橡胶物性测试技术

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橡胶物性测试技术
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
塑性
半成品 检验
半成品 检验
成品 检验
硫化 特性 塑性
密度 硬度
拉伸 撕裂 硬度 耐磨性 老化性能 回弹性 耐介质 屈挠性能 等
实验条件:
温度:100℃±0.5℃或125℃±0.5℃; 时间:预热1min、转动4min或预热1min、转动8min; 转子转速:2.00±0.02prm。 压力:模腔上塞压力:0.35~0.60MPa (3.5~6.0kg/cm2)。
试验步骤
① 试样制备 ② 测试 ③ 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:
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。
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)
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

名称 拉伸强度 定伸应力 伸长率 撕裂强度
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截面、大小相等、方向相反并在同 一直线上的外力作用。
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
F
A0
A
l0
l
简单拉伸示意图
Dl F
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
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(45~55),厚度6~8mm的圆 形胶片,在其中一片的中心打一个直径约¢8~10rnm的圆孔。
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
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V有关,因此通过对G测定即
表 哑铃状试样尺寸
试样类型
1型
2型
3型
4型
试样工作长度 25.0±0.5 20.0±0.5 10.0±0.5 10.0±0.5
试样厚度 2.00±0.2 2.00±0.2 2.00±0.2 1.00±0.1
试样宽度
6.00.0+0.4 4.0±0.1 4.0±0.1 2.0±0.1
手动式冲片机
手动冲片机结构示意图
概述
意义 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。
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。
P
宽度b
厚度d
试验条件 温度:70±1℃; 时间:预热3min,恒压3 min,恢复3 min; 压力:5.000±0.005 kg 。
试样要求:直径为¢16±0.5mm,高10.00±0.25mm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
整数位 小数点后3位 整数位 整数位 整数位 小数点后2位 整数位 小数点后2位
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。
塑性
分子 量大

工艺 性能
物理 机械 性能
如塑性过大,则分子量较低不易混炼,压延时粘辊,成品的 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。
P
在规定试验温度、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。
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、形变速率的影响
Different temperature(不同温度)
T
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,
国际标准 ISO 国家标准 GB 地方标准 DB 行业标准 HG 企业标准 Q
检验方法
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,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。
实验条件
⑴ 振荡频率 振荡频率通常为1.7Hz±0.1Hz ⑵ 振荡幅度 振幅范围为±0.1°~±2°(0.2°~4°
),一般选用为1.00°±0.02°。 ⑶ 试验温度 推荐试验温度为100~200℃,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。
⑷ 试验压力 在整个试验过程中,气缸或其它装置能够施 加并保持不低于8KN作用力。
-加热管
试验步骤
1 预热仪器 使其达到70±1℃并保持稳定一 定时间10~15min。
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 70±1℃下预热3min。
4 加压测试 预热好的试验放在上下压板之间的 中心位置上,轻轻放下负荷加压, 同时预热第二个试样。
T
应力-应变曲线形状发
生很大变化。
不同温度下的应力-应变曲线
Different strain rate (不同拉伸速率)
速度
速度
Strain rate
. . ..
e1 e2 e3 e4
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
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
P h0 h2 h0 h1
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0~1之间
邵尔A硬度 密度(天平法) 恒定压缩永久变形 冲击弹性 永久变形 阿克隆磨耗 门尼粘度 威氏可塑度
取值方法 中值 中值 中值 中值
中值 平均值 中值 平均值 中值 平均值 平均值 中值
单位 MPa Mpa % N/mm KN/m N/cm
g/cm3 % % % Cm3/1.61Km
试验结果精确位数 小数点后2位 小数点后2位 整数位 小数点后2位
检验项目
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 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
硫化胶
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 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。
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
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。
M——门尼粘度源自文库;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。
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
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。
可反映交联过程。
转矩
剪切模量
交联密度
硫化程度
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3~5cm3),并应通过预先 试验确定。一般取5~7 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。
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