橡膠回彈性的測試有重要作用,擺錘式回彈儀得到廣泛應用。然而,實際使用中發現,各個不同廠家生產的回彈儀,其回彈性數值有很大的差異。
我們制作了一批三種配方的樣品膠,其回彈性分布在高中低三個回彈值區間范圍,然后在幾家不同品牌,指針式和擺錘式的回彈儀上進行試驗。
三種橡膠在不同的測試儀器上的回彈性數據:
國產指針式擺錘 | 國產數顯式擺錘 | 中國臺灣指針式擺錘 | 中國臺灣數顯式擺錘 | 德國數顯式擺錘 | 便攜式回彈D沖頭 | 便攜式回彈G沖頭 | |
1# | 27 | 27.1(30.61) | 31 | 32 | 32.8 | 31 | 32 |
2# | 52 | 50.45(59.90) | 58 | 60 | 56.4 | 60 | 60 |
3# | 70 | 69.69(82.62) | 78 | 82 | 79.4 | 78 | 81 |
壓緊力 | 彈簧壓板壓緊,壓緊力2-3公斤 | 彈簧壓板,2-3公斤 | 氣動壓緊,20公斤 | 氣動壓緊20公斤 | 氣動壓緊20公斤 | 手動壓緊0.1-0.2公斤 | 手動壓緊0.1-0.2公斤 |
表一:不同廠牌回彈儀測試對比表 (回彈性單位為 % 。國產數顯式回彈儀以2#膠料60%為基準,重新標定測得括號內數值。便攜式回彈儀以2#為60%為基準校正,測得其他數值。其他為測試原始數據。)
可以看到,幾種回彈性的測試差別很大,最大的回彈性差異超過了12%。
回彈性的結果受到很多看起來不起眼的細小因素的干擾,如試片壓緊力,擺錘結構,軸承老化磨損等等,疊加起來,在不同的儀器之間所產生的誤差很大。即使是同一個品牌的擺錘回彈儀,新老機器的軸承磨損程度不同也會引起測試的誤差。
因此,要使得不同機器測試結果相同或盡量接近,必須有一些標準膠進行比較。這樣可以發現儀器的誤差并給與校準。
使用標準膠也是儀器的一個通常做法,例如硫化儀門尼,雖然有完備的校準傳感器和校正方法,但也需要標準膠進行最終的核準,標準膠相當于標準尺或標準砝碼,起到標準傳遞的重要作用。
ISO4662-2017提供了三種用于重復性和重現性對比使用的配方,如下表:
配方A | 配方B | 配方C | |
NR(RSS3) | 100 | 100 | |
SBR(1712) | 137.5 | ||
HAF炭黑(N330) | 45 | 60 | 60 |
氧化鋅 | 5 | 5 | 5 |
硬脂酸 | 2 | 2 | 1.5 |
工藝油(萘) | 5 | 15 | 5 |
防老氧劑6PPDa | 1 | 1 | 1.5 |
防老劑(TMQ)b | 1.5 | 1.5 | 1.5 |
硫化促進劑(TBBS)c | 0.6 | 0.6 | 1 |
硫磺 | 2.5 | 2 | 2 |
合計 | 162.6 | 187.1 | 215 |
硫化條件 | 150℃30分鐘 | 150℃30分鐘 | 150℃65分鐘 |
回彈性平均數值(%) | 59.18 | 50.75 | 39.38 |
回彈性測量結果波動 | ±2% | ±2% | ±2% |
注未說明樣品厚度差異對硫化條件的任何調整。 a N-(1,3-二甲基丁基)-N'-苯基對苯二胺. B 聚合2、2、4-三甲基-1、2-二氫喹啉。 C N叔丁基-2-苯并噻唑磺酰胺。 |
表2:對比膠配方及回彈性數據
ISO4662-2017的三種配方,回彈值集中在40-60%的小范圍內,雖然煉制比較容易混煉均勻,但如果做標準膠使用,應該不是很理想。理想的標準膠回彈性數值分布盡量廣一些,常用30-80%的范圍,例如30-40%,50-60%,70-80%各有一種膠料,以提供各行業比較使用。
另外,以天然膠為基礎膠料的配方,雖然添加了抗氧化劑和防老劑,但天然膠的本性,決定了膠料的回彈性穩定期依然比較短,估計超過一年回彈性就會有變化,所以最好還是采用比較抗老化的膠料,如硅膠,三元膠或聚氨酯等配方,盡量保證兩年的回彈性變化不超過2%。
經過超過兩年的橡膠與新煉制的橡膠的比較,其回彈性數據的穩定性是可以值得信賴的。
表面上看,把回彈性數值的準確性,依賴于一種標準膠,是一個看起來不太可靠的方法。其實是不得已而為之,無論是擺錘式回彈性還是落球回彈性,或者其他回彈性的測量,其實都包含一定的系統誤差,而且這個系統誤差還無法用簡單的方法測量出來。
即使用幾臺儀器測量,每一臺的穩定性都很好,測量同一塊膠料,但幾臺機器的結果卻有差異,如果每臺機器測量幾種膠料,那么幾臺機器就會有一個系統性的偏差,而且你也無法肯定哪一個是準確的。
我們只能使用回彈性標準膠,以實驗中心的一臺機器的結果為基準,調整其他機器使得這一種膠結果相同,再測量其他膠料,結果就比較接近了。
這也就是標準膠的意義所在,如同砝碼校準天平一樣,每一個校準砝碼都是用一臺經過校準的天平測量,然后打上重量標記,再用來校準另一臺天平,標準被不斷傳遞,從而使得所有的儀器測試數據一致。
標準膠也是相似的流程,用校準好的儀器標定標準膠,然后再來校準其他儀器,使得所有回彈儀的數據基本接近。使用標準膠的情形在橡膠測試領域里很多,例如門尼有門尼標準膠,一般在50±1門尼,經過校準的門尼,各個品牌就比較接近了。硫化儀也有標準膠,邵爾硬度有標準膠,連滾筒磨耗試驗機也有標準膠。
回彈性標準膠也曾經有人制造過,但因為擺錘式回彈性的應用適用性場景不太多,所以標準膠也沒有被重視起來。加上當時市場銷售的標準膠數量少,價格貴,所以銷售稀少,所以逐漸消失。
其實,碰撞回彈性是一個應用相當廣泛的情形,不僅僅限制在橡膠這個狹窄的范圍,其他需要碰撞的材料都有回彈性問題的測量需要。例如:塑料制成的零件,玻璃窗的撞擊,金屬的敲打,聲音的回彈等等,只要有敲打的動作,都離不開回彈性的測量。但是橡膠標準膠可以給所有的回彈性提供一個基準,可以擴展回彈性的應用范圍,這是很重要的事情。
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