如何理解貫徹GB／T7762-200x《硫化橡膠或熱塑性橡膠耐臭氧龜裂靜態(tài)拉伸試驗(yàn)》

如何理解貫徹GB／T7762—200x《硫化橡膠或熱塑性橡膠耐臭氧龜裂靜態(tài)拉伸試驗(yàn)》?

40?鄭云中等如何理解貫徹GB/T7762—200x

如何理解貫徹GB/T7762—200x

《硫化橡膠或熱塑性橡膠耐臭氧龜裂靜態(tài)拉伸試驗(yàn)》

鄭云中謝宇芳

(廣州合成材料研究院廣州510665)

橡膠制品在使用過程中會(huì)受到應(yīng)力作用而產(chǎn)生

變形,橡膠在應(yīng)變條件下易受臭氧的作用而出現(xiàn)龜

裂.對橡膠制品有必要采取防護(hù)臭氧龜裂的措施,

從而提高產(chǎn)品質(zhì)量,延長使用壽命.臭氧老化試驗(yàn)

是檢驗(yàn)橡膠制品質(zhì)量好壞的一項(xiàng)重要性能指標(biāo)的手

段.為了使企業(yè)更好地理解和正確執(zhí)行本標(biāo)準(zhǔn),進(jìn)

一

步廣泛宣傳本標(biāo)準(zhǔn)的試驗(yàn)方法,現(xiàn)將對GB/T7762

—

87修訂后的新標(biāo)準(zhǔn)作如下介紹.

1范圍

本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了硫化橡膠或熱塑性橡膠在靜態(tài)拉

伸應(yīng)變下,暴露于含一定臭氧的空氣和規(guī)定溫度下,

并在無光直接照射的環(huán)境中耐臭氧龜裂的試驗(yàn)方

法.

2定義

2.1臨界應(yīng)變

暴露于規(guī)定的臭氧濃度的空氣和規(guī)定的溫度,

濕度和規(guī)定的暴露時(shí)問后,而不出現(xiàn)臭氧龜裂的最

流量計(jì)

大拉伸應(yīng)變.

2.2極限應(yīng)變

低于某一拉伸應(yīng)變的臭氧龜裂所需要的時(shí)問明

顯增加,實(shí)際上變?yōu)闊o限大,此時(shí)的拉伸應(yīng)變?yōu)闃O限

應(yīng)變.

3原理

靜態(tài)拉伸應(yīng)變試樣暴露在含規(guī)定臭氧濃度的空

氣中和恒定溫度的密閉箱內(nèi),按規(guī)定的時(shí)間檢查試

樣龜裂.

4裝置

試驗(yàn)裝置見圖1.

4.1試驗(yàn)箱

試驗(yàn)箱是密閉的,無光照的,試驗(yàn)溫度恒定控制

在±2℃內(nèi);箱室內(nèi)壁,導(dǎo)管和安裝試樣的框架等是

不容易分解臭氧的耐腐蝕的材料制成,試驗(yàn)箱設(shè)有

觀察試樣的窗口,可以安裝燈光檢查試樣.

收稿日期:2002.03-20

圖I試驗(yàn)裝置示意圖

2002年第3期合成材料老化與應(yīng)用?41?

4.2臭氧發(fā)生器

采用紫外燈或無聲放電裝置.

采用無聲放電時(shí),用來產(chǎn)生臭氧或作稀釋的空

氣應(yīng)通過硅膠干燥塔進(jìn)行干燥,或通過活性炭進(jìn)行

凈化處理.從發(fā)生器出來的臭氧化空氣經(jīng)過熱交換

器后才進(jìn)入臭氧箱內(nèi),并將其調(diào)節(jié)到試驗(yàn)所規(guī)定的

溫度和濕度.

4.3臭氧濃度和臭氧化空氣流速的調(diào)節(jié)

采用紫外光源時(shí),可以通過調(diào)節(jié)施加在燈光上

的電壓或氣體流速,或?qū)⒈┞队诹鲃?dòng)空氣中的燈管

的一部分屏蔽起來控制產(chǎn)生臭氧的濃度.當(dāng)使用無

聲放電管時(shí),通過調(diào)節(jié)施加在發(fā)生器上的電壓,電極

尺寸,氧氣流速或空氣流速來控制.

通過機(jī)械可以調(diào)節(jié)試驗(yàn)箱內(nèi)的臭氧化空氣,最

適宜的流速在(1216)mm/8,其計(jì)算方法是測定的

氣體流量除以箱與氣流垂直的有效橫截面積.

4.4臭氧濃度的測定

試驗(yàn)箱內(nèi)臭氧濃度的測定按附錄A進(jìn)行或按

ISO1431—3規(guī)定進(jìn)行.

5試樣

5.1試樣制備

試樣制備應(yīng)符合GB/T9865?1的規(guī)定.試樣最

好是剛從模壓出的試片上裁取,如果需要,可從成品

上裁取.試樣表面應(yīng)有一面完好無損,裁割的或磨

光的表面不能用作評價(jià)耐臭氧性能.不同材料的比

較只有用相同的方法制成相同的樣品才能有效評價(jià)

其表面龜裂.

每一試驗(yàn)條件至少使用三個(gè)試樣.

5.2長條試樣

試樣的寬度不少于10mm,厚度(20±0.2)mm,

拉伸前夾緊之間的長度不少于40mm.試樣被夾持

的端部可用耐臭氧漆防護(hù).為防止油漆所使用的溶

劑使橡膠明顯膨脹,應(yīng)小心選用油漆.不得采用硅

油.此外也可用改善試樣兩端的辦法,例如試樣端

部采用突出部分,使其兩端能延伸而不致引起應(yīng)力

過分集中,并在臭氧暴露期間不會(huì)在夾持處斷裂.

圖2啞鈴試樣

5.3啞鈴試樣

試樣的長度為50mm,寬為5mm,拉伸之間頂端

(12×12)mm,見圖2.

注:(1)建議在用高度拋光的鋁箔硫化試片,鋁箔一直在試樣上

直到制成試樣為止,這樣可使試樣表面受到加工保護(hù),保持表面清

潔.

(2)不能裁取標(biāo)準(zhǔn)試樣時(shí),可采用長度為50ram,寬度為2mm的

T50啞鈴試樣.試驗(yàn)表明,當(dāng)用此種試樣檢查龜裂開始時(shí)間時(shí).在相

同的伸長率下和標(biāo)準(zhǔn)試樣得到的試驗(yàn)結(jié)果相近.

(3)采用環(huán)形試樣時(shí),可在拉伸范圍內(nèi)連續(xù)拉伸,而代替幾種不

同變形下暴露的試樣.當(dāng)用以確定臨界變形時(shí),發(fā)現(xiàn)這種方法得到

的結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)試樣得到的結(jié)果相近.

(4)由于可以代替幾種不同變形下的暴露試樣.矩形試樣可以彎

曲成環(huán)形的形式,以一個(gè)試樣提供不同的拉伸應(yīng)變量.

6調(diào)節(jié)

6.1未拉伸試樣調(diào)節(jié)

對所有試驗(yàn),試樣硫化后到受到拉伸試驗(yàn)之間

的最短時(shí)間間隔不得少于16h.

對非產(chǎn)品試驗(yàn),試樣在硫化后到受到拉伸試驗(yàn)

的最長時(shí)間間隔為4周.

對產(chǎn)品試驗(yàn),試樣在硫化后到受到拉伸試驗(yàn)之

間的時(shí)間間隔應(yīng)盡可能不超過3個(gè)月,在其它情況

下,試驗(yàn)應(yīng)在用戶收到產(chǎn)品后2個(gè)月內(nèi)進(jìn)行.

為了防止影響臭氧龜裂的出現(xiàn),硫化后的試樣

放到儲(chǔ)存柜內(nèi)存放期間,不允許不同組分的橡膠試

樣和試片相互接觸.例如抗臭氧劑從一種橡膠表面

遷移到相鄰的橡膠表面上.

建議在不同組分的試樣和試片之間放置鋁箔,

但也可以采用其它防止添加劑遷移的方法.

樣品和試樣應(yīng)在暗處儲(chǔ)存,從硫化后到試驗(yàn)前

的期間內(nèi),應(yīng)儲(chǔ)存于基本無臭氧的大氣環(huán)境中,標(biāo)準(zhǔn)

儲(chǔ)存溫度應(yīng)按GB/T2941規(guī)定,對有特殊用途的,也

可采用其它適用的控制溫度.對于產(chǎn)品來說,也盡

可能采用這些儲(chǔ)存條件.作對比試驗(yàn)時(shí),儲(chǔ)存時(shí)間

和條件都應(yīng)相同.

對于熱塑性橡膠應(yīng)該在成型后立即儲(chǔ)存.

6.2拉伸狀態(tài)調(diào)節(jié)

拉伸后,試樣應(yīng)該在無光,基本無臭氧大氣中調(diào)

節(jié)48h到96h,調(diào)節(jié)溫度應(yīng)按GB/T2941規(guī)定,但是對

有特殊用途的,可采用其它適用溫度.各試樣在調(diào)

節(jié)期間不要互相接觸或受到其它損傷.作對比試驗(yàn)

時(shí),調(diào)節(jié)時(shí)間和溫度都應(yīng)相同.

7試驗(yàn)條件

7.1臭氧濃度

?

42?鄭云中等如何理解貫徹GB/T7762—200x

試樣臭氧試驗(yàn)應(yīng)在如下任一種濃度下進(jìn)行:

(25,4-5)X10～,(50,4-5)x10～,(1(30±10)X

10一,(2oo±20)X10—8

除非另有規(guī)定,一般在(50±5)X10的臭氧濃

度下試驗(yàn).試驗(yàn)采用的臭氧濃度應(yīng)根據(jù)橡膠耐臭氧

龜裂程度和使用條件選取.如果知道橡膠在低臭氧

濃度環(huán)境下使用,只要求低臭氧濃度試驗(yàn),建議在

(25±5)X10濃度下試驗(yàn);如果耐高臭氧的高聚物

試驗(yàn),建議在(100±10)X10一或(2OO.4-20)×10濃

度下試驗(yàn).如90%的相對濕度下進(jìn)

行.

7.4伸長率

通常選用下列一種或多種伸長率進(jìn)行試驗(yàn):

5%±1%,10%.4-1%,15%.4-2%,20%.4-2%,

30%±2%,40%.4-2%,50%.4-2%,60%.4-2%,80%

±2%.

注:試驗(yàn)方法A和方法B使用的伸長率應(yīng)該與樣品實(shí)際使用中

的伸長率相近.

8試驗(yàn)結(jié)果的影響因素

8.1不同應(yīng)變試樣對臭氧龜裂的影響

橡膠制品使用時(shí)不可避免受到應(yīng)力作用而產(chǎn)生

變形,臭氧極易與變形的橡膠發(fā)生作用而產(chǎn)生臭氧

龜裂現(xiàn)象.所以在進(jìn)行臭氧老化試驗(yàn)時(shí)橡膠試樣要

在一定的拉伸應(yīng)變條件下進(jìn)行.為了探索不同的應(yīng)

變對出現(xiàn)龜裂的時(shí)間的關(guān)系,作如下應(yīng)變條件試驗(yàn).

試樣是天然膠摻少量三元乙丙制成的硫化膠,試樣

拉伸的伸長率分別為80%,50%,40%,30%,20%,

15%,10%.在臭氧濃度為100X10和40℃條件下

試驗(yàn),其結(jié)果于表1.

表1不同的伸長率對臭氧龜裂的影響

伸長率%80504030201510

龜裂時(shí)間(小時(shí))1.52.53.558.512.520

時(shí)l’~lh(對敵到腰’

圖3應(yīng)變與出裂時(shí)間對數(shù)

從表1結(jié)果看出,橡膠試樣應(yīng)變越大,龜裂時(shí)問

越早,裂紋多且密,伸長率在10%一20%范圍出現(xiàn)的

裂紋較粗且數(shù)量較少,對觀察裂紋和裂紋增長速度

較為方便和準(zhǔn)確.為了客觀評價(jià)橡膠制品耐臭氧性

能,通常可采用幾種不同的伸長率進(jìn)行試驗(yàn),并使這

些伸長率接近于實(shí)際應(yīng)用狀態(tài).一般試驗(yàn)采用伸長

率20%,因?yàn)樯扉L率20%較接近實(shí)際應(yīng)用狀態(tài).

已發(fā)現(xiàn)應(yīng)變對數(shù)對龜裂時(shí)間對數(shù)作出的直線圖

能夠觀察到不同伸長率的極限臨界應(yīng)變(如圖3所

示).

用方法C確定臨界應(yīng)變,試樣是天然膠摻少量

乙丙膠加抗臭氧劑制成的硫化膠試樣.試樣的伸長

率分別為80%,50%,40%,30%,20%,15%,在臭氧

濃度為100X10和40℃條件下試驗(yàn),其結(jié)果列于表

2

表2不同伸長率對龜裂時(shí)間的影響

伸長率(%)8050403020l5

2小時(shí)不龜裂8小時(shí)不龜裂8小時(shí)不龜裂24小時(shí)不龜裂24小時(shí)不龜裂72小時(shí)不龜裂

龜裂時(shí)間(小時(shí))

4小時(shí)龜裂l6小時(shí)龜裂l6小時(shí)龜裂48小時(shí)龜裂48小時(shí)龜裂96小時(shí)不龜裂

2002年第3期合成材料老化與應(yīng)用?43?

根據(jù)表2結(jié)果,用應(yīng)變對數(shù)對不出現(xiàn)龜裂的最

長時(shí)間和出現(xiàn)龜裂最早時(shí)間的對數(shù)作圖,見圖4.

懿

巔

莨

248162448726

時(shí)問(對數(shù)刻度)h

圖4結(jié)果表示圖

從圖4可看出在規(guī)定暴露時(shí)間為24小時(shí)的臨

界應(yīng)變?yōu)?0%,或其它時(shí)間的臨界應(yīng)變.

8.2不同橡膠和不同臭氧濃度對龜裂時(shí)間的影響

試樣采用順丁膠,異戊膠,天然膠,丁苯膠,丁腈

膠,氯丁膠,丁基膠和乙丙膠等硫化膠,在臭氧濃度

為100×10和50×10進(jìn)行試驗(yàn),其結(jié)果列于表

3

從表3結(jié)果看出,順丁膠,異戊膠,天然膠,

丁苯膠,丁腈膠在50×10臭氧濃度下試驗(yàn)時(shí),

在不很長的試驗(yàn)時(shí)間容易分辨出其耐臭氧性能,但

在100×10臭氧濃度下試驗(yàn)時(shí),由于龜裂時(shí)間

快,致使分不出天然膠,異戊膠和丁苯膠龜裂時(shí)間

的先后次序,故難于分出它們的耐臭氧性能的好

壞.而氯丁膠,丁基膠和乙丙膠在10o×10矗臭氧

濃度下能夠分出其耐臭氧性能的好壞.所以對天然

膠,異戊膠,順丁膠和丁腈膠等通用不飽和橡膠可

采用臭氧濃度為50×10～,而對氯丁膠,丁基膠

和乙丙膠可采用較高臭氧濃度100×10?；?00×

10—試驗(yàn).

8.3含臭氧空氣的流速

含臭氧空氣流速的大小和均勻性是保證獲得良

好試驗(yàn)結(jié)果的重要因素.臭氧是不穩(wěn)定的氣體,它

受熱或紫外光的作用而分解,與橡膠作用也會(huì)消耗

一

部分,為了供給補(bǔ)充新鮮的臭氧和保持規(guī)定的試

驗(yàn)濃度,所以在試驗(yàn)箱內(nèi)要連續(xù)通人流速足夠大的

含臭氧空氣,為此作了含臭氧空氣不同的流速對龜

裂時(shí)間的影響,其結(jié)果列于表4.

表3各種橡膠伸長率20%在不同臭氧濃度下對龜裂時(shí)間的影響

臭氧濃度龜裂時(shí)間

(pphm)順丁膠異戊膠天然膠丁苯膠丁腈膠氯丁膠丁基膠乙丙膠

501Brain25min32rain30rain3c10min48h48h不龜裂48h不龜裂

l00lOmin15min15min15min150min16h5OhlOOh不龜裂

表4臭氧濃度50×10時(shí)臭氧空氣不同流速對龜裂時(shí)間的影響

龜時(shí)唧\漉速

\(血)\\11’~/8

20l7l6l5l4l2l0

膠\,,

順丁膠20l8l5l5l5l4l0

異戊膠30282525252312

丁苯膠353330303023l2

天然膠37353232323025

從表4結(jié)果看出,含臭氧空氣流速在(12—16)

mm/8之問的龜裂時(shí)問接近,所以選取含臭氧空氣

流速為(12～16)mlIL/8作試驗(yàn)是合適的.

8.4溫度對龜裂時(shí)間的影響

溫度的選擇一方面根據(jù)橡膠制品在環(huán)境中使用

的溫度,另一方面要考慮臭氧容易受熱作用而分

解,所以臭氧老化試驗(yàn)的溫度不宜過高.現(xiàn)作了

20cc,30cc,4JDcc和50cc等不同溫度的試驗(yàn),其結(jié)

果列于表5中.

-

44?鄭云中等如何理解貫徹GB/T7762—200x

表5不同溫度對龜裂時(shí)間的影響

20304050

膠種—————～:

順丁膠15151517

異戊膠25252527

天然膠32323234

丁苯膠30303032

丁腈膠30o30o30o305

從表5結(jié)果看出,試驗(yàn)溫度在20℃,30℃和

4|D℃時(shí),其龜裂時(shí)間相同,但在50℃時(shí)其龜裂時(shí)

間延長,這可能是臭氧在50℃時(shí)開始分解而降低

了試驗(yàn)箱內(nèi)的臭氧濃度,而使到龜裂時(shí)間延長.由

于我國最高氣溫一般在(3744)℃,所以試驗(yàn)溫

度選取(40±2)℃作為本標(biāo)準(zhǔn)的試驗(yàn)溫度是合適

的.

9試驗(yàn)程序

9.1概述

調(diào)節(jié)好規(guī)定的臭氧化空氣的溫度,流速和臭氧

濃度.然后將已拉伸和經(jīng)適當(dāng)調(diào)節(jié)的試樣放入試驗(yàn)

箱內(nèi),并保持試驗(yàn)條件恒定.

按規(guī)定的試驗(yàn)時(shí)間用七倍放大鏡檢查試樣龜裂

情況,在檢查時(shí)用適當(dāng)?shù)墓庠凑彰髟嚇?放大鏡可

放在箱壁窗口上,或?qū)⒃嚇訌脑囼?yàn)箱內(nèi)取出作短時(shí)

間的檢查,檢查時(shí)不要觸摸或碰撞試樣.

應(yīng)注意臭氧毒性較大的問題,測定臭氧濃度或

檢查試樣時(shí)操作人員盡量減少與臭氧接觸.

9.2暴露試驗(yàn)可從如下三種方法中選擇.

9.2.1方法A

按20%伸長率的試樣經(jīng)72小時(shí)后檢查試樣龜

裂情況.或按適用材料特性選擇其它伸長率和暴露

時(shí)間.

9.2.2方法B

采用一種或多種伸長率的試樣,除非另有規(guī)

定,采用一種伸長率時(shí),應(yīng)采用20%伸長率.在2

小時(shí),4小時(shí),8小時(shí),l6小時(shí),24小時(shí),48小

時(shí),72小時(shí)和96小時(shí)后檢查試樣,必要時(shí)可適當(dāng)

延長暴露時(shí)間,并記錄各種伸長率的試樣出現(xiàn)龜裂

的時(shí)間.

9.2.3方法C

用不少于四種伸長率的試樣,在2小時(shí),4小

時(shí),8/J,時(shí),l6/J,時(shí),24/J,時(shí),48/J,時(shí),72/J,時(shí)

和96小時(shí)后檢查試樣,如果需要可適當(dāng)延長暴露

時(shí)間,并記錄每種伸長率的試樣出現(xiàn)龜裂的時(shí)間,

以測定臨界應(yīng)變.

1O結(jié)果表示

l0.1方法A

以無龜裂或出現(xiàn)龜裂來報(bào)告試驗(yàn)結(jié)果.如果有

龜裂,需要評價(jià)龜裂程度,可以用出現(xiàn)裂紋說明

(例如個(gè)別裂紋,單位面積上的裂紋的數(shù)目,以及

十條最大裂紋的平均長度),或拍照龜裂試樣的照

片來說明.

l0.2方法B

在規(guī)定拉伸條件下,按第一次出現(xiàn)龜裂所需的

時(shí)間作為評價(jià)試樣耐臭氧能力.

l0.3方法C

確定在規(guī)定暴露時(shí)間后不出現(xiàn)龜裂的最大應(yīng)變

和出現(xiàn)龜裂的最小應(yīng)變的臨界范圍.如果重復(fù)試驗(yàn)

得到不同的結(jié)果,則列出試驗(yàn)中觀察到的極限范

圍,例如,分別采用拉伸10%,15%和20%