）、（99，278）四個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，可以構(gòu)建3次Lagrange插值多項(xiàng)式。記Ln（x）為拉斷伸長(zhǎng)率、xi為使用時(shí)間，結(jié)合公式（4），可構(gòu)建3次Lagrange插值多項(xiàng)式如下：

L3（x）=1.58712×10-4x3-2.707×10-2x2-0.71364x+460 （7）

當(dāng)取拉斷伸長(zhǎng)率保持率0.5為臨界值時(shí)，即當(dāng)拉斷伸長(zhǎng)率L3（x）=230%，計(jì)算得出x=128，即以拉斷伸長(zhǎng)率性能為密封膠條劣化程度的指標(biāo)進(jìn)行壽命預(yù)測(cè)，可以得出該密封膠條正常使用壽命為128個(gè)月。對(duì)于插值法來(lái)說(shuō)，數(shù)據(jù)點(diǎn)越多，預(yù)測(cè)結(jié)果越精確。本文使用了4個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行預(yù)測(cè)，預(yù)測(cè)結(jié)果相對(duì)粗糙，如若能獲得更多的數(shù)據(jù)點(diǎn)，這將對(duì)使用壽命的預(yù)測(cè)大有益處。

6 結(jié)論

6.1 車用密封膠條的力學(xué)性能劣化符合一般規(guī)律，其硬度隨時(shí)間的延續(xù)而增大，拉伸強(qiáng)度和拉斷伸長(zhǎng)率隨時(shí)間的延續(xù)而減小。

6.2 從車用密封膠條的數(shù)據(jù)可以看出，該配方下的密封膠條抵抗硬度劣化效果顯著，抵抗拉伸強(qiáng)度和拉斷伸長(zhǎng)率劣化效果弱于抗硬度劣化效果，需要改進(jìn)配方提升抗拉伸強(qiáng)度和拉斷伸長(zhǎng)率的能力，以達(dá)到整體效果的優(yōu)良，延長(zhǎng)其使用壽命。

6.3 以拉斷伸長(zhǎng)率為預(yù)測(cè)指標(biāo)、性能保持率0.5為臨界值，采用3次Lagrange插值多項(xiàng)式對(duì)車用密封膠條的使用壽命進(jìn)行了預(yù)測(cè)，結(jié)果顯示，自然條件下使用的密封膠條的使用壽命是128個(gè)月。

基金項(xiàng)目：江蘇省軌道交通車輛門系統(tǒng)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放課題（KN17-17）.

參考文獻(xiàn)：

[1]貝廣常，謝發(fā)勤，姚小飛等.橡膠老化及其防護(hù)技術(shù)的研究概況[J].橡膠工業(yè)，2013，60（1）：58-61.

[2]關(guān)治，陸金甫.數(shù)值方法[M].北京：清華大學(xué)出版社，2006.

[3]中華人民共和國(guó)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局，中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì).GB/T 531.1-2008，硫化橡膠或熱塑性橡膠 壓入硬度試驗(yàn)方法第1部分：邵氏硬度計(jì)法（邵爾硬度）[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2006.

[4]中華人民共和國(guó)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局，中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì).GB/T 528-2009，硫化橡膠或熱塑性橡膠.拉伸應(yīng)力應(yīng)變性能的測(cè)定[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2009.

[5]中華人民共和國(guó)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局，中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì).GB/T20028-2005，硫化橡膠或熱塑性橡膠應(yīng)用阿累尼烏斯圖推算壽命和最高使用溫度 [S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2005.