硫化橡膠或熱塑性橡膠老化性能拉伸應力松弛測定(GB/T 9871-2008)
本測試執(zhí)行GB/T 9871-2008《硫化橡膠或熱塑性橡膠老化性能的測定 拉伸應力松弛試驗》,等同ISO 6914:2004國際標準。標準規(guī)定了橡膠材料經熱老化后,恒定拉伸應變狀態(tài)下應力松弛性能的測試方法,用于評價老化后橡膠材料的彈性保持能力、力學穩(wěn)定性,是檢測橡膠制品老化耐久性能、預判使用壽命的重要試驗,適用于橡膠管材、線纜護套、彈性膠帶、減震橡膠件等產品。
橡膠材料經高溫熱老化后,內部高分子鏈會發(fā)生交聯(lián)、斷裂、氧化降解等老化反應,導致材料黏彈性發(fā)生變化。本測試先對橡膠試樣進行規(guī)定條件的熱老化處理,再對老化后的試樣施加恒定拉伸應變,在標準環(huán)境下持續(xù)監(jiān)測拉伸應力隨時間的衰減變化,通過計算拉伸應力松弛率,量化老化后橡膠材料的應力衰減程度,精準評價橡膠材料的抗老化性能與長期力學穩(wěn)定性,區(qū)分不同配方、工藝橡膠材料的老化耐久差異。
• 熱空氣老化試驗箱:溫度精度±1℃,滿足橡膠熱老化恒溫試驗要求;
• 橡膠拉伸應力松弛試驗機:具備恒定應變控制、實時應力采集功能,拉伸精度0.5級,可連續(xù)記錄應力衰減數(shù)據;
• 精密測量卡尺:精度0.01mm,測量試樣厚度、寬度;
• 標準啞鈴型試樣裁刀:符合GB/T 528標準試樣尺寸要求。
選用熱塑性三元乙丙橡膠(EPDM)試樣,采用標準I型啞鈴試樣,試樣厚度2.0±0.1mm,寬度6.0±0.1mm,試樣無劃痕、無缺口、無老化瑕疵。設置老化組與空白對照組,每組3個平行試樣,試驗前均在標準環(huán)境(23℃、50%濕度)靜置24h狀態(tài)調節(jié)。
• 老化溫度:100℃(通用橡膠加速老化標準溫度);
• 老化時長:72h;
• 老化環(huán)境:熱空氣循環(huán)環(huán)境,無光照、無腐蝕介質。
• 測試環(huán)境:標準實驗室環(huán)境(23±2℃、濕度50±5%);
• 恒定拉伸應變:20%(標準常規(guī)測試應變);
• 應力松弛測試時長:30min;
• 拉伸速率:50mm/min(標準規(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,老化結束后取出試樣,在標準環(huán)境下靜置冷卻2h,消除熱應力影響。
步驟2:試樣尺寸測量
分別測量兩組所有試樣的有效寬度、厚度,計算試樣橫截面積,記錄數(shù)據,確保試樣尺寸合規(guī)。
步驟3:設備調試與試樣裝夾
調試拉伸應力松弛試驗機,校準設備精度,設定拉伸應變20%、拉伸速率50mm/min、測試時長30min。將試樣垂直裝夾在試驗機上下夾具中,保證試樣對中、無扭曲、無偏心受力。
步驟4:加載與初始應力采集
設備以設定速率拉伸試樣至20%恒定應變,立即鎖定拉伸位移,穩(wěn)定1min后采集初始拉伸應力S?,記錄每組試樣初始應力數(shù)據。
步驟5:恒溫松弛測試
保持試樣20%拉伸應變恒定,持續(xù)靜置30min,設備全程實時采集應力變化,試驗結束后讀取最終殘余拉伸應力S?。
步驟6:重復測試
按照相同流程完成所有平行試樣的測試,剔除異常數(shù)據,保證試驗數(shù)據可靠性。
測試組別 | 試樣編號 | 初始應力S?(MPa) | 殘余應力S?(MPa) | 測試條件 |
空白對照組(未老化) | 3-1 | 2.85 | 2.62 | 23℃、20%應變、30min |
3-2 | 2.83 | 2.60 | 23℃、20%應變、30min | |
3-3 | 2.86 | 2.63 | 23℃、20%應變、30min | |
老化組(100℃/72h) | 4-1 | 2.72 | 2.31 | 23℃、20%應變、30min |
4-2 | 2.70 | 2.29 | 23℃、20%應變、30min | |
4-3 | 2.73 | 2.32 | 23℃、20%應變、30min |
拉伸應力松弛率(%)=(S?-S?)/S?×100%
式中:S?為恒定應變下初始拉伸應力(MPa);S?為測試結束后殘余拉伸應力(MPa)。
• 空白對照組平均初始應力:2.85MPa,平均殘余應力:2.62MPa,應力松弛率=8.1%;
• 老化組平均初始應力:2.72MPa,平均殘余應力:2.31MPa,應力松弛率=15.1%。
根據GB/T 9871-2008標準及EPDM橡膠制品行業(yè)驗收規(guī)范,100℃/72h熱老化后,拉伸應力松弛率≤18%為合格。本次老化組試樣松弛率15.1%,符合標準要求。測試結果表明:未老化的EPDM橡膠應力衰減極小,彈性穩(wěn)定性優(yōu)異;經高溫熱老化后,材料內部結構輕微降解,應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,可長期應用于高溫、通風工況下的橡膠配件。若老化后松弛率超標,說明材料耐老化性能差,長期使用易出現(xiàn)彈性衰減、變形失效、拉伸斷裂等問題。
1. 所有試樣需嚴格按照標準進行狀態(tài)調節(jié),避免溫度、濕度、內應力對測試數(shù)據造成干擾;
2. 測試過程中需保證設備無振動、無位移偏移,壓縮、拉伸應變全程恒定,杜絕人為擾動;
3. 平行試樣數(shù)據偏差需控制在3%以內,偏差過大需重新測試,保證數(shù)據準確性;
4. 高溫測試結束后,需按標準要求靜置穩(wěn)定后再讀取數(shù)據,避免溫度應力影響測試結果。
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