關(guān)于橡膠硬度與其受力特性的研究

劉振華　苑英杰

摘? 要：隨著社會(huì)的不斷發(fā)展和經(jīng)濟(jì)水平的提高，各行各業(yè)對(duì)橡膠的需求加大，尤其是汽車行業(yè)的繁榮發(fā)展，更是實(shí)現(xiàn)了對(duì)橡膠需求的激增。由于不同行業(yè)對(duì)橡膠的需求不同，刺激了橡膠的多元化發(fā)展，提升了橡膠制品的質(zhì)量，在今后更是對(duì)橡膠行業(yè)的發(fā)展提出了更高的要求。本文為首先研究了橡膠硬度和壓入硬度的概念，其次介紹了橡膠硬度的測(cè)試方法，最后分析了橡膠的受力特性，以期通過(guò)本文研究，對(duì)橡膠的硬度和受力特性有一個(gè)初步的認(rèn)識(shí)。

一、橡膠硬度和壓入硬度

橡膠的硬度是在某條件下抵抗剛性檢測(cè)工具壓入的性能。由于橡膠硬度的檢測(cè)非常簡(jiǎn)單且沒(méi)有破壞性，可檢測(cè)橡膠成品的固化、均勻效果，而且還能跟蹤橡膠原材料的老化及其他不合格質(zhì)量等問(wèn)題，所以被質(zhì)量檢測(cè)監(jiān)控所使用，這種方法是是橡膠成品的一個(gè)重要標(biāo)準(zhǔn)。

雖然橡膠硬度檢測(cè)的方法有很多，但全部歸根結(jié)底屬于一種檢測(cè)方法就是靜態(tài)壓入，其實(shí)這種檢測(cè)方法比較復(fù)雜，因?yàn)橄鹉z的自身因素及外部因素其他方式可能導(dǎo)致檢測(cè)不準(zhǔn)，使用靜態(tài)壓入檢測(cè)是完全可以檢測(cè)的。

二、橡膠硬度測(cè)試方法

2.1橡膠的國(guó)際硬度

橡膠國(guó)際硬度是指成品在小的接觸和大的總壓力在一定的檢測(cè)過(guò)程中壓入成品的深度之差，然后按照標(biāo)準(zhǔn)的換算表獲取硬度值。橡膠國(guó)際硬度等級(jí)分為四個(gè)檢測(cè)等級(jí)：1. a方法N常規(guī)試驗(yàn);2. b方法H高硬度試驗(yàn);3.c方法 L 低硬度試驗(yàn);4.d方法 M 微型試驗(yàn)，這四個(gè)檢測(cè)方法有著不一樣的區(qū)別，可以根據(jù)不同的檢測(cè)物來(lái)選擇合適的檢測(cè)方法。

便攜式橡膠國(guó)際硬度計(jì)法又稱袖珍國(guó)際硬度計(jì)法，它的使用及外觀都與A型的邵氏硬度計(jì)相同，但原理、技術(shù)、校準(zhǔn)等方法是大大不同的，它們的區(qū)分在于計(jì)量單位的不同。雖然這種硬度計(jì)沒(méi)有定負(fù)荷橡膠國(guó)際硬度計(jì)檢測(cè)準(zhǔn)確，但是使用方便簡(jiǎn)潔，可適用于橡膠產(chǎn)品的原料及半成品檢測(cè)質(zhì)量使用。

2.2邵氏硬度

邵氏硬度計(jì)也稱邵爾硬度計(jì)，它是橡膠體受壓程度或抗刺穿能力的一種檢測(cè)方法，這種檢測(cè)方法在工作中已經(jīng)廣泛使用了。它的結(jié)構(gòu)體積小、操作方便簡(jiǎn)單、攜帶也很方便很適合用于現(xiàn)場(chǎng)的橡膠硬度檢測(cè)，長(zhǎng)期以來(lái)，邵氏硬度檢測(cè)的方法一直用于橡膠成品及半成品的硬度性能檢測(cè)和產(chǎn)品質(zhì)量的控制。邵氏硬度的檢測(cè)方法為用邵氏硬度計(jì)插入被檢測(cè)的橡膠材料上，硬度計(jì)上的指針通過(guò)彈簧與一個(gè)刺針連在一起，用刺針來(lái)測(cè)試橡膠體的表面，硬度計(jì)上所顯示的數(shù)值為橡膠體的硬度值。在我國(guó)目前使用檢測(cè)橡膠的硬度計(jì)大部分為A型邵氏硬度計(jì)。A 型邵氏硬度和橡膠的楊氏彈性模量有著一定的關(guān)系，可以通過(guò)測(cè)定橡膠的邵氏硬度而得到橡膠近似楊氏模量。A 型邵氏硬度檢測(cè)橡膠體的方法早在 1959 年就制定為檢測(cè)的標(biāo)準(zhǔn)，1960 年開始運(yùn)用與工作當(dāng)中，后來(lái)經(jīng)過(guò)國(guó)家的認(rèn)可又頒布為國(guó)家檢測(cè)橡膠體標(biāo)準(zhǔn)，GB/T531-1999 的上一個(gè)版本 GB/T531-1992《硫化橡膠邵爾 A 硬度試驗(yàn)方法》就是只有 A 型硬度計(jì)。邵氏硬度檢測(cè)出橡膠體的讀數(shù)又可分為A、D兩種，但是它們的單位都是“度”，D型邵氏硬度計(jì)適用于橡膠體高硬度檢測(cè)范圍，在我國(guó)到目前為止使用的D型邵氏硬度計(jì)較少，其中有兩個(gè)原因，一是A型邵氏硬度計(jì)最大指示值在90度，二是D型邵氏硬度計(jì)壓陣頂端容易磨損導(dǎo)致檢測(cè)誤差，其使用周期非常短，所以一般橡膠體和偏軟橡膠體檢測(cè)人員可以直接使用A型邵氏硬度計(jì)來(lái)進(jìn)行檢測(cè)。

2.3表觀硬度

在實(shí)際的檢測(cè)過(guò)程中表觀硬度還是很實(shí)用的，之所以可以使用表觀硬度來(lái)檢測(cè)，前提是橡膠成品的標(biāo)準(zhǔn)是要求合格的，所謂標(biāo)準(zhǔn)指的是橡膠成品及半成品不管是厚度還是硬度都需要達(dá)標(biāo)。在實(shí)際的檢測(cè)過(guò)程中，首先對(duì)橡膠成品及半成品的硬度進(jìn)行檢測(cè)，很多時(shí)候沒(méi)有辦法滿足標(biāo)準(zhǔn)要求的樣品，所了解的硬度是在樣品的形狀及方法檢測(cè)的，這種方法稱為表觀硬度，膠輥表觀硬度就是典型的一種。這種檢測(cè)方法可以說(shuō)是在日常工作中摸索出來(lái)的，因?yàn)檫@種檢測(cè)方法和標(biāo)準(zhǔn)的方法檢測(cè)結(jié)果是有區(qū)別的，之所以會(huì)有這種檢測(cè)方法，是體現(xiàn)之后使用標(biāo)準(zhǔn)的檢測(cè)方法兩者之間的結(jié)果進(jìn)行比對(duì)。表觀硬度檢測(cè)要比其他檢測(cè)方法普遍，因?yàn)閷?duì)于成品及半成品表觀就可得出檢測(cè)的不合格，這樣可以省去大量時(shí)間及人力進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)。在金屬硬度檢測(cè)中，成品及半成品所獲得的表觀硬度和標(biāo)準(zhǔn)硬度是可以互相換算的，而對(duì)于橡膠的檢測(cè)這種換算是不成立的，具體研究也不是很多。

三、橡膠的受力特性

橡膠的受力特性檢測(cè)與金屬硬度的檢測(cè)是不同的，金屬硬度檢測(cè)的是壓入深度和壓痕，檢測(cè)金屬材料的抗壓性和變形的能力，而橡膠受力檢測(cè)是檢測(cè)發(fā)生情況下所發(fā)生的關(guān)系，檢測(cè)橡膠材料的彈性形變。上述對(duì)橡膠硬度的檢測(cè)如果彈性體為理想的條件下，明顯地表現(xiàn)為橡膠硬度可以和楊氏模量建立對(duì)應(yīng)關(guān)系。事實(shí)上，除彈性形變之外，還有滯彈性和塑性形變對(duì)橡膠硬度測(cè)量也有影響。橡膠彈性是一個(gè)物體在受到外力的情況下改變自己的形狀，當(dāng)沒(méi)有外力的情況下自己還能回到原始的形態(tài)。每個(gè)橡膠體都會(huì)有自己的極限承受范圍，如果橡膠體到達(dá)能力極限或者超過(guò)極限，就會(huì)出現(xiàn)滯彈性現(xiàn)象。如果到達(dá)極限外力繼續(xù)增加，橡膠體的作用就會(huì)失去，所發(fā)生的形變不在出現(xiàn)，沒(méi)有受力的地方還是原來(lái)一樣，即塑性形變。

總結(jié)

綜上所述，橡膠的檢測(cè)方法較多，主要有國(guó)際硬度、邵氏硬度和表觀硬度檢測(cè)三種方法，在實(shí)際的硬度檢驗(yàn)中，根據(jù)橡膠的種類和特性不同選擇合適的檢測(cè)方法，有利于合理檢測(cè)橡膠的品質(zhì)，滿足不同用途的需求。

參考文獻(xiàn)

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