《硫化橡胶耐臭氧老化动态拉伸试验法》国家标准简介

《硫化橡胶耐臭氧老化动态拉伸试验法》国家标准简介 维普资讯 ////0>. 先 芊孝, 施 , 磺/ , , 硅叶 , 《硫化橡胶耐臭氧老化 动态拉伸试验法》 国 家 标 准 简 介 /; 化工部分成材料老化研究所 陈经盅 ? 一 《硫化橡胶耐臭氧老化试验 动态拉伸 作,参照采用国际标准 / ?和 试验法》国家标准已经国家技术监督局发布 其他国家标准,结台国情而制订的。其主要 实施,标准编号为: /。现 技术指标和有关规定大部分与国际标准相 将本标准的主要技术内容和依据作一简要介 同,所不同的只是增加了一些内容。如对标 绍。 准的适用范围,试验装置的要求,以及试样 一 、 国内外标准概况 规格、试验条件 试验程序、试验结果的表示 臭氧。 是大气中含量极少的成 法等基本上采纳了国际标准的规定 不同的 份,但它对橡胶,特别是对不饱和橡胶及 是评价臭氧老化的指标增加了部分内容:如 其它台成材料,是最具破坏性的老化因素之 在国际标准中只规定用出裂时间和龟裂情况 一 。 因此,世界各国都很重视橡胶臭氧老化 作指标,而本标准不只采用这些指标,而且 的试验研究工作。工业发达国家如美、英, 吸收了静态拉伸试验法等国标的可用部分, 法、德、日和原苏联等均先后制订和颁布了 即增加了可用断裂时间、龟裂 等级和拉伸性 橡胶或弹性体臭氧老化试验方法国家标准。 能变化率 老化率 等作评价指标。因而在 硫化橡胶耐臭氧老化试验标准分为静态拉伸 试样形状规格上补充了用于检测断裂时问指 试验法和动态拉伸试验法。由于两者方法不 标的较薄和较窄的矩形试样规格,补充了用 同,所以分为两个标准。在我国,静态拉伸 于测定拉伸性能的.亚铃形试样规格。另外,在 试验法的国家标准已于 年发布实施,标 本标准中还增加了可采用高臭氧浓度如 , 准号为。动态拉伸试验法在本以上的试验档次, 以利加快检测 标准制订之前则是个空白。据了解,我国拥 较耐老化胶种和配方试样的耐臭氧性能,扩 有臭氧老化试验设备的单位还不多,开展臭 大试验范围。总的来说,本标准基本上是参 氧老化的工作还不普遍,因此,在本标准制 照采用/的。 订之前,还未见到国内其他单位制订同类标 三.标准的名称和适用范围 准的报导。目前在国外制订有动态应变试验 由于硫化橡胶臭氧老化通常是在受应力 祛的除了国际标准化组织 外,还有 作用下,即处于应变状态下发生的,所以硫 美、英、法和原苏联等。这几个国家的标准 化橡胶耐臭氧老化试验可分为静态应变和动 大同小异,主要技术指标差别不大。有的还 态应变两种试验方法。本标准的方法是规定 在不断修订,充实完善,逐渐靠拢,趋向统 试样在动态拉仲状态下进行臭氧老化试验 一 。 这几个国家标准的代号有: , , 的,它与静态拉伸试验法术同,因而称为动 , /,?。 态拉伸试验法。本试验法是利用人工模拟并.等 强化大气中的臭氧因素和硫化橡胶的使用状 .我国标准与国际标准的异同 态,在恒温而无光照的试验箱中进行的,它 本标准是通过我们自己的试验 研究工 规定了动态装置、试样规格、各项试验条件维普资讯 ////. 面,当试样受到应力作用或处于应变状态 和试验程序,因而跟参照采用的国际标准一 时,奥氧就会对其发生氧化作用,在试样表 样,适用于评定硫化橡胶在动态拉伸状态下 面产生臭氧龟裂,其裂纹的方向基车上是与 耐臭氧老化的性能。动态拉伸试验法比较符 应力方向垂直的。若采用长矩形试样,则可 合橡胶制品的实际使用状态,其模拟性比较 使试样被拉伸时应力分布比较均匀,产生的 赶,.试验结果比较接近实际,因此,它是一 种快速检测材料老化和提高橡胶产品质量的 龟裂不会引起相邻部分的应力 松弛 试验结 重要手段。 果比较客观。因此,评价臭氧龟裂试验时宜 四.对试验装置的要求 采用长矩形试样。另外,硫化橡胶经臭氧老 臭氧老化试验的装置 被称为臭氧老化 化后,其实用性能,例如拉伸性能会相应地 仪、臭氧老化机或臭氧老化箱,其型号有多 变劣, 因而亦能反映出其受臭氧老化的程 种,但一般均具有 大主要部分,即:臭氧 度,所以本标准增加了哑铃形试样的规定。 发生器,老化试验箱,臭氧浓度控制或检测 表 示出了试样形状规格对臭氧龟裂影响的 装置等。臭氧发生器有两种:紫外光灯和无 试验结果。从表中可看出,试样形状对龟裂 声放电管。只要琵达到要求,可以选用任一 出现时间影响不大,但对龟裂程度的发展和 种。一般来说,采用紫外灯发生臭氧,比较 断裂的速度则有影响。如较薄和较窄的试样 适于做低浓度 以下 的臭氧老化 龟裂的发展和断裂的速度较快,哑铃形试样 的裂纹容易集中在两端拐弯处。因此,一般 试验,因为其所需的电压、电流较小,臭氧 浓度比较容易控制。但因灯光的强度有限, 作评价臭氧龟裂的老化试验,宜采用艮矩形 不易达到很高的臭氧浓度。采用无声放电管 试样 但要较快获得断裂时间,则宜采用较 则比较适于傲高浓度 以 薄或较窄的试样。不同形:状规格的试样是不 上 的臭氧老化试验。但因它需用高电压, 能作比较的。 , 故做低臭氧浓度较难稳定控制,误差较大。 .试样的最大伸长率 为了模拟橡胶制品的应用条件,试样进 老化试验箱是试样进行老化的空间,必须是 行动态拉伸时其最大伸长率应根据制品实际 密闭的,不受外部光照并能恒定控制试验所 需的臭氧浓度和温差。试验箱的容积一般不 使用状态来选取。据调查,大部分橡胶制品 宜小于 .。箱室的尺寸应能容纳做动态 在实际使用受到应力应变作甩时其变形率都 不超过,除特种用途外,一般都在 ~ 拉伸的试样夹具和框架,能保持含臭氧空气 的流速或流量及臭氧浓度的恒定。控制和调的变形率。试样不同的伸长率,臭氧老化 节臭氧浓度可用自动化的方法,但并非一定 的结果是不同的。表 示出了两种硫化胶试 样最大伸长率对臭氧龟裂影响的老化试验结 用自动化,也可以通过施加电压或气体流速 果,从表中可见,试样在动态拉伸时的最大 来调节。检测臭氧敬度的方法有种多,例如 有碘量滴定法,电化学法,光化学法和比色 伸长率对臭氧龟裂有很大影响, 若伸长率越 大,则臭氧龟裂越严重,龟裂发展的速度也 法等。经典测定臭氧浓度的碘量滴定法可参 照的附录 。 越快。但裂纹出现时间对于丁苯胶则有些不 五.对试验条件和方法的规定 同,即其伸长率为的试样出裂时可 早些。这些都可能与试样受应力活化、拉伸 .试样形状规格 取向,机械疲劳等诸因素有关。以上说明不 试样的形状和规格主要是根据评价指标 和能够反映臭氧老化的特征来确定的。硫化 同的伸长率对不同试样的试验 结果是不相同 橡胶臭氧老化的特征 主要发生在试样 的表 的,所以最好是选用符台或接 近橡胶制品在 ?维普资讯 ////. 热控温和排风的影响,相对湿度都明显降低, 实际使用时的最大伸长率进行试验,一般可 箱内温度越高,湿度越低,致使箱内的相对 在 ~ %问选用,但不宜小于 或小于 湿度低于 。测试结果如表 所示。 试样的永久变形值,不然,试样难于产生臭 如果需试验在潮湿环境下的耐臭氧性 氧龟裂,得不到试验结果。如果采用的伸长 能,则需使用具有调湿的特殊装置才能进 率过大或超过实际使用条件时,则有可能由 发生的机械疲劳的龟裂取代臭氧龟裂,导致 行。本标准仅作一般的规定,上限为 。 不客观的试验结果。因此,本标准建议试样 .臭氧浓度 试验的臭氧浓度通常是根据橡胶制品的 动态的最大伸长率采用 为主的规定,向 靠拢。 使用环境条件和耐老化程度来选取的。地面 .试验温度 大气中的臭氧含量 随地区、季节等不同而 异,一般臭氧浓度约 ~ 。提高臭 试验温度的选择通常是根据硫化橡胶使 氧浓度进行试验,可以加速硫化橡胶的臭氧 用环境的最高气温和试验设备的控温条件等 因素来确定的,另一方面还要考虑到臭氧容 老化,但试验的臭氧浓度也不能无限制地增 易受热的作用而分解,所以臭氧老化试验的 高,否则就会改变硫化橡胶的老化规律,得 温度不能过低,也不宜过高,本标准规定优 到与实际情况相差太远的试验结果。或者因 先选用的试验温度为 ? 。 。根据我国各 臭氧浓度过高,龟裂出现时间太短,老化速 地的气候情况,最高气温通常达到 。 。 度太快,难于分辨 出试样耐老化性能的优 在南方的夏天,气温经常在 。 以上,要傲 劣。但对于较耐老化的橡胶试样则不宜采用。 以下的试验是不可能的。但试验温度也 太低的臭氧浓度进行试验,否则起不到加速 不应超过 。 ,否则,热氧老化将逐渐起主 老化的作用,拖长了试验时间。表 为臭氧 导作用,而且会加速臭氧的分解,影响试验 浓度对硫化橡胶 耐老化性能影响的试验结 结果。表 示出试验箱内温度与发生臭氧的 果,从表中可看出,对通用的不饱和橡胶试 样,如天然胶,顺丁胶,丁苯胶和丁腈胶等, 紫外光灯所需的电流和电压的关系,可见, 当温度达到 。 时,臭氧开始分解,所需 宜采用或以下的低臭氧浓度进行试 的工作电流和电压都要相应提高较多,才能 验,对耐老化程度较好的橡胶试样,如氯丁 保持所需的臭氧浓度。表 为试验温度对硫 胶,丁基胶等,可采用或 的中等 化橡胶试样臭氧龟裂影响的试验结果。可看 臭氧浓度进行试验 对耐老化的饱和结构的 出温度对臭氧龟裂程度影响不明显,但对龟 橡胶试样,如乙丙胶,氯磺化聚 乙烯 橡胶 裂出现时间 则有些小差别,如温度 。 时 等,试验 则应采用高臭氧浓度 如或以上 ,才能得出老化的结果。 试样出裂时间则延迟了一些,说明不同温度 试验的结果是不能作比较的。因此,采用 因此,本标准增加了可以采用较高臭氧浓度? 。 为试验温度是比较适宜的。但本 进行试验的规定,扩大试验范围。 标准还推荐了可选用的其它试验温度,如 .动态拉伸频率 一? 。 或 ? 。 ,可供低温度地区采 般试验选用的动态拉伸频率,是以接 用。 近制品的实际使用状态,要求既加速老化而 .试验湿度 又不导致试样发生机械疲劳龟裂为原则。如 本标准对试验湿度没作具体规定,因为 果采用的频率过小,则起不到加速老化的效 大气环境中的湿度是经常变化的,当含一定 果,如果采用的频率过大,则会使试样疲劳 湿度的空气进入试验箱内后,由于受箱内加 龟裂取代臭氧龟裂,导致错误的试验结果。 ‘维普资讯 ////. 大多数发达国家的标准如 , 、 , 生在试样表面的臭氧龟裂,例如记录裂纹首 以及 等都采用相同的动态频率进行试 先出现的时间,或裂纹刚断裂的时间。又如 观测试样龟裂的特征和状况,记录龟裂的宽 验,即规定频率为 .。但也有少数规定 度和密度,从而评定试样龟裂程度和等级。 或 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 的频率为每分钟拉伸 次, 次或 次。比较不同动态频率的试验,结果是 评价龟裂的等级,可以参照 硫化 有差异的,如表 所示。为靠拢国际标准, 橡胶老化表面龟裂试验方法 第 . 条的规 故本标准规定试验的动态拉伸频率,也采用 定进行。该标准将试样表面的龟裂宽度分为 .,即每分钟拉伸 次。 至 级,龟裂密度分为 , 和 级,两者 .拉伸方式和暴露方法 组合起来就表示其龟裂等级。试验结果也可 橡胶试样的拉伸可分为静态拉伸和动态 用硫化橡胶的实用性能,如测试试样老化前 拉伸。动态拉伸又有两种方式,即连续的动 后的拉伸性能变化率来表示。由于硫化橡胶 态拉伸和间断的动态拉伸。本标准为简便叙 受臭氧老化后,结构遭到破坏,分子链断 述和区分,将国际标准规定的连续动态方式 裂,表面形成裂纹,导致其拉伸性能发生变 化 随着老化的深入发展,表面龟裂也在增 简称为 式,将间断动态拉伸方式简称为 式,其中又将它们划分为 法和 法两种暴露 长深化,使其拉伸性能如拉伸强 度、扯断伸 长率等逐渐变差变劣,从而间接地评价出该 方法。试样拉伸方式不同,试验结果是不一 样的,表 示出了不同的拉伸方式对试样耐 硫化橡胶耐臭氧老化性能的好坏。表 臭氧老化性能影响的试验结果。 从表中可 是几种硫化橡胶试样在臭氧老化箱内经不同 见,在相同的暴露时间下,试样在间断动态 的时间暴露后生成的臭氧龟裂等级与拉伸 强度和扯 断伸长率 老化率 相应变化的 拉伸下试验比连续动态拉伸下试验的臭氧龟 裂较严重,拉伸强度和扯断伸长率也下降较 试验结果 从表中可看出,试样的龟裂变化 大,而连续动态拉伸的试样又比静态拉伸的 与拉伸性能的变化有一定的相互关系,在各 试样臭氧老化较严重。可见,动态拉伸试验 自的范围内都可以反映出试样的耐臭氧老化 法能较快获得老化试验结果。但试验选用那 性能,故它们都可以作为评价的指标。因此, 种方式和方法,应根据实际使用情况和试验 本标准除了采用试样出裂时间和龟裂等级表 要求来确定。 示试验结果外,补充了可以采用试样断裂时 六。试验结果表示法 间和老化性能变化率 老化率 来表示试验 试验结果是根据评价指标所观测的数据 结果。 来表示的。硫化橡胶臭氧老化的评价指标有 本标准与目前几个发达国家的 同类标准 多种,常用而简便的多采用直接观测法。主 在主要技术内容上列出比较,如表 所示。 要是通过显微镜、放大镜或肉眼直接观测发 表 试验箱内温度与工作电流和电压的关系 紫外光灯发生臭氧 ’ 维普资讯 ////. 表 试样形状规格对臭氧龟裂的影响: , : , : . ,; 的龟裂 的龟裂 试样控种试样形状厚度 宽度 。 器 宽度 备注 ? 舯 蚰 鲫 ? ? 条 宽度 条天熬胶 长矩形. ..哑斡形.. .盘 长矩形. .断 / 长矩形.. . 哑斡形 . .断 / 长矩形 . .断 ,注 ~ 括号内为试唑条件 为臭氧浓度 单位 , 为伸长 率百舟数,为动态拉件频率 即赫兹 ,为试验温度 单也。 下表均同此 。 表 试样最大伸长率对臭氧龟裂的影响 : , ,、 , 见表 拭样最大 天 然 硫 化 腔 丁 苯 硫 化 胶 备冲长率 出裂时间的龟裂 的龟裂 出裂时间的龟裂 的龟裂宽度 % 宽度一 宽度 密/度条宽度 密度条 注. . .姑 盯盯.. . . . .. . . . . . . . 断 . . . . 断 . . . 断 . . 断 . . . 断 . 表 试验温度对试样臭氧龟裂的影响: , : ,. ,暴露时间: 试验温度。 天熬胶 出裂时间 曲 . . . . . .龟裂宽度 龟裂密度 条/ ‘维普资讯 ////. 表 臭氧浓度对试样耐臭氧老化性能的影响 : . , : , :臭氧旅度 一 试样胶种 暴露时间 慑 佰 天然腔 出裂时间龟裂宽度..龟裂密度 条/ 老化率 】 一 一 老化串 一 ? ? ~ 顾丁肢 出裂时间龟裂宽度. 龟裂密度 条/ 老化率 ? 】 一 ~ ? 老化率 一 ? ~ 撼丁肢 出裂时间 蛆 龟裂宽度/ ./龟裂密度 条///老化串 / / 一蚰 老化率 / / 丁基胶 出裂对间 龟裂宽度// 龟裂密度 条///老化率 . /. / 一 老化率 / / 一注。老化宰 .是甩拉伸强度计算的是用扯断伸长率计算的。 吖 : :: 表 动态拉伸撅率对试样耐臭氧老化性能的影响: ,, ; ,暴露时间。姑 一 ~ 一 加一 ~ 、 、 、 \ 拉伸频率 天 然 腔 】倭 丁 胶 丁 苯 胺 测试指标 ?、、\... 们 : 孔 儿” 龟裂宽度 .龟裂密度 条 老化事 ~ ? 老化率 一 、 一 ~一 老化卓 ~ ?: 们 注 二见表 往是用 定伸强度计算的? 表 试样拉伸方式对耐臭氧老化性能的影响, : , . , : .龟裂宽度.吐龟裂 密度 条/ ? 老化率 ~ 一吐 老化率 ~?