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南京某橡塑有限公司找到我們想要測(cè)一橡膠圈的拉伸性能，經(jīng)過與我們工程師的溝通，我們了解到因?yàn)檫@批橡膠圈設(shè)計(jì)的應(yīng)用環(huán)境是在高溫高應(yīng)力環(huán)境里工作，所以需要了解其實(shí)應(yīng)該是其熱拉伸應(yīng)力性能。熱拉伸應(yīng)力性能是衡量硫化橡膠制品使用壽命的一項(xiàng)重要的物理性能。在不同的環(huán)境、不同載荷等的條件下，特別是在高溫環(huán)境下，產(chǎn)生的應(yīng)力不同，都會(huì)影響橡膠圈的使用壽命。

一、需求背景

目前我國(guó)有關(guān)硫化橡膠的熱拉伸應(yīng)力試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)并沒有出臺(tái)，可供參考的GB/T 528-2009《硫化橡膠或熱塑性橡膠 拉伸應(yīng)力應(yīng)變性能的測(cè)定》里面測(cè)定的指標(biāo)，也只有常溫工作環(huán)境下的拉伸強(qiáng)度、拉斷伸長(zhǎng)率、定伸應(yīng)力、定應(yīng)力伸長(zhǎng)率、屈服點(diǎn)拉伸應(yīng)力和屈服點(diǎn)伸長(zhǎng)率這些。還有GB/T 13939-2014《硫化橡膠 熱氧老化試驗(yàn)方法 管式儀法》給出也只是硫化橡膠在高溫和高壓氧氣環(huán)境中進(jìn)行加速老化的試驗(yàn)方法。這批橡膠圈需要測(cè)試的需求應(yīng)該是硫化橡膠的Gough-Joule效應(yīng)，也就是要了解在恒應(yīng)力下的硫化橡膠隨著測(cè)試溫度的升高而收縮，在恒定應(yīng)變下的試樣產(chǎn)生增加的應(yīng)力變化情況。

二、試驗(yàn)設(shè)計(jì)思路

由于國(guó)內(nèi)沒有專門檢測(cè)硫化橡膠熱拉伸應(yīng)力的方法標(biāo)準(zhǔn)，但是國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)組織早就對(duì)該試驗(yàn)出臺(tái)了相關(guān)的方法標(biāo)準(zhǔn)，那就是 ISO 12493:2017《硫化橡膠 熱拉伸應(yīng)力的測(cè)定》。該標(biāo)準(zhǔn)的試驗(yàn)原理就是在標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室溫度下，以拉伸模式將試樣保持在恒定的預(yù)應(yīng)變下。然后當(dāng)給定的預(yù)應(yīng)變引起的預(yù)應(yīng)力達(dá)到表觀平衡值時(shí)，使試樣溫度升高。在不同預(yù)應(yīng)變條件下，測(cè)量在高溫下產(chǎn)生的熱應(yīng)力隨時(shí)間的變化情況。所以，我們便推薦參考 ISO 12493:2017來檢測(cè)這批橡膠圈的熱拉伸應(yīng)力性能。

三、試驗(yàn)方案

1.試驗(yàn)設(shè)備

此次試驗(yàn)要用的儀器主要為熱應(yīng)力試驗(yàn)機(jī)、溫控室、寬度和厚度測(cè)量裝置。其中熱應(yīng)力試驗(yàn)機(jī)是用于測(cè)量受熱時(shí)橡膠材料產(chǎn)生的熱應(yīng)力的試驗(yàn)機(jī)，如下圖所示：

裝置調(diào)節(jié)使用兩個(gè)夾具將試樣保持在溫控室中，上夾具連接到測(cè)力傳感器，下夾具連接到橫梁。用馬達(dá)驅(qū)動(dòng)螺桿操縱橫 梁，以在試樣上施加預(yù)應(yīng)變。當(dāng)溫度升高時(shí)，產(chǎn)生的熱應(yīng)力傳遞到力值傳感器并記錄輸 出，以給出應(yīng)力隨時(shí)間的變化。試驗(yàn)機(jī)應(yīng)符合GB/T 17200中1級(jí)力值精度，機(jī)器應(yīng)以（20±2.5）mm/min的速度將預(yù) 應(yīng)變?cè)O(shè)定在±0.1范圍內(nèi)。溫控室應(yīng)能夠以至少 30℃/ min 的速率升高溫度，并將試樣保持在 GB/T 2941 規(guī)定的所需溫度。腔室的適宜容積應(yīng)為3L至5L。溫度傳感裝置應(yīng)位于試樣附近的腔室內(nèi)寬度和厚度測(cè)量裝置 測(cè)量試樣厚度和寬度的裝置應(yīng)符合 GB/T 2941 的規(guī)定。

2.試驗(yàn)條件

（1）推薦測(cè)試的溫度設(shè)置為60℃、100℃ 和140℃。

（2）推薦預(yù)應(yīng)變可以設(shè)置為 0.2、0.4 和 0.6。

3.試樣制備

每組測(cè)試條件下要求應(yīng)不少于 3 個(gè)試樣。試樣應(yīng)由平板模壓切割而成，厚度應(yīng)為（2±0.2）mm。試樣表面應(yīng)光滑且規(guī)則。試樣停放應(yīng)符合GB/T 2941，其形狀和尺寸如下圖：

在硫化與測(cè)試之間的間隔期間，試樣應(yīng)盡可能避光。在測(cè)量和測(cè)試之前，試樣應(yīng)在標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室溫度下調(diào)節(jié)至少 3h。如果測(cè)試要在標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室溫度以外的起始溫度下進(jìn)行，試樣應(yīng)在測(cè)試前，立即在測(cè)試溫度下調(diào)節(jié)一段時(shí)間，以確保達(dá)到測(cè)試溫度（見 ISO23529）。

4.試驗(yàn)步驟

在標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室溫度下，將試樣安裝在夾具中，并以（20±2.5）mm / min 的速度將其拉至所需的預(yù)應(yīng)變，如圖3所示。

將試樣保持在恒定的預(yù)應(yīng)變下，直到由預(yù)應(yīng)變產(chǎn)生的預(yù)應(yīng)力達(dá)到表觀平衡值。時(shí)間約需 30min。然后，將負(fù)荷裝置歸零，并將溫度升高到所需的測(cè)試溫度。在加熱開始后，立即記錄熱應(yīng) 力（指定為零時(shí)間）。監(jiān)測(cè)熱應(yīng)力隨時(shí)間的發(fā)展和衰減。測(cè)試保持時(shí)間不小于 30min。除另有規(guī)定,測(cè)試至少三個(gè)溫度下的結(jié)果，每個(gè)溫度下有三個(gè)預(yù)應(yīng)變。

5.試驗(yàn)結(jié)果表示

繪制試樣熱應(yīng)力隨時(shí)間的函數(shù)圖。得到最大熱應(yīng)力、最大熱應(yīng)力的時(shí)間和特定時(shí)間的熱應(yīng)力，應(yīng)取 20min。

六、總結(jié)及反饋

我們?cè)谧隽蚧鹉z檢測(cè)時(shí)，其中的熱拉伸應(yīng)力試驗(yàn)可以幫助我們掌握材料的拉伸變形趨勢(shì)，生產(chǎn)企業(yè)通過試驗(yàn)報(bào)告得到的數(shù)據(jù)來比較不同材料的多向拉伸性能，并結(jié)合高低溫氣候試驗(yàn)研究熱成型產(chǎn)品的熱拉伸率與氣候試驗(yàn)收縮變形的關(guān)系，以此用來定量地比較不同材料之間的成形能力差異，從而明確地掌握該種材料的成形能力范圍，指導(dǎo)生產(chǎn)工藝。

企業(yè)在采購不同批次的原材料時(shí)，可重點(diǎn)對(duì)其熱拉伸應(yīng)力性能進(jìn)行比較，這樣就可以更好的防止因原材料質(zhì)量的參差不齊造成產(chǎn)品質(zhì)量波動(dòng)，從而有效保證生產(chǎn)的穩(wěn)定性。