基于硫化橡胶力学性能试验的因素指标分析

曾志斌

摘 要：本文基于针对硫化橡胶的邵氏硬度和拉伸性能试验进行了结果分析，列举了试样尺寸、取样方向、读数时间、试验速度和停放时间等因素，并分析了这些因素对邵氏硬度和拉伸性能试验结果的影响。

关键词：硫化橡胶 邵氏硬度 拉伸性能

中图分类号：TQ330 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）05（b）-0229-02

橡胶制品在现代工业中的应用广泛，在试验工作中对于橡胶物理力学性能就会严格要求其达到相应指标。为了了解其力学性能，控制和调整生产工艺及评定产品的达标情况和硫化情况，设计邵氏硬度和拉伸性能都是橡胶物理性能试验中重要的必不可少的项目。并且在试验中减少影响试验结果准确性的无法避免的不利因素，这是十分必要的。本文结合三种样品的试验，就影响硫化橡胶的邵氏硬度和拉伸性能试验结果的主要因素及其原因进行了分析。

1 试验及结果分析

1.1 影响邵氏硬度试验结果的因素

（1）试样厚度。邵尔A型硬度值（以下简称硬度值）是由压针压入试运行的深度来测定的，因此试样的厚度直接影响试验结果。图1是材料为SBR的胶料试样在不同厚度下测得的不同数值的邵氏硬度。

由图1可见，试样厚度越薄其硬度值得纪念就越大，随着试运行厚度的逐渐增大，其硬度值也随之逐渐变小。原因是，当压针压入试样，试样受到压力后变形，受压的部分变薄，对于过薄的试样，此时部分压力直接施加于试台上，因而压入试样的深度减小，硬度值增大。所以在GB/T 531-1999中规定了进行邵氏硬度试验的样品厚度为6 mm。

（2）读数时间。在测量邵氏硬度时，读数时间对试验结果的影响很大。有些比较陈旧的硬度计采用的是指针式读数，而压针受压后立即读数与指针稳定后读数，两者之间的差异很大，特别是在某些合成橡胶中就更为明显了。表1是EPDM胶料压针压下后的不同时刻读数的数值。

由表1可以看出，立即读数与指针稳定后读数，两者之间的硬度值相差达5HA。所以对于一些没有数显装置的硬度计来说，如何正确读数，缩短读数时间的差异对试验结果就显得非常重要了。

（3）停放时间和环境温度。在GB/T 531-1999标准中，要求橡胶进行硬度试验前试运行的调节时间不得少于3 h；而硫化与试验之间的时间间隔为16 h至3个月。若停放时间过长，往往造成硬度值增加，其增加的数值随时间长短不同而不等，某些橡胶的HA值变化量达2-4。其原因是随着停业的增加，橡胶试样在环境温度、湿度、光照和空气流动等方面因素的影响下，不断进行着相当于老化试验的过程，而使得硬度值上升。

温度对试验结果也有影响。橡胶为高分子材料，其硬度值随环境温度变化而变化，温度高则影响程度也不同，对于一些结晶比较慢的天然橡胶，温度对其影响小些；而对于氯丁橡胶、丁苯橡胶影响则相对比较显著。

（4）其它因素。另外还有一些因素也将影响到试验结果的准确性，比如压针楞角磨损、压针压入时没有与被测试试验面垂直等。无论是其中的一项或多项，都将造成较大的试验误差。所以，当了解了影响硬度试验结果的因素后，就应该尽可能地避免这些因素的影响，提高试验结果的准确性。

1.2 影响拉伸性能试验结果的因素

（1）试样宽度。在橡胶的拉伸试验中，一般采用哑铃状试样。在GB/T 528-1999中规定了几种不同的裁刀尺寸规格，工作部分宽度不同，试验结果也不同，而对于不同宽度下测得的试验结果，一般没有可比性。但一般而言，工作宽度增加，拉伸强度和扯断伸长率都有所降低。见表2。

产生这种现象的原因可能是：①胶料中存在微观缺陷，这些缺陷经过混炼并没有被消除，只是分布均匀了些，仍存在于胶料之中，所以面积越大存在这些缺陷的机率也越大。②试验过程中工作部分宽度存在受力不均匀。宽度方向上边缘部分的毅力大于中间部分的应力，宽度越宽，差异也就越大。这也是造成早期断裂的一种原因。

（2）试样厚度。在进行拉伸试验时，标准中规定的试运行厚度为2.0±0.3 mm，但随着试样厚度的增加，拉伸强度和扯断伸长率都有所下降。分析其原因有：①厚度增加，使工作部分横截面积增加，受力时使试样边缘和中心的受力不均情况也增加，从而使拉伸强度和扯断伸长率下降。②由于橡胶试片在压制过程中，模具本身存在缺陷，从而使试片的厚度有超差，在这种情况下制取试样，截取的试样断面现状会产生变形。由于试样厚度增加，试片在受到裁刀压力后产生变形，使截得的试运行中凹进去而使截面积减小。试样越厚，断面的变形就越大，截面积就越小，所测得的拉伸强度和扯断伸长率当然也就小了。因此，在压制试片时，应尽量提高试样厚度的尺寸精度，从而减小试样厚度对试验结果的影响。

（3）拉伸速度。硫化橡胶在进行拉伸试验时，标准规定的拉伸强度为500±50 mm/min，但标准中也允许采用200±20 mm/min作为拉伸速度的。由试验得出，当速度在200～500 mm/min之间时，速度对试验结果的影响并不显著，但当拉伸速度过慢或过快，则会对试验结果产生较大的影响。图2是以四种不同速度对EPDM胶料进行了的试验情况。一般而言，速度增加，松弛产生影响的时间就短，由松弛引起的应力减少就小，所以拉伸强度就提高，反之则下降。

（4）压延方向。对硫化橡胶取样，应注意压延方向。在GB/T 528-1999标准中规定，片状试样在拉伸时，其受力方向应与压延方向一致，否则其试验结果显著降低（见表3）。

由表3中的试验数据可以看出，平行于压延方向的拉伸强度比垂直于压延方向的拉伸强度高。产生这一现象的原因可能是胶料在混炼时受到一定的剪切应力，顺辊筒方向分子链排列整齐，相当于对分子进行一次取向，所以平行于压延方向的拉伸强度要比垂直压延方向时得到的结果要大。

（5）停放时间。GB/T 3941-1991标准中规定，硫化后的橡胶试样必须在室温中停放一段时间后才能进行试验，停放时间不得少于16 h最多不得超过15 d（天），否则对试验结果会有影响。随着停放时间的延长，拉伸强度和扯断伸长率会稍稍提高，但影响不十分明显。其原因是停放一定时间后，可使试运行在加工过程中产生的内应力趋向均匀分布，减小以至消失，因而在拉伸过程中，试样受力均匀，不致因为受到应力集中影响而提早断裂。

2 结语

从硬度和拉伸性能两方面品影响硫化橡胶力学性能试验结果的几个因素，并简要分析了原因。当然还有其它因素也会对最终试验结果造成影响，本文的目的是通过了解这些内容，避免一些试验误差的产生，从而提高试验结果的准确性。

参考文献

[1] 王松岛.硫化橡胶力学性能试验结果分析研究[J].科技资讯，2013（2）.

[2] 李文昌.硫化橡胶力学拉伸性能研究[J].科技创新导报，2014（1）.endprint