硫化橡膠低溫脆性單試樣測定方法的研究

孫阿超，王 波，孫艷妮，李祥婷，和 燕

（1.青島市產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)研究院，山東 青島 266101；2.青島黑貓?zhí)亢诳萍加邢挢?zé)任公司，山東 青島 266042；3.北京橡膠工業(yè)研究設(shè)計(jì)院有限公司，北京 100143）

硫化橡膠在低溫下松弛過程急劇減慢，硬度、模量和分子內(nèi)摩擦增大，彈性顯著降低，致使橡膠制品的使用性能降低，在動態(tài)條件下尤其突出[1-3]。因此，橡膠制品在低溫下受外力作用后的工作狀態(tài)已成為關(guān)注的重點(diǎn)。

近年來，國家級及省、市、區(qū)級的各種抽查檢驗(yàn)任務(wù)幾乎都會涉及到橡膠密封圈。絕大多數(shù)被抽查的橡膠密封圈是普通液壓系統(tǒng)用O形和旋轉(zhuǎn)軸唇形密封圈。其脆性溫度是一項(xiàng)極為重要的性能指標(biāo)。本工作針對GB/T 1682—2014《硫化橡膠 低溫脆性的測定 單試樣法》，分析了低溫脆性測試中單試樣法與多試樣法的區(qū)別，指出GB/T 1682—2014中沒有明確說明而具體試驗(yàn)過程中可能出現(xiàn)的脆性溫度測定結(jié)果的影響因素，并結(jié)合實(shí)際情況對測試結(jié)果的判定進(jìn)行了詳細(xì)的解讀。

1 試驗(yàn)方法對比

根據(jù)GB/T 1682—2014，目前常用的硫化橡膠脆性溫度測定方法有單試樣法和多試樣法。二者的一個(gè)明顯區(qū)別在于試樣的數(shù)量不同，單試樣法測定硫化橡膠脆性溫度時(shí)，每次在夾持器上夾持1個(gè)試樣，多試樣法每次夾持5個(gè)試樣。同時(shí)，單試樣法試樣受沖擊部位到試樣夾持器下端的距離為（11.0±0.5） mm，而多試樣法試樣在沖擊時(shí)沖擊頭和試樣夾持器之間的距離為（8±0.3）mm。單試樣法中沖擊裝置使用了沖擊彈簧，沖擊頭到試樣的距離為（25±1） mm；多試樣法中沖擊頭沿著垂直于試樣上表面的軌道運(yùn)動，以（2.0±0.2） m·s-1的速度沖擊試樣。相關(guān)研究[4]表明，采用單試樣法測得的硫化膠脆性溫度比多試樣法測得的硫化膠脆性溫度低2～4 ℃。

2 試驗(yàn)影響因素

2.1 試樣裁切方向?qū)Υ嘈詼囟葴y定結(jié)果的影響

相關(guān)研究[5]表明，硫化膠的脆性溫度測定結(jié)果在很大程度上受試驗(yàn)方法和試驗(yàn)裝置影響，為了準(zhǔn)確測定硫化膠的脆性溫度，所有涉及的試驗(yàn)變量都要明確規(guī)定。GB/T 1682—2014中規(guī)定了試樣的尺寸規(guī)格和表面要求，但是對試樣的裁切方向并未做出具體規(guī)定和說明，而已有研究[6]發(fā)現(xiàn)氟醚橡膠的脆性溫度與試樣的裁切方向有關(guān)。

針對該問題，本工作進(jìn)行了試樣裁切方向相關(guān)試驗(yàn)研究。過程如下：從所抽查的密封圈樣品中隨機(jī)選取3個(gè)規(guī)格，其所對應(yīng)的硫化試樣脆性溫度均不高于－25 ℃，將硫化試樣按垂直壓延方向和平行壓延方向裁樣，再按照GB/T 1682—2014中程序A來測定試樣的脆性溫度，每個(gè)規(guī)格每個(gè)方向的試樣均準(zhǔn)備若干，每個(gè)溫度點(diǎn)測試2個(gè)試樣，測試結(jié)果如表1所示（垂直壓延方向用V表示，平行壓延方向用P表示）。

表1 3個(gè)規(guī)格試樣在不同溫度下的破壞情況

從表1可以看出：雖然3個(gè)規(guī)格密封圈產(chǎn)品質(zhì)量判定標(biāo)準(zhǔn)中對脆性溫度的要求一樣，但是對于不同規(guī)格的硫化試樣，其實(shí)際脆性溫度測定結(jié)果有明顯的差別；規(guī)格XA7441對應(yīng)的硫化膠耐低溫性能最好；試樣裁切方向?qū)σ?guī)格XD7433對應(yīng)的硫化膠脆性溫度測定結(jié)果影響較大；規(guī)格YII7445對應(yīng)的硫化膠的脆性溫度在－40～－35 ℃之間。

根據(jù)表1結(jié)果選取不同溫度段進(jìn)行進(jìn)一步試驗(yàn)，結(jié)果如表2所示。

表2 不同裁切方向?qū)υ嚇哟嘈詼囟葴y定結(jié)果的影響

從表2可以看出：規(guī)格YII7445對應(yīng)的硫化試樣沿垂直壓延方向裁樣測得的脆性溫度為－38℃，沿平行壓延方向裁樣測得的脆性溫度為－36℃；規(guī)格XD7433對應(yīng)的硫化試樣沿垂直壓延方向裁樣測得的脆性溫度為－53 ℃，沿平行壓延方向裁樣測得的脆性溫度為－38 ℃。

綜合表1和2發(fā)現(xiàn)：同一硫化試樣，選取垂直壓延方向和平行壓延方向裁樣，最終對脆性溫度的判定有影響；對于不同規(guī)格的試樣，沿兩個(gè)方向裁樣測得的脆性溫度也是不同的，差異大小因材料而異。

因此建議在標(biāo)準(zhǔn)修訂時(shí)，應(yīng)該對試樣的裁切方向做出規(guī)定。

2.2 攪拌對脆性溫度測定結(jié)果的影響

GB/T 1682—2014中要求：在調(diào)節(jié)溫度過程中加入制冷劑后應(yīng)緩慢攪拌；在試樣冷凍期間，冷凍介質(zhì)溫度波動不應(yīng)超過±1 ℃，卻沒指明在試樣冷凍期間是否應(yīng)該繼續(xù)攪拌。有研究[7]表明，試樣冷凍期間攪拌對脆性溫度測定結(jié)果的影響很大，指出在用單試樣法測定硫化膠脆性溫度時(shí)，試樣冷凍期間不應(yīng)啟動攪拌器。因此，本工作建議標(biāo)準(zhǔn)修訂時(shí)應(yīng)該將攪拌的影響納入考慮范圍。

3 試驗(yàn)結(jié)果判定

通常在抽查樣品的檢驗(yàn)過程中不要求給出具體的脆性溫度值，只需要判定脆性溫度的限值。

GB/T 1682—2014中的程序B規(guī)定：如果1組試樣中沒有任何1個(gè)試樣發(fā)生破壞，則試驗(yàn)結(jié)果為無破壞；如果1組試樣中有2個(gè)或2個(gè)以上試樣發(fā)生破壞，則試驗(yàn)結(jié)果為破壞；如果1組試樣中只有1個(gè)試樣發(fā)生破壞，則需再次取3個(gè)新試樣測試，3個(gè)試樣均未發(fā)生破壞則試驗(yàn)結(jié)果為無破壞，否則試驗(yàn)結(jié)果為破壞。

解讀如下：在設(shè)定的脆性溫度限值下，試樣經(jīng)沖擊后（每個(gè)試樣只允許沖擊1次），如果試樣未出現(xiàn)破壞，則再取一個(gè)新試樣繼續(xù)試驗(yàn)，2個(gè)試樣均未出現(xiàn)破壞時(shí)，則可以判定脆性溫度不高于所設(shè)定的溫度；如果試樣出現(xiàn)破壞，需要繼續(xù)試驗(yàn)，應(yīng)按照GB/T 1682—2014中程序A進(jìn)行測試，并確定試樣的脆性溫度值。

4 結(jié)語

試樣的裁切方向會影響脆性溫度測試結(jié)果。在標(biāo)準(zhǔn)修訂時(shí)應(yīng)該考慮試樣裁切方向及試樣冷凍期間攪拌的影響。明確了在給定脆性溫度限值時(shí)的試驗(yàn)結(jié)果判定方法，對橡膠制品的低溫脆性檢測具有一定的指導(dǎo)意義。