橡胶物性测试课件.ppt

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1、,检验员的任务： 生产中控（半成品）检验 产品质量检验 橡胶制品的生产过程中，主要对哪些 项目进行检验？,橡胶物性测试技术,橡胶加工工艺流程及质量检验,配合,塑炼,混炼,硫化,塑炼胶,混炼胶,硫化胶,半成品检验,塑性,半成品检验,塑性,密度,硬度,成品检验,拉伸撕裂硬度耐磨性老化性能回弹性耐介质屈挠性能等,硫化特性,半成品检验的对象 塑炼胶 混炼胶 主要检验项目 塑炼胶的可塑度混炼胶： 可塑度 密度 硬度 硫化特性,检验项目,成品检验的对象 硫化胶 主要检验项目 拉伸性能 撕裂性能 硬度 耐磨性能 冲击弹性 屈挠龟裂 老化性能,检验项目,标准的分类,标准：是重复性事物或概念所做的统一规定，它以

2、科学，技术和实践经验的综合成果为基础，经有关方面协商一致，由主管部门批准，以特定以特定形式发布，作为共同遵守的准则和依据。,橡胶物理机械性能测试方法较多，常见的有3种方法： 1 小样试验法2 室内快速使用试验法3 实际使用试验法,检验方法,1、小样试验法 在室内测定橡胶试样的各种物理机械性能。这种方法虽与真实性有一定的差距，但能在一定程度上可以预测产品的使用寿命，具有省时、省力、操作方便等特点，是进行科学研究和生产中常用的一种方法。,检验方法,2、室内快速使用试验 橡胶制品室内快速使用试验，即在试验室内利用试验仪器模拟实际使用条件，进行快速使用试验，鉴定产品质量，这种方法比较接近制品的使用条件

3、，能较为真实地反映制品性能。,检验方法,3、实际使用试验 制品的实际使用试验，即在自然条件下或实际使用条件下测其性能变化和寿命，该方法反映制品性能最真实，但费时、费力、费用大。,检验方法,实验数据处理,多重试验的试验结果一般多采用平均值或中值表示，也有时采用最大值或最小值表示，必须按照试验标准的要求采用何种方法进行处理。 有关数据处理规定如下： 1 取中值 2 取平均值 3 取值试样数量 4 偏差处理 5 常见的性能试验的数据结果的取值方法和允许偏差,常见的物理性能测试取值方法,塑性检验,塑性与性能： 塑性是塑炼、混炼胶质量的一个快检项目。 如塑性过大，则分子量较低不易混炼，压延时粘辊，成品的

4、物理械性能低。反之如塑性过小，则分子量较高，混炼不均、收缩力大，压延时容易掉皮并影响硫化初期胶料的流动性，易引起模压花纹棱角不明等质量问题。 因此，测定塑、混炼胶的塑性成为工厂快速检查塑炼、混 炼胶质量的一个试验项目。,塑性,分子量大小,工艺性能,物理机械性能,塑性测试方法,测定橡胶塑性的仪器较多大致可分为3类： 压缩型可塑度计(威廉氏塑性计)； 挤出型可塑度计(高化式硫动仪)； 旋转型可塑度计(门尼粘度计)。,威廉氏可塑度试验,实验原理：将试样，塑炼胶或混炼胶在一定温度条件下置于两平板间，在定负荷作用下进行压缩一定时间，用其高度变化程度来表示试样的可塑性。,试验条件 温度：701； 时间：预

5、热3min，恒压3 min，恢复3 min； 压力：5.0000.005 kg 。试样要求：直径为160.5mm，高10.000.25mm的圆 柱形,制样设备：双头快速切片机,可塑度试验机结构示意图,1百分表；2压紧螺母；3恒温箱；4链条；5手柄；6导杆；7加压重锤；8试样；9工作平台；10门；11恒温控制箱；12加热管,试验步骤,1 预热仪器 使其达到701并保持稳定一定时间1015min。 2 精测试样厚度 用精度为0.01mm的厚度计，在室温下测量试样的原始厚度h0， 3 加热试样 将测过高度的试样放入恒温箱中仪器的底座上，在试验温度701下预热3min。,4 加压测试 预热好的试验放在

6、上下压板之间的中心位置上，轻轻放下负荷加压，同时预热第二个试样。 5 读数 加压3 min后，立即读出试样在负荷下高度h1。 6 取样、测厚 去掉负荷，取出试样在室温下停放3min，测量恢复后的高度h2 。,试验结果,式中：P表示可塑性 h0试样的原高度，mm； h1试样压缩后的高度(压缩高) ，mm h2试样恢复后的高度(恢复高) ，mm 对于一个理想的塑性体h1= h2=0，则P=1； 对于一个理想的弹性体h2=h0，则P=0； 对于一个刚性体由h2= h1= h0，则P=0； 由此可见，威廉氏可塑计测后的可塑度为01之间 每一个试验试样数量不少于3个，取中值。精确到小数点后两位,门尼粘度

7、,在橡胶工业生产中，普遍采用1934年美国人门尼(mooney)发明门尼粘度计测定粘度，来表示橡胶塑性大小，这个粘度称为门尼粘度。 从门尼粘度的大小，我们可知橡胶塑性大小、加工性能和物理机械性能的好坏，如门尼粘度越高，分子量较高，塑性越低；反之则分子量越低，塑性越大。,门尼粘度试验原理,在特定的条件下(温度、时间、压力、旋转速度)，使充满试样的模腔中的转子转动。测定经一定时间其所需的转动力距（即试样对转子所产生的剪切阻力，并将此力矩以门尼粘度)。,试样要求： 试样为两个直径约50mm（4555），厚度68mm的圆形胶片，在其中一片的中心打一个直径约810rnm的圆孔。 实验条件： 温度：100

8、0.5或1250.5； 时间：预热1min、转动4min或预热1min、转动8min； 转子转速：2.000.02prm。 压力：模腔上塞压力：0.350.60MPa (3.56.0kg/cm2)。,试验步骤, 试样制备 测试 测试结果,试验结果,一般以转动4min的门尼粘度值表示试样的粘度，并用门尼粘度值ML1+4100表示。 其中： M门尼粘度值；L用大转子； 1表示预热1min；4转动4min； 100试验温度100。 读数精确到0.5个门尼粘度值，试验结果精确到整数位，用不少于2试样试验结果的算术平均值表示样品的粘度。两个试样结果相差不得大于2门尼粘度值。否则作废。,硫化特性试验,硫化

9、仪是六十年代发展起来的一种较好的橡胶测试仪器。广泛的应用于测定胶料的硫化特性。硫化仪能连续、直观地描绘出整个硫化过程的曲线，从而获得胶料硫化过程中的某些主要参数。如诱导时间(焦烧时间t10)，适宜硫化时间t90及硫化历程。 由于它具有连续、快速、精确、方便和用料少等优点，而被广泛应用。,试验原理,剪切模量,交联密度,硫化程度,转矩,由于橡胶硫化是分子链交联的过程，因而交联密度的大小可反映出硫化程度。所以可以用交联密度反映橡胶的硫化程度，又由于胶料的剪切模量与其交联密度成正比，可用下列公式表示：G=VRT R气体常数；V交联密度；T绝对温度；G剪切模量。在选定的温度下R、T为常数，剪切模量G只与

10、V有关，因此通过对G测定即可反映交联过程。,实验设备有转子硫化仪、无转子硫化仪,无转子硫化仪试样,1、为了得到最佳重复性，应采用相同体积的试样，试样的体积应略大于模腔的容积（模腔的容积为35cm3），并应通过预先试验确定。一般取57 cm3。2、试样应是圆形的，直径略小于模腔。3、试样应是均匀，室温存放的，并应尽可能无残留空气。,实验条件,振荡频率振荡频率通常为1.7Hz0.1Hz振荡幅度振幅范围为0.12（0.24），一般选用为1.000.02。试验温度推荐试验温度为100200，必要时也可使用其它温度，其温度的波动为0.3，具体依据配方或工艺要求而定。试验压力在整个试验过程中，气缸或其它装

11、置能够施加并保持不低于8KN作用力。,试验步骤,实验结果,力学性能测试拉伸性能测试撕裂性能测试硬度测试磨耗性能测试,聚合物的力学性能指的是其受力后的响应，如形变大小、形变可逆性及抗破损性能等，这些响应可用一些基本的指标来表征。,材料的力学概念,外力和内力外力: 对材料所施加的 ,使材料产生形变的力,又称为负荷.内力: 材料为反抗外力,是材料保持原状所具有的力.应变与应力材料在外力作用下，其几何形状和尺寸所发生的变化称应变或形变，通常以单位长度（面积、体积）所发生的变化来表征。,单位面积上的内力定义为应力。材料受力方式不同，发生形变的方式亦不同简单拉伸（drawing)： 材料受到一对垂直于材料

12、截面、大小相等、方向相反并在同一直线上的外力作用。,拉伸应力 = F / A0 （A0为材料的起始截面积）拉伸应变（相对伸长率）e = （l - l0）/l0 = Dl / l0,简单拉伸示意图,A0,l0,l,D l,A,F,F,材料在拉伸作用下产生的形变称为拉伸应变，也称相对伸长率,硬度：是表示材料抵抗其他较硬物体压入的性质，用以反映材料承受应力而不发生形状变化的能力。机械强度 当材料所受的外力超过材料的承受能力时，材料就发生破坏。机械强度是衡量材料抵抗外力破坏的能力，是指在一定条件下材料所能承受的最大应力。,拉伸强度衡量材料抵抗拉伸破坏的能力，也称拉伸强度。,厚度d,宽度b,在规定试验温

13、度、湿度和实验速度下，在标准试样上沿轴向施加拉伸负荷，直至试样被拉断。,P,P,试样断裂前所受的最大负荷P与试样横截面积之比为拉伸强度t： t = P / b d,温度升高，分子链段热运动加剧，松弛过程加快，表现出材料模量和强度下降，伸长率变大，应力应变曲线形状发生很大变化。,温度、形变速率的影响,Different temperature(不同温度),不同温度下的应力-应变曲线,Different strain rate (不同拉伸速率),Strain rate,速度,速度,不同拉伸速率下PMMA的应力-应变曲线,拉伸性能, 概述 试验设备 试样制备 试验条件 试验步骤 结果处理,概述,意义

14、 任何橡胶制品都是在一定外力条件下使用，因而要求橡胶应有一定的物理机械性能，而性能中最为明显为拉伸性能，在进行成品质量检查，设计胶料配方，确定工艺条件，及比较橡胶耐老化，耐介质性能时，一般均需通过拉伸性能予以鉴定，因此，拉伸性能则为橡胶重要常规项目之一。,测试内容,1)拉伸应力：试样在拉伸时产生的应力，其值为所施加的力与试样的初始横截面积之比。2)定伸应力：试样的工作部分拉伸至给定伸长率时的拉伸应力。常见定伸应力有100%、200%、300%、500%定伸应力。3)拉伸强度：试样拉伸至扯断时的最大拉伸应力。过去曾称为扯断强度。4)伸长率：拉伸试样所引起的工作部分的形变，其值为伸长的增量与初始长

15、度百分之比。5)扯断伸长率：试祥在扯断时的伸长率。6)扯断永久变形：将试样伸至断裂，再受其在自出状态下，恢复一定的时间(3min)后剩余的变形，其值为工作部分伸长的增量与初始长度百分之比。,设备类别,上述项目均使用拉力试验机进行测定，目前拉力机的品种有杠杆式、摆锤式及自动电子拉力机、电脑拉力机等.,试样制备,试样类型 试样制作,表 哑铃状试样尺寸,试样为哑铃型，又可分为1、2、3、4型，其中1型为通用型，各型试样各部位具体尺寸见下图 和下表 所列。,手动式冲片机,1手轮；2三头丝杆；3限位螺丝；4机座；5弹簧；6轴；7轴架；8固定螺丝；9裁刀；10平台；11定位销,手动冲片机结构示意图,气动式

16、冲片机,1机座；2气缸；3三连通；4气阀（开关）； 5压头,气动冲片机结构示意图,试样制作,1、1、2、3型试样应从厚度为2.000.30mm硫化胶片上用裁刀裁取，4型试样应从厚度为1.000.10mm硫化胶片上裁取，否则试样作废。2、硫化后的胶片，在室温下停放6 h后进行裁取。3、试样裁切的方向。应保持其拉伸受力方向与压延方向一致。4、裁切时用力均匀，不得过猛，并以中性肥皂水和洁净的自来水湿润试片(或刀具)，若试样一次裁不下来，应舍去之，不得再重复旧痕进行裁切，否则影响试样的规律性。此外，为了保护裁刀，应在胶片下垫以适当厚度的铅板及硬纸板，不得将裁刀刀口对着工作台放着。,试验条件,拉伸速度：

17、1型和2型试样：50050 mm/min； 3型和4型试样：20020 mm/min。 温 度：232。 湿 度： 605%,试验准备,1、在试样中部，用标印尺印两条相距等于标距，1 型试样为25mm 平行标线，保持每条标线应与试样中心等距。2、用厚度计测量试标标距内的厚度。应测量三点：一点在试样工作部分的中心处，另两点在两条标线的附近，取3个测量值的中值为工作部分的厚度值。在任何一个哑铃状试样中，狭小平行部分的3个厚度值不应超过中位数的2%。,电子拉力机试验步骤,1、接电 2、调速 3、夹持试样4、设定参数5、试验开始 6、读取结果,结果处理,1、如果试样扯断时不是在工作部位（中间狭窄部分）

18、断裂，则该试样作废。2、试样数量不应少于3个，试样结果取中值。3、进行仲裁试验时，试样数量不应少于5个，试验结果取中值。拉伸强度TS 定伸应力Se 扯断伸长率Eb扯断永久变形,撕裂性能,叙述 测试条件 试样要求 试验步骤 结果处理,叙述,背 景 橡胶制品由于老化作用或受到尖锐物的撞击而产生裂口，在受 力的博况下裂口进一步扩展，易导致制品破损，故表示橡胶制品使用性能优劣，从某一方面，可以用撕裂强度表示。 撕裂试验按所需试样不同，可分为裤形、直角形和新月形。其中直角型撕裂试样，由于试样不需先割口，故测试的人为影响因素少，因而被广泛采用,测试原理,直角型撕裂强度指将直角型试样置于拉力机上，以一定的速

19、度连续拉伸到撕开为至，其单位厚度上所需的最大负荷。,测试条件,撕裂强度测定仪器和拉伸强度测定仪器相同，均为拉力机。 拉伸速度：50050 mm/min。 温 度： 232。,试样要求,1)试片厚度2.00.2 mm。2)硫化后试片应在标准室温下停放不少于3h，不超过15天。3)裁取试样时，裁刀撕裂角等分线的方向（撕裂方向）与压延方向一致。4)试样个数不少于5个。5)用精度0.01 mm厚度计测量试样试验区内不少于3个点的厚度，取中值作为试样厚。,试验步骤,1) 将试样夹于上下夹持器中一定深度且使其在平行的位置上充分均匀的夹紧。 2) 调整好拉力机，开动试验机，直至试样撕断后停机，记录撕断的最大

20、负荷。,结果处理,计算方法 式中： F试样撕裂时的最大作用力，N； d试样厚度，mm或cm； TSZ撕裂强度N/mm或N/cm。 每个试验样品至少要5个试样，试验结果以每个方向试样的中值和最大最小值表示，数据精确到整位数。,硬度,概述测试原理测试仪器试样要求试验步骤结果处理,概述,意义 橡胶的硬度值表示其抵抗外力压入即反抗变形的能力，其值大小表示橡胶的软硬程度，根据硫化胶硬度大小可以判断胶料半成品的配炼质量及硫化程度，因而硬度做为混炼胶快检指标之一。同时可间接了解橡胶的其它力学性能。硬度计 目前国际上有多种橡胶硬度计，总的可分为两大类，一类是圆锥形平端针压头(压针)，如邵尔硬度计；二是圆球形压

21、头，如邵坡压硬度计、赵氏硬度计筹。,邵氏硬度测试原理,邵尔硬度计测定的是压针压入深度与压针伸长长度之差对原伸长长度比值百分率，可用下列公式表示。 T=2.5-0.025h 其中： T压针压入深度，mm； h邵尔硬度。 由此可知，对于一个流动性很好的材料T=2.5，所以h 为0，对于刚性材料T=0，h=100，硬度范围0100，测定最佳范围在2090。,测试仪器,硬度计按形式可分为台式和手提式，一般实验室多采用台式硬度计，它是由底座、工作台面、压针、刻度表、砝码和主柱等组成，如图所示。,图 硬度计示意图1底座；2工作台面；3压针；4刻度表；5砝码；6主柱,试样要求,1)试样厚度不小于6mm，如试

22、样厚度低于6mm，可用同样胶片重迭起来，但重迭片数不得超过3层。2)试样表面应光滑、平整，不应有缺胶，机械损伤及杂质等。如试样表面有杂质，需用纱布沾酒精擦净。3)试样在试验温度下应至少停放5h。,试验步骤, 仪器校核调零、100调整； 测试、读数试样缓慢受力、快速读数（1s内）； 连续测试5次一点测一次、点与点、边的距离；,每个试样的测量点不少于5个，取其中值为试验结果，试验结果精确到整数位。,结果处理,橡胶制品的磨耗是一种常见的破坏现象，它是一种由于摩擦而引起橡胶表面微观脱落现象，橡胶制品的耐磨性能的优劣在很大程度上决定着产品的使用寿命。轮胎、运输带、胶管等许多制品的使用寿命直接与耐磨性有关

23、，因而耐磨性是橡胶性能一项重要的技术指标。 为了测定橡胶磨耗性能，先后设计出阿克隆、格拉西里、邵坡尔、皮克等多种型号磨耗试验机，一般是用规定条件下试样同摩擦面接触，以磨下的橡胶颗粒的质量或体积表示测试结果。,磨耗性能,阿克隆磨耗试验,试验原理仪器结构试验条件试样试验步骤,试验原理,试验原理： 使试样与砂轮在一定倾斜角度和一定负荷作用下进行磨擦，测定其试样行程1.61km里程时磨耗体积（cm3/1.61km）。,角度调节,传动机构,电子计数装置,加荷机构,试验条件,试验步骤,接电,角度调节,试验结果,装样,磨耗,预磨,试验结果,试样磨耗体积(cm3/1.61km)试样数量应不少于2个，以算术平均

24、值表示试验结果，允许偏差为10%。,橡胶老化 橡胶及其制品在加工制造、长期贮存和使用过程中，由于受到氧、臭氧、变价金属离子、热、光、高能辐射、机械应力的作用，及其它化学物质和霉菌等侵蚀，会逐渐产生变软发粘、变硬发脆或龟裂，使物理机械性能变坏以致失去弹性而丧失使用价值，这种现象称为老化。 橡胶老化是一种不可逆过程，其实质是橡胶分子结构在化学、物理以及生物的因素作用下发生了氧化降解反应或结构化反应。降解反应使橡胶平均分子量下降，强度下降，橡胶变软发粘；结构化反应则是进一步之化交联，使橡胶强度下降、表面发硬、龟裂失去弹性。,橡胶老化试验,试验方法试验按试验条件可分为两类： 自然老化试验方法此类包括大

25、气静态老化试验、大气加速老化试验、自然储存老化试验、自然介质老化试验和自然生物老此试验等。自然老化试验方法，虽可获得比较可靠的试验结果，方法简便，但老化速度缓慢，试验周期长，不能及时满足科研与生产需要。 人工加速老化试验包括热老化、臭氧老化、光老化、人工气候老化、光臭氧老化、生物老化，它是生产和科研中常见老化方法。,热空气老化试验,橡胶的热氧老化试验原理试验设备试验条件试验步骤结果处理,橡胶的热氧老化,热氧老化是生胶和硫化胶中最普遍的一种老化现象。氧能与橡胶发生氧化作用，热会加速氧化过程。橡胶制品在高温下使用或在动态下使用生热很高，都加速了氧化反应过程。 试验得知，温度每升高710橡胶的氧化速

26、度就要增大11.5倍，而温度高达120 以上时，氧化速度就更快。这是因为温度升高不仅加速氧化过程，而且加大了橡胶的解聚速度（高温下尤甚）。 因此制品在常温下可用几年，而在高温下则几个月或几天就失去了强度和弹性。,试验原理,热空气老化试验是一种最普遍的热氧老化试验，它是将橡胶试样置于常压和规定温度的热空气作用下，经过一定时间，测定其物理机械性能的变化。,老化箱,图 空气老化箱结构1加热器；2进风口调节器；3保温层；4内胆；5出风口调节器；6风板；7外壳；8鼓风叶轮；9电动机,漏电开关,加热功率开关,温度设定开关,风机开关,试样要求,试样形状试样为拉伸试样即为亚铃状，形状和尺寸符合(硫化橡 胶拉伸

27、性能试验)的规定。试样个数试验的试样数量通常为10个，其中5个试样做老化前拉 伸试验，其余5个试样进行老化试验，至少不小于6个。,放置要求, 尽可能避免不同配方试样在一起老化。 例如：对于高硫配合、低硫配合、有无防老剂以及含Cl、F 等挥发物互相于扰的试样，应分别进行老化试验。 每两试样之间的距离不得小于10mm，试样与箱壁的距离不得小 于50mm。,时间选择,老化时间可选为：24h、48h、70h、72h、96h、144h、168h或168 h的倍数。,温度选择,根据具体需要，确定老化试验温度，可选择为50、70、100、120、150、200、300等，温度允许波动范围为50100：1；1

28、01200：2；201300：3。,试验步骤,1) 测试试样厚度。 2) 将老化箱调至所需要的温度，并使之稳定（1020min），然后 将准备好的试样自由挂在老化箱中。 3) 每两试样之间的距离不得小于10mm，试样与箱壁的距离不得小 于50mm。 4) 试样放入老化箱之后，开始计时，到了规定老化时间，立即取出 试样。 5) 取出的试样在室温（232）下停放4h后(不超过96h)而标距， 进行相关性能测定如拉伸试验。,结果处理,结果表示方法老化系数表示法、性能变化百分率表示法和硬度 变化表示法； 数据处理试验结果性能变化百分率精确到整数位。,对硬度变化，只采用（AO）即性能变化值表示,耐介质性

29、能试验,概述试样要求试验条件试验步骤试验结果,概述,背 景 某些橡胶制品是在接触或泡在某种介质（如油、溶剂）中使用的。也有的制品接触酸碱等腐蚀性化学物质。这样，在使用过程中就会引起膨胀或腐蚀而致使物理机械性能下降。因此，对于这样制品，测定其对油类、腐蚀性介质的稳定性具有一定的必要性。测定内容 硫化胶耐介质性能测定，即测定硫化胶经液体浸泡前后的性能变化，通常分如下3个方面： (1) 体积，质量的变化； (2) 浸泡后的拉伸性能的变化试验； (3) 浸泡后的硬度试验；,试样要求, “体积、质量变化试验”所用的试样，其长、宽各为25.000.1mm，厚为2.00.2mm； “浸泡后的拉伸性能试验”所

30、用试样按硫化胶拉伸性能测定中有关规定制备； “浸泡后的硬度试验”所用的试样按橡胶邵尔A型硬度试验中的规定制备。,介质种类, 可根据制品的使用条件选用介质、种类和浓度，进行耐 油性能试验最好选用标准试验油（1、2、3型号）。 试验液体的体积应不少于试样总体积的15倍，并确保试 样始终完全没泡在试验液体中。 试验液体只限用一次，不同配方试样不得在同一容器中 进行浸泡试验。,浸泡温度,浸泡温度一般在如下推荐温度中根据橡胶制品使用条件选择： 201 231 271 401、 501 701 851 1001、 1252 1502 1752 2002、 2252 2502低温下 01 -101 -251 -401 -551 -701,试验结果, 体积变化百分率V 质量变化百分率W 拉伸强度变化百分率 扯断伸长率变化百分率 用拉伸强度表示耐油系数K1 用扯断伸长率表示耐油系数K2 用抗张积表示的耐油系数K3 硬度变化值A,拉伸强度变化百分率,扯断伸长率变化百分率,用拉伸强度表示耐油系数K1,用扯断伸长率表示耐油系数K2,硬度变化值A,Thank you !,