本測(cè)試嚴(yán)格執(zhí)行GB/T 1685-2008《硫化橡膠或熱塑性橡膠 在常溫和高溫下壓縮應(yīng)力松弛的測(cè)定》,等同采用ISO 3384:2005標(biāo)準(zhǔn),適用于各類(lèi)硫化橡膠、熱塑性橡膠密封制品及彈性構(gòu)件,測(cè)定其恒定壓縮變形狀態(tài)下,常溫與高溫環(huán)境中的應(yīng)力衰減性能,是評(píng)價(jià)橡膠密封長(zhǎng)效穩(wěn)定性、抗老化松弛能力的核心檢測(cè)項(xiàng)目,廣泛應(yīng)用于汽車(chē)密封件、管道密封圈、電子防水橡膠件等產(chǎn)品質(zhì)量檢測(cè)。
橡膠材料屬于黏彈性材料,在恒定壓縮變形約束下,內(nèi)部高分子鏈會(huì)隨時(shí)間發(fā)生緩慢滑移、重排與松弛,導(dǎo)致內(nèi)部支撐應(yīng)力逐步衰減。本測(cè)試通過(guò)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)橡膠試樣施加固定壓縮應(yīng)變,分別在常溫、高溫恒定環(huán)境中靜置規(guī)定時(shí)間,精準(zhǔn)測(cè)試試樣初始?jí)嚎s應(yīng)力與試驗(yàn)后殘余應(yīng)力,通過(guò)公式計(jì)算壓縮應(yīng)力松弛率,以此量化橡膠材料在不同溫度環(huán)境下的應(yīng)力保持能力與抗松弛性能,判斷材料長(zhǎng)期密封可靠性。
• 橡膠壓縮應(yīng)力松弛測(cè)試儀:具備恒定位移控制、實(shí)時(shí)應(yīng)力采集功能,精度0.5級(jí),可精準(zhǔn)鎖定壓縮變形量,全程記錄應(yīng)力變化數(shù)據(jù);
• 高低溫恒溫試驗(yàn)箱:溫度控制精度±1℃,可穩(wěn)定實(shí)現(xiàn)常溫(20±5℃)、高溫(70℃、100℃)恒溫環(huán)境,滿足高低溫分段測(cè)試要求;
• 精密卡尺:精度0.01mm,用于測(cè)量試樣厚度、直徑等尺寸參數(shù)。
選用行業(yè)通用丁腈橡膠(NBR)密封試樣,為標(biāo)準(zhǔn)圓柱形試樣,尺寸規(guī)格:直徑29mm、厚度12.5mm,試樣表面平整、無(wú)氣泡、無(wú)裂紋、無(wú)雜質(zhì)缺陷,每組測(cè)試準(zhǔn)備3個(gè)平行試樣,試驗(yàn)前在標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室環(huán)境(溫度23℃、濕度50%)靜置調(diào)節(jié)24h,消除試樣內(nèi)應(yīng)力影響。
四、測(cè)試環(huán)境與參數(shù)設(shè)定
• 常溫測(cè)試環(huán)境:溫度20±5℃,常壓、無(wú)振動(dòng)、無(wú)腐蝕氣體環(huán)境;
• 高溫測(cè)試環(huán)境:設(shè)定70℃(通用密封件常規(guī)測(cè)試溫度,可根據(jù)產(chǎn)品工況調(diào)整為100℃)。
• 壓縮應(yīng)變:20%(橡膠密封件通用測(cè)試應(yīng)變,符合標(biāo)準(zhǔn)常規(guī)要求);
• 試驗(yàn)時(shí)長(zhǎng):常溫測(cè)試24h,高溫測(cè)試168h(模擬長(zhǎng)期服役老化工況);
• 預(yù)壓時(shí)間:試樣裝夾完成后,預(yù)靜置30min,確保設(shè)備與試樣狀態(tài)穩(wěn)定。
步驟1:試樣尺寸測(cè)量
用精密卡尺逐一測(cè)量3個(gè)平行試樣的厚度與直徑,記錄每組試樣初始尺寸,確保試樣尺寸偏差符合標(biāo)準(zhǔn)允許范圍,剔除尺寸超差試樣。
步驟2:設(shè)備裝夾與參數(shù)設(shè)置
將試樣平穩(wěn)放置在壓縮測(cè)試儀的平行壓板中心位置,避免偏心受力導(dǎo)致測(cè)試誤差;根據(jù)試樣初始厚度,設(shè)定20%壓縮變形量,鎖定壓板位移,保證試樣壓縮變形恒定不變。分別調(diào)試常溫、高溫試驗(yàn)參數(shù),設(shè)置對(duì)應(yīng)試驗(yàn)時(shí)長(zhǎng)。
步驟3:初始應(yīng)力采集
壓縮變形穩(wěn)定后(靜置10min),設(shè)備自動(dòng)采集試樣初始?jí)嚎s應(yīng)力F?,記錄每組試樣初始應(yīng)力數(shù)據(jù),確保三組數(shù)據(jù)偏差≤3%,保證試驗(yàn)有效性。
步驟4:恒溫靜置試驗(yàn)
常溫組:設(shè)備置于標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室環(huán)境,持續(xù)靜置24h,全程保持壓縮變形恒定;高溫組:將裝夾完成的壓縮裝置整體放入70℃恒溫試驗(yàn)箱,連續(xù)恒溫靜置168h,試驗(yàn)過(guò)程中禁止擾動(dòng)設(shè)備與試樣。
步驟5:殘余應(yīng)力采集
試驗(yàn)時(shí)長(zhǎng)結(jié)束后,快速讀取設(shè)備顯示的試樣殘余壓縮應(yīng)力F?,記錄每組試樣最終應(yīng)力數(shù)據(jù),做好編號(hào)區(qū)分,避免數(shù)據(jù)混淆。
測(cè)試組別 | 試樣編號(hào) | 初始應(yīng)力F?(N) | 殘余應(yīng)力F?(N) | 試驗(yàn)溫度/時(shí)長(zhǎng) |
常溫組 | 1-1 | 185.2 | 168.5 | 23℃/24h |
1-2 | 184.8 | 167.9 | 23℃/24h | |
1-3 | 185.5 | 169.1 | 23℃/24h | |
高溫組 | 2-1 | 185.0 | 142.3 | 70℃/168h |
2-2 | 184.6 | 141.8 | 70℃/168h | |
2-3 | 185.3 | 142.6 | 70℃/168h |
壓縮應(yīng)力松弛率(%)=(F?-F?)/F?×100%
式中:F?為試樣初始?jí)嚎s應(yīng)力(N);F?為試驗(yàn)結(jié)束后殘余壓縮應(yīng)力(N)。
• 常溫組平均初始應(yīng)力:185.17N,平均殘余應(yīng)力:168.50N,應(yīng)力松弛率=9.0%;
• 高溫組平均初始應(yīng)力:184.97N,平均殘余應(yīng)力:142.23N,應(yīng)力松弛率=23.1%。
依據(jù)通用橡膠密封件質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn),70℃、168h高溫壓縮應(yīng)力松弛率≤25%為合格。本次測(cè)試丁腈橡膠試樣常溫松弛率僅9.0%,高溫松弛率23.1%,滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。結(jié)果表明該材料常溫下應(yīng)力保持能力優(yōu)異,長(zhǎng)期高溫服役后仍具備良好的密封支撐力,無(wú)明顯應(yīng)力衰減失效風(fēng)險(xiǎn),可適用于常規(guī)環(huán)境下的密封配件生產(chǎn)使用。若高溫松弛率超標(biāo),說(shuō)明材料抗熱老化松弛性能不足,長(zhǎng)期使用易出現(xiàn)密封滲漏、彈性失效問(wèn)題。
測(cè)試案例二:硫化橡膠或熱塑性橡膠老化性能拉伸應(yīng)力松弛測(cè)定(GB/T 9871-2008)
本測(cè)試執(zhí)行GB/T 9871-2008《硫化橡膠或熱塑性橡膠老化性能的測(cè)定 拉伸應(yīng)力松弛試驗(yàn)》,等同ISO 6914:2004國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了橡膠材料經(jīng)熱老化后,恒定拉伸應(yīng)變狀態(tài)下應(yīng)力松弛性能的測(cè)試方法,用于評(píng)價(jià)老化后橡膠材料的彈性保持能力、力學(xué)穩(wěn)定性,是檢測(cè)橡膠制品老化耐久性能、預(yù)判使用壽命的重要試驗(yàn),適用于橡膠管材、線纜護(hù)套、彈性膠帶、減震橡膠件等產(chǎn)品。
橡膠材料經(jīng)高溫?zé)崂匣螅瑑?nèi)部高分子鏈會(huì)發(fā)生交聯(lián)、斷裂、氧化降解等老化反應(yīng),導(dǎo)致材料黏彈性發(fā)生變化。本測(cè)試先對(duì)橡膠試樣進(jìn)行規(guī)定條件的熱老化處理,再對(duì)老化后的試樣施加恒定拉伸應(yīng)變,在標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境下持續(xù)監(jiān)測(cè)拉伸應(yīng)力隨時(shí)間的衰減變化,通過(guò)計(jì)算拉伸應(yīng)力松弛率,量化老化后橡膠材料的應(yīng)力衰減程度,精準(zhǔn)評(píng)價(jià)橡膠材料的抗老化性能與長(zhǎng)期力學(xué)穩(wěn)定性,區(qū)分不同配方、工藝橡膠材料的老化耐久差異。
• 熱空氣老化試驗(yàn)箱:溫度精度±1℃,滿足橡膠熱老化恒溫試驗(yàn)要求;
• 橡膠拉伸應(yīng)力松弛試驗(yàn)機(jī):具備恒定應(yīng)變控制、實(shí)時(shí)應(yīng)力采集功能,拉伸精度0.5級(jí),可連續(xù)記錄應(yīng)力衰減數(shù)據(jù);
• 精密測(cè)量卡尺:精度0.01mm,測(cè)量試樣厚度、寬度;
• 標(biāo)準(zhǔn)啞鈴型試樣裁刀:符合GB/T 528標(biāo)準(zhǔn)試樣尺寸要求。
選用熱塑性三元乙丙橡膠(EPDM)試樣,采用標(biāo)準(zhǔn)I型啞鈴試樣,試樣厚度2.0±0.1mm,寬度6.0±0.1mm,試樣無(wú)劃痕、無(wú)缺口、無(wú)老化瑕疵。設(shè)置老化組與空白對(duì)照組,每組3個(gè)平行試樣,試驗(yàn)前均在標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境(23℃、50%濕度)靜置24h狀態(tài)調(diào)節(jié)。
四、測(cè)試環(huán)境與參數(shù)設(shè)定
• 老化溫度:100℃(通用橡膠加速老化標(biāo)準(zhǔn)溫度);
• 老化時(shí)長(zhǎng):72h;
• 老化環(huán)境:熱空氣循環(huán)環(huán)境,無(wú)光照、無(wú)腐蝕介質(zhì)。
• 測(cè)試環(huán)境:標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室環(huán)境(23±2℃、濕度50±5%);
• 恒定拉伸應(yīng)變:20%(標(biāo)準(zhǔn)常規(guī)測(cè)試應(yīng)變);
• 應(yīng)力松弛測(cè)試時(shí)長(zhǎng):30min;
• 拉伸速率:50mm/min(標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定加載速率)。
步驟1:試樣分組與老化處理
將試樣分為兩組,對(duì)照組試樣不做老化處理,常溫靜置保存;老化組試樣放入100℃熱空氣老化箱,恒溫老化72h,老化結(jié)束后取出試樣,在標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境下靜置冷卻2h,消除熱應(yīng)力影響。
步驟2:試樣尺寸測(cè)量
分別測(cè)量?jī)山M所有試樣的有效寬度、厚度,計(jì)算試樣橫截面積,記錄數(shù)據(jù),確保試樣尺寸合規(guī)。
步驟3:設(shè)備調(diào)試與試樣裝夾
調(diào)試?yán)鞈?yīng)力松弛試驗(yàn)機(jī),校準(zhǔn)設(shè)備精度,設(shè)定拉伸應(yīng)變20%、拉伸速率50mm/min、測(cè)試時(shí)長(zhǎng)30min。將試樣垂直裝夾在試驗(yàn)機(jī)上下夾具中,保證試樣對(duì)中、無(wú)扭曲、無(wú)偏心受力。
步驟4:加載與初始應(yīng)力采集
設(shè)備以設(shè)定速率拉伸試樣至20%恒定應(yīng)變,立即鎖定拉伸位移,穩(wěn)定1min后采集初始拉伸應(yīng)力S?,記錄每組試樣初始應(yīng)力數(shù)據(jù)。
步驟5:恒溫松弛測(cè)試
保持試樣20%拉伸應(yīng)變恒定,持續(xù)靜置30min,設(shè)備全程實(shí)時(shí)采集應(yīng)力變化,試驗(yàn)結(jié)束后讀取最終殘余拉伸應(yīng)力S?。
步驟6:重復(fù)測(cè)試
按照相同流程完成所有平行試樣的測(cè)試,剔除異常數(shù)據(jù),保證試驗(yàn)數(shù)據(jù)可靠性。
測(cè)試組別 | 試樣編號(hào) | 初始應(yīng)力S?(MPa) | 殘余應(yīng)力S?(MPa) | 測(cè)試條件 |
空白對(duì)照組(未老化) | 3-1 | 2.85 | 2.62 | 23℃、20%應(yīng)變、30min |
3-2 | 2.83 | 2.60 | 23℃、20%應(yīng)變、30min | |
3-3 | 2.86 | 2.63 | 23℃、20%應(yīng)變、30min | |
老化組(100℃/72h) | 4-1 | 2.72 | 2.31 | 23℃、20%應(yīng)變、30min |
4-2 | 2.70 | 2.29 | 23℃、20%應(yīng)變、30min | |
4-3 | 2.73 | 2.32 | 23℃、20%應(yīng)變、30min |
拉伸應(yīng)力松弛率(%)=(S?-S?)/S?×100%
式中:S?為恒定應(yīng)變下初始拉伸應(yīng)力(MPa);S?為測(cè)試結(jié)束后殘余拉伸應(yīng)力(MPa)。
• 空白對(duì)照組平均初始應(yīng)力:2.85MPa,平均殘余應(yīng)力:2.62MPa,應(yīng)力松弛率=8.1%;
• 老化組平均初始應(yīng)力:2.72MPa,平均殘余應(yīng)力:2.31MPa,應(yīng)力松弛率=15.1%。
根據(jù)GB/T 9871-2008標(biāo)準(zhǔn)及EPDM橡膠制品行業(yè)驗(yàn)收規(guī)范,100℃/72h熱老化后,拉伸應(yīng)力松弛率≤18%為合格。本次老化組試樣松弛率15.1%,符合標(biāo)準(zhǔn)要求。測(cè)試結(jié)果表明:未老化的EPDM橡膠應(yīng)力衰減極小,彈性穩(wěn)定性?xún)?yōu)異;經(jīng)高溫?zé)崂匣?,材料?nèi)部結(jié)構(gòu)輕微降解,應(yīng)力松弛速率有所提升,但仍滿足服役要求,該材料具備良好的抗熱老化性能,可長(zhǎng)期應(yīng)用于高溫、通風(fēng)工況下的橡膠配件。若老化后松弛率超標(biāo),說(shuō)明材料耐老化性能差,長(zhǎng)期使用易出現(xiàn)彈性衰減、變形失效、拉伸斷裂等問(wèn)題。
八、兩項(xiàng)測(cè)試通用注意事項(xiàng)
1. 所有試樣需嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行狀態(tài)調(diào)節(jié),避免溫度、濕度、內(nèi)應(yīng)力對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)造成干擾;
2. 測(cè)試過(guò)程中需保證設(shè)備無(wú)振動(dòng)、無(wú)位移偏移,壓縮、拉伸應(yīng)變?nèi)毯愣ǎ沤^人為擾動(dòng);
3. 平行試樣數(shù)據(jù)偏差需控制在3%以?xún)?nèi),偏差過(guò)大需重新測(cè)試,保證數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性;
4. 高溫測(cè)試結(jié)束后,需按標(biāo)準(zhǔn)要求靜置穩(wěn)定后再讀取數(shù)據(jù),避免溫度應(yīng)力影響測(cè)試結(jié)果。
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