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橡胶试验方法(二十九)——摘自日本《ムゴ试验法》

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内容提示: 2011. N0 _3 王作龄等 编译. 橡胶试验方法 ( 二十九) 39 新书连载 橡胶试验方法 ( 二十九) 摘 自日本 《 ——厶弑腧法》 王作龄,张卓娅编译 4. 6动态试验 4. 6. 1 动态性能试验 动态性能试验是用于研究硫化橡胶动态粘弹 性 能的试验 ,原理上是给予振动的刺激 ,读取弹 性应答和粘性应答 。振动波形虽然也有短形波和 三角波等,但一般使用正弦波。粘弹性体有限性 区和非线性区,而本章以线性粘弹性论为基础进 行处理 。 4. 6. 1. 1 动态试验方法分类 硫化橡胶 的动态试验方法按振动方法和测定 方法可分为如表 4— 6. 1所示的几种 。 对于强迫振动 法 ,系统的振动 ...

文档格式:PDF| 浏览次数:7| 上传日期:2015-04-21 19:27:01| 文档星级:
2011. N0 _3 王作龄等 编译. 橡胶试验方法 ( 二十九) 39 新书连载 橡胶试验方法 ( 二十九) 摘 自日本 《 ——厶弑腧法》 王作龄,张卓娅编译 4. 6动态试验 4. 6. 1 动态性能试验 动态性能试验是用于研究硫化橡胶动态粘弹 性 能的试验 ,原理上是给予振动的刺激 ,读取弹 性应答和粘性应答 。振动波形虽然也有短形波和 三角波等,但一般使用正弦波。粘弹性体有限性 区和非线性区,而本章以线性粘弹性论为基础进 行处理 。 4. 6. 1. 1 动态试验方法分类 硫化橡胶 的动态试验方法按振动方法和测定 方法可分为如表 4— 6. 1所示的几种 。 对于强迫振动 法 ,系统的振动 由外力维持稳定状态 ,根据位移 和力的大小及其相位差求出动态性能。 自动振动 法是给予系统初位移或初速度 ,使其 自由衰减振 动 ,根据该衰减波形求 出动态性能的方法 。波动 传播 法是根据试 样长度给予 充分短 的波 长的振 动,由其传播速度和衰减率求出动态性能的方法。 表 4- 6- 1 动态试验方法分类 此外,作为变形的样式有扭转 、剪切、拉伸、 压缩、弯 曲等 ,开发 了与表 4. 6— 1 的振动形式组合 各种各样的试验机 " 。扭转 自由衰减振动装置 比较简单 ,测定也简单,虽然早就使用 ,但最近 在粘弹性测定装置 中使用非共振强迫振动的测定 装置在增多。压缩方法一般需要大载荷容量。而 弯 曲、扭转和拉伸方法 ,载荷容量小 ,试样制作 简单。 动态试验方法按试验 目的分类 ,分为用于研 究材料的动态性能 ( 弹性模量 、损耗 因数等) 或 用于制品设计进行的材料试验 ,以及研究防振材 料 、减振材料等制品本身动态性能的制 品试验 。 作为制品试验用,载荷容量大和能增大变形振幅 的强迫振动性的大型试验机比较适宜。作为动态 试验的变形方式,在实用条件再现的方面压缩式 和剪切式等有效果。作为材料试验用,频率和温 度范围宽且能自动扫描的装置要比载荷容量范围 宽的装置更有用 。本章分类 以外的回弹性测定也 《 橡塑资源利用》 20l1. NO. 3 是一种动态试验,因其操作简单而适用于质量控 制等。 (1 ) 自由衰减法 自由衰减法的最简单的形式是扭转摆锤式。 首先给予摆锤 以扭转位移 ,而后打开时系统 以固 有频率反应扭转振动 ,其扭转角逐渐衰减下来 。 这种形式的试验装置提出了各种各样 的方案 ,而 现在在 ISO 4663 中进行 了标准化 。另一个 已知的 形式是杨 子尼机械式示波器 ,测定原理与扭转摆 锤式相 同,在 A STM D 945 中做 了规定。这些方 法只有模具低至某种程度 的才能测定 。另外 ,对 于阻尼大而 波形 立即就衰减 完 了的材料不 能测 定。频率只有几赫兹 以下,为 了变更频率必须更 换试样的尺寸或重锤 。一般说弹性体的弹性模量 依赖于变形率 ( 或变形量 ) ,因此为了避开对变形 率依赖性 ,应限定于振幅小的范围。与强迫振动 法 的装 置相 比, 自由衰减法的装置相对简单目. 便 宜 ,与其说适宜作制品试验,不如说适 宜作原料 的基本性能试验 。 (2) 强迫振动法 强迫振动法可设定频率和变形量等,适于为 了再现使用材料 的条件。该方法进一步又分为共 振法和非共振法 ,而现在在更宽范 围频率域 内能 测定的非共振法在增多。励振方法分为机械式、 电磁式和油压式等方法 。机械式又分为偏心凸轮 式 ( RA PRA 的装置) 、旋转不平衡质量式 ( roelig 的装置) 和螺杆式等 。机械式动态载荷或位移等 虽然可以比较大 ,但现在这种方式几乎不使用。 油压式可覆盖至几百赫兹程度的全频率 ( 最近也 出现 了 1,000Hz 的装置 。 ) , 而且也能使用正弦波 以外的矩形波和随即波 。在输出界限以上 ,要在 高频下 同时得到大位移 比较困难 ,频率增高时位 移减 小。电磁式可覆盖相当宽范 围的频率域,装 置也 比较小,是现在最常用的一种方式 ,但励振 力和位移量有 限度。通常使用可动线 圈型 ,而近 年也开发了能产生更高输出的动磁铁型的装置I2¨。 共振法分为附加质量 的方法和 方法 ,而无 论哪一种方法都利用系统具有 附』 Ju质量的 有频 率的共振现象进行测定。 4. 6. 1. 2影响动态性能测定和计算的因素 动态模量 G 、G ( 或 E 、E ) 是应力对 应变之 比,是与试样 的形状或尺寸独直 的性能值 , 但在实际试验中并非直接 测定应变或应力, 测 定位移、载荷或角度变化和转矩等 ,这些物理鼙 的比称为动态弹簧常数。根据这些弹簧常数解析 试样 内的应变或应力的分布 ,计算弹性模量 。如 果应变和应力分布均匀,则解析非常简单,但在 实际试验中还稍微复杂一 一 点。 (1 ) 平均应力和平均应变 像 图 4-6。 1那样的正弦波振动时, 将最大应力 2 与 最 小 应 力 (2 " 2一 1)/ 2=TO称为最火应力振幅。另外将 ( 2+ 1)/ 2= 称为平均应力, 心给予正负相等的变形。拉伸和压缩变形的情况 , 1 的 距 离 称 为 全 振 幅 , 将 以 m=0 为中 在大于最大应力振 幅 0 的平均应力 rm ( 期应 力 , 或也称为静应力) 的基础上给予变形。 在 Tm< 时波形破坏而不能正确测定 。应变的情况若将 应力换成应变则完全相同。补强性橡胶的情 力一 应变 曲线为非线性 ,由平均应力或平均应变所 应 得动态性能值也不同,因此需要注意。 l r_ ⋯ ⋯ ~ _ _ ⋯ ⋯⋯ ⋯~ 、 i } 、 一 ⋯ i : 。 l ⋯⋯ ⋯ ⋯—— ⋯ ⋯ ~⋯ ⋯ 一 { l| 一一一⋯⋯一 一 图4-6- 1 平均应力和最大应力振幅 ⋯⋯一一 ⋯ (2) 应变的强度和过程 大部分橡胶材料的粘弹性值对应变振幅具 依赖性 引 。这种应变依赖性依聚合物 、补强填 料而异,被认为取决于聚合物与填料问和填料 与 2011. NO. 3 王作龄等 编译. 橡胶试验方法 ( 二十九) 41 填料问的相互作用,对此进行过许 多研 印 。 在小应变领域粘弹性行为可假定为线性 ,对于正 弦波应变,应苔 的应力波形也是正弦波 。另一方 面,增大应变振幅时应力波形从正弦波开始崩溃 , 对粘弹性值的计算有影响。一般的来说剪切方法 与其他变形方法相 比,在达到较大应变前呈线性 。 这些互相作用可认为由于变形填料网络或者破坏 或者恢复 ,对将其破坏速度和再构成速度变为参 数的模型进行 了研究 。由于粘弹悱值被测定 前受到的应变所影 响,所 以必须注意是在经历了 怎样的应变过程后测定的。 (3) 变形种类 变形种类虽然也取决于试样的形状 ,但一般 说拉伸和剪切变形 的应变 比较单纯,可假定为均 匀,而扭转和弯 曲等的应变分布不均匀 ,弹性模 量 的计算变得复杂 。这种变形方式 的情况,即使 最大应变部分也可能是线性领域,必须考虑应变 量 。 (4) 试样尺寸、形状和安装方法 试样 的大小依测定机器或测定方法而有很大 差异 ,而 向试样 内传播弹性波的波长必须比试样 尺寸还充分大 ( 波动传播法的测定原理不同,测 定弹性波的速度和衰减率) 。如果试样长度是波长 的 1/ 100 等级,则测定偏差虽可忽略,但当变为 1/ 10 等级时测定偏差急剧增加 ¨。( 参照补充 I ) 。因此,因为试样长度和波长的关系,对于可 测定的频率有限度 。植村振作等为 了除去这种频 率的限度提 出了基于新原理的测定方法 。 。试 样形状有条形、圆柱形和方形等各种,但 由于长 度与截面积之 比或振动系统的惯性质量有时需要 修正。试样被安装在夹具上或 由适当的胶粘 剂进 行固定,但在该接触面或接合面上变形受到约束, 因此应变不一样,需要修正形状。 对于压缩方法, 在将试样与夹具接着的情况, 或者在接触部分上贴上防滑砂纸的情况 ,由于非 各向同性的变形而变为鼓型,形状系数就需要修 正 ( 图 4— 6— 2) 。为了进行各 向同性变形,虽然也有 在夹具与试样之间加入润滑油进行测定的方法 , 但现实中完全的各向同性变形 比较 困难 。 图 4— 6— 2 压缩试验的变形样式 4. 6. 1-3对精度 的影响 弹性模量的测定精度 ,结果载荷和位移与测 定精度具有依赖关系。频率高时或微小变形的情 况等位移和载荷也小,检测器的分解 能成为问题。 此外 ,试样 的尺寸测定精度也直接对弹性模量计 算产生影响,试样滑动和位移量误差也都会影 响 相位差的精度 。试样保持部 的应力分布为非连续 性 ,完全解析 比较 困难 。因此 ,为了比较评价必 须尽可能将保持部的条件规定为恒定。在使用油 压伺服系统 的情况 ,有时会影响伺服 回路的非线 性b引 ,因此必须确认波形 。 4. 6. 1. 4非共振强迫振动法 作为试验方法在 J IS K6394、 ISO 4664 中进行 了规定 ( A ST M D 5992、B S/ ISO 4664、DIN 53513 也 是 同等 的标 准 ) 。JIS K 6394- 1998 与 ISO 4664— 1998 一致进行了修订 ,但 ISO 4664 也在准 备修订, 现在发行 了最终草案 ISO/ FDIS 4664。 JIS K 6394 也 已经在 向该标准靠拢进行修订,本章参 考 ISO/ FDIS 4664 进行介绍 。 (1) 测定原理 对试样加正弦波振动时的载荷与挠度的时间 波形变成图4— 6— 3那样, 分别被表示为以下形状( 参 考补充 II ) 。 挠度: X = xo sin (0t 载荷: F = Fo sin(cot+ ) ( 4. 6. 1) ( 4— 6— 2) 式中 ——最大挠度振幅; F0 ——最大载荷振幅; 42 《 橡塑资源利用》 ∞——角频率; t——时问; 6——损耗角。 图4- 6-3 载荷和挠度的时间波形 实数部 图 4— 6— 4 载荷和挠度 的矢量 用矢量表示时,载荷的矢量 F 对于挠度的 矢量 ,仅 以损耗角 6 提前,以与挠度矢量相 同的角频率进行振动。 这可对由挠度及 同相位的 载荷成分和 90。相位不 同的载荷成分组成 的矢 量进行分解 ( 图 4— 6— 4) ,通常 以复数式表示 。 根据该复数式定义的复数弹簧常数 由挠度 和同相位成分的贮存弹性常数及 90。相位不同 成 分 的 损 耗 弹 簧 常 数 构 成 , 可 表 示 为 : ’+ ”。 各弹簧常数根据各 自的定义 由式 ( 4— 6. 3) ~ 式 ( 4. 6. 表示 。 绝对弹簧常数 ( 复数弹簧常数的绝对值) : l: l I X o (4. 6 — 3) 贮在 ( 动态 ) 弹簧常数 : : : cos : cos ( 4-6-4 ) X o I I 损耗弹簧常数: ”: : sin : sin ( 4-6-5 ) x o I 损耗因数 ( 损耗角正切值 ) : ,,l l L l = = tan 6 ( 4. 6. 6 ) 因此 ,对载荷波形和挠度分别进行记录,如果测 定最大载荷振幅 F0、最大挠度振幅 Xo及载荷 F 与 挠度 x 的相位差 ( 若用时间记录为 △ t,若用角度 记录则为相位角 6 ) 就行 了。从外 面给 予变形或 者从外面给予载荷,无论哪 种方法都行。 图 4. 6— 3 的方法是在横坐标 取时间, 在纵坐 标上分别绘制挠度和载荷 的曲线 。而另一种方法 是在横坐标上取挠度,在纵坐标上取载荷绘制载 荷一 挠度 曲线的方法 。该情况时问不 出现在 表面 上 。这种方法 由 xF 平面的一点表示同一时刻的挠 度和载荷 ,绘制该点一周期 内一 个 闭合曲线 ( 线 性 的情况为椭圆) 。该 闭合 曲线称为载荷一 挠度滞 后 曲线 ( 滞后圈) 。该曲线包围的面积 △ w 表示相 当一周期的损耗能。 从式 (4— 6— 1) 和式 (4-6— 2) 的两式中消去时 间 ∞t 时 ,则可 得 出 以下 的载 荷一 挠度 曲线式 ( 4 6— 7) ( 椭圆 ) 。 [素 ]2 — 2 (言 ](去 ]c 。 s + (去 ] = ( 4 — 6— 7 ) 为了根据滞后 曲线计算动态性 能值 ,对 录 的曲线进行外切 ,画出由平行于载荷坐标和挠度 坐标的边构成 的长方形 A BCD 。求 出该长方形的 面积和 由滞后 曲线包 围部分的面积 ( 该面积也 『 】 _ ‘ 以是相对值) 。此外,求出图 4-6— 5 的 HH 或 JJ 的长度 以及与 AB 或 BC 的长度之 比代替由滞后 【 H 1 线包 围的面积,由式 (4. 6— 8) 求 出损耗角正切 , 接着 由式 ( 4 6— 9) ~ 式 ( 4— 6— 12) 求出绝对弹簧常 2On . No _3 王作龄等 编译. 橡胶试验方法 ( 二十九)43 数 、贮 存 弹黄 常数 、损 耗 弹簧 常数 和损 耗 数 。 2 .△ w —万 · W sin O-= —= — 一= 一 ( 4— 6. 8 ) A B B C : :一B CA B √ l_s in2 (4-6-9) f l Xo ’= (4 _ 6 . 1 o) ”= K sin (4-6— 11) L,: (4— 6— 12) 式 中W —一 长方形 ABCD 面积 的 1/ 2; △ w一 一 由载荷 一 挠度 曲线包 围部分 的面 积 。 图 4— 6— 5 滞后 回线 (2) 试验装置 作为激振方式有机械式、油压式和电磁式, 而机械的激振现在基本上不使用,主要使用 电磁 式和油压式。必须针对规定的试验条件选择具有 所需激振力、振幅范围、频率范围的激振器。为 防止 由激振引起共振的影响 ,激振装台架最好是 牢 固结构的。另外为避免噪音的振动最好是与地 板绝缘。频率增加时,有时会 由给予的变形激发 载荷检测器进行共振。设载荷检测器 的刚性为 s , 载荷检测器与试样间的负荷结构部的质量为m, ,则共振频率可 由下式求 出: 1 』 ,J f一 1 / 一对于 f > 1 0~. 厂 , 因误差增大需要注意。此外载荷检 测器 的刚性低 时,给予的位移部分变成载荷器的 挠度 ,对给予试样 的挠度量有影 响,因此根据这 一点也最好是尽量使用刚性高的载荷检测器 。JIS 中推荐 1 对于不能忽视载荷检测器挠度量的情况需要由适 额定输出以上的载荷检测器 。此外, 宜 的方法进行修正,但对于位移计直接记录夹具 间距变化的情况或直接测定试样挠度的情况则不 需要进行修正 。载荷检测器与试样直线排列的情 况 ,测定的试样的刚性 由下式成分构成: 1 =—— + — — 十 一s S s 1 1 1 一 S m S f 式中s——测定的刚性; S ——试样的刚性; S 装置的刚性; s广载荷检测器 的刚性 。 但该式只考虑 了弹性成分 。通常由于 s 充分大, 所以 s 与 S 比较若充分大则可 以忽视修正。 对于试样夹具或固定器重要 的问题是能传递 试样不滑动振动 。为避免横 向剪切,夹具与载荷 检测器或激振器的轴心必须是直线。对于条形试 样 的情况,无论试样 的厚度如何 ,试样 的轴心与 机械系统的轴心最好是一致的机构。此外,整个 振动部分的质量增大 时,不能忽视惯性质量的影 响 ( 特别是高频 ) ,因此必须控制质量或计算上进 行修正。 当然,由于粘弹性性能对温度的依赖性很大, 所 以试验温度极为重要,必须注意恒温箱的温度 控制。 J IS 中推荐恒温箱 内的试样或试样附近的温 度偏差保持在± 1。的恒温箱。此外 ,也应注意接 触试样 的装置部分 由热传 导引起 的热 的移动 。如 有可能,接触试样的部分最好是由导热小的材料 进行隔热 。 (3) 试样 拉伸方法 的情况使用条件或带配件 的圆柱状 试样 。在 j is 中对条状试样的情况规定了夹具问 《 橡塑资源 利用 》 201】 , N0 , 3 隔与宽度 的关系,对圆柱状试样的情况规定了直 径与高度的关系。 压缩方法 的情况使用圆柱状试样 ,带配件和 不带配件都可以, 也 可使用 JIS K6254 中规定的低 变形压缩试验用的试样 。 如图 4— 6. 6 所示, 剪切方法的情况分为安装两 个试 样使用 的双层法 和 由一个试 样进行 的单层 法,根据应力的均匀性双层法较理想 。 l 层 _ —— 曩j, ’ 单层 j ; 图 4- 6- 6 剪切试样的保持方法 对于剪切用试样 ,试样 的宽度对厚度之 比减 小时,由于变形成为夸 曲和剪 切的合成变形 ( 图 4-6— 7) ,所以不能得到真实的剪切弹性模量,表现 弹性模量变 小了。像这样的情况必须 由后述 的形 状系数修正。四棱柱状试样 的情况,厚度:直径 最好是在 1: 4 以上。圆盘状试样 的情况 ,厚度 : 直径最好是在 l : 4 以上 。ASTM推荐宽度对厚度 的 比为 8~ 10。挠 曲方法的情况 ,试样的形状最好是 挠 曲支点间距为厚度 的 l6 倍 以上 。 图 4-6- 7 剪切试样的变形样式 对于剪切方法和压缩方法,也可将试样与金 属板粘合进行测定,但对试样的形状有时需要修 正 。 (4) 试样的状态调节 试样在试验前按照 JIS K 6250 的规定进行状 态调节 ,并在试验温度下必须 以足够 的时间进 调节,使 试样达到平衡状态。但对f 试样温度处 于高温 的情况,为使试样不老化就不需要用以上 那样长的时间进行状态调节。 对于橡胶 的机械性试验 , ’一 般要进行 卜述热 的状态调节 ,但动态性能 由于上述应变过程的影 一 一 ~ 响也很大 ,因此为 了得到再现性好的结果,必须 进行机械 的状态调节。具体的方法参照 JIS。该机 械的状态调节,对于只给予像 自由振动方法那样 小的应变情况,或者对于在实际使脂条件中认 为 不现实的情况等也可 以省略。 (5) 试验条件 关于试验温度、频率、平均应变和应变振幅 可参照 JIS。 对于材料 的比较和进行评价的情况 ,最好是 尽 可能在宽范围的频率和温度 卜 进行测定 。另外, 对于制 品试验或制品设计试验 ,最好是选择相 当 于实际使用时那样 的应变,但因试验装置的能力、 应力一 应变 曲线的直线性 和 内部 生热 的影 响而受 到限制。 应变的下限侧有 时因试验装置敏感度界限向 受到限制 ,应变的上限侧有 时在高频区或玻璃化 温度 附近的弹性模量上升而受到限制 。拉伸或压 缩变形 的情况,对静态应变 ( 平均应变 ) 反复给 予动态应变,而静态应变量因夹具『 H J的 变量或 者装置的刚性而受到限制。 (6) 操作方法 将试样安装在夹具上时,造成试样的弯曲、 畸变 、颈缩等复杂的应力分布将损害试验精度 。 此外,为正确安装试样也可以使剧扭力扳手 、 力旋具等 。试样从夹具上滑移产生力的误荠时, 同时也增加了由滑移引起的相位差,因此损耗 l 数的精度也将降低 。 在多试验条件 下进行测定时,原则上 , j‘按以 ~~ 2011. N0 . 3 王作龄等 编译.橡胶试验方法 ( 二十九) 45 下顺序进行。 ①温度 :温度按照从低温到高温 的顺序进行 试验 的方法较好 。为了整体试样在各温度下呈平 衡状态而进行 阶段式升温 ,或者进行充分慢 的定 速升温 。对于低温下进行结 晶的情况 ,恢复到室 温待结晶熔解后继续进行试验 。 ②频率 :频率按从低频到高频的顺序进行。 ③平均应变和应变振幅:在 同样平均应变下 将应变振幅 由小变大 ,或者在 同样应变振幅下将 平均应变 由小变大。对于平均应变和应变振幅双 方都变更 的情况,准备数个 同样试样,对每个平 均应变使用另外试样将是现实的。 对于以大振幅或高频进行试验 的情况 ,为防 试样 的内部生热及 由蓄热引起温度上升 ,最好是 在激振开始后 l min 内进行测定 。试样 的温度上升 可通过使用式 (4— 6. 13) 所示的能损耗预测 。 △ : 掣 G ”: s in (4 — 6 — 1 3) 式中C——单位容积 的热容量 ( 通常使用代表的 1. TM J / m。 K ) 。 (7) 动态性能值计算方法 ①载荷一 挠度滞后 曲线的方法 记录下载荷一 挠度 曲线 ( 滞后回线 ) ,绘制 由 各载荷坐标和挠度坐标与平行边组成的外接载荷 一挠度 曲线的长方形 。计算该长方形的面积 2W 和 被载荷一 挠度 曲线包 围部分的面积 △ W ( 这两种面 积也可以是相对值 。虽然也可以用求积仪计算, 但作为现实 的方法是将波形作为数字数据输入计 算机进行累计 ) 。或者 由椭圆的各部分长度之 比代 替面积,根据前式 ( 4— 6— 8) 由式 ( 4— 6. 12) 计算 。 ②载荷和挠度的时间波形方法 分别记录下载荷一 挠度 曲线 ( 横坐标为时间) , 测量最大载荷振幅 F0和最大挠度振幅 Xo及载荷与 挠度 的相位差 ( 角度 )6 。损耗角 6 根据周期 t 和相位差 ( 时间) A t 由式 ( 4— 6— 14) 求出。于是, 根据式 (4— 6— 14) 由式 (4. 6— 6) 求出弹簧常数和损 耗 数 。 : 2 1 (4 — 6. 1 4) f c 该方法对于试样的动态性能为非线性的情况 不理想 。对于这种情况高速傅里叶变换 ( FFT ) 有 效 。使载荷和挠度的信号数字化进行傅里叶分析, 通过变换计算基波和谐波成分。基波是给予的挠 度和同样频率的成分。载荷和挠度可分别使用基 波成分由上式计算。谐波成分被认为是非线性成 分 ,日本学者高原淳等根据基波成分和谐波成分 之比提出了非线性动态粘弹性参数 。 钔 。 ③弹性模量计算方法 弹性模量与试样形状无关 ,被定义为应变除 应力。 剪 切 变 形 时 , 弹 性 模 量 = 嚣_G ,由 于应 力 = =丢 , 应 变 = =云 , 因 此 G : : ×鱼 A (4.6-15 ) Ax 由 于 F / x是 弹 簧 常 数 K , 因 此 G =Kx 妥 , 即 , 根 据 实际测定的弹性常数 K 和表示试样形状项 h/ A 可 以求出弹性模量。 h/ A 依试样形状而异, 双层法的情况使用两个 试样截面积 2A ,即 G = K x. h (4、 .6— 16) 2A 对于 同样拉伸 , 应变 = = AI, 因此 = × = × (4-6. 7, ⋯△Z A A 压缩的情况, 应变= : ,因此 E =要 × 鱼 = × 去A 由以上计算得 出的弹性模量是表观弹性模量,为 (4 -6 -1 8 )A 计 算真实 的弹性模 量必须对 试样 的影 响进 行修 《 橡塑资源利用》 2Ol l 1. NO. 3 ④应力一 应变的关系式 对于剪切变形,应变与应力是 f = G ,不需 要修正 ,但对于拉伸和压缩 的情况,根据变形时 假定体积 不变的基础力学理论l3 引 , 可用伸长 比 九 表示为 : G 一 J。此外,由于剪切弹性模量与 拉伸弹性模量的关系是 E=3G,因此 : 一 1 ](4 -6 -1 9 入在 0. 7一 l _ 3 的范围也可使用式 ( 4. 6— 20) ,对于 入 1( 0. 95~ 1. 05 ) , 修 正 可 以 忽 视 , 因 此 : E 一 1 )- - Ey 。 : E2 - 1一 E . (4— 6. 20) A l 十 这些表示应力与伸长比关系的实验式在各种 文献中进行介绍,其他有 Mooney Rivlin 式 等。 另外 ,这些式子各有优缺点,如式 ( 4— 6. 19) ,压 缩方面的比较结果虽然一致 ,但在拉伸方面 自应 变小的领域开始产生 了与实验值不吻合的问题 。 式(4— 6— 20) 在压缩方面被过大评价, Mooney Rivlin 式在拉伸方面的比较结果虽然一致 ,但在压缩方 面则成 为过小评价 。因此,在考虑了应变量进 换算的情况必须预先考虑这些问题。 =2 f 等 一 ) / (4 — 6 — 21 j ⑤形状修正 上述修正是体积不变维持形状 ( 角柱依 旧是 角棱柱 ) 情况 的修正,但对 于压缩变形 由于夹具 的约束而成为如图 4— 6— 2所示的圆柱体型的变形。 若夹具和试样 的界面上完全产生滑移则是各向吲 性变形 ,试样 内的应变或应力可认为均匀 。因此 不需要修正,但实际上完全 的各 向同性很难 。这 种情况需要形状系数的修正。压缩的修正项有各 种提议 刚,JIS 和 ISO 推荐 了式 ( 4. 6— 22) 。( 表 4. 6. 2 在原文中使用了不同的符 号和表示式,但为 了便于进行比较而变换成同样 的表现式) 。 表 4-6 2 的式 ( 4— 6— 22) 中, 是表观弹性模量,S 是形 状系数 ( 受压面积) /( 自由面积 ) ,k 是依赖f 硬 度的值f4¨。形状系数 S 由表 4-6— 3 的表示式给予 。 表4- 6- 2 压缩变形的形状修正项 圆柱型 E印 : E6+1 .发表者 服 部 一 武 井 (1 9 5 0 ) 6 4 5 ) Lindley et a1 . (1967) E 印 = E( 十 日 (鲁 ] ] B 依赖于弹性模量,取 0. 05~ 0. 12 的值。 d 为直径 E。 p: E(1 +2 k s2 ) (4 — 6 — 2 2) k 是依赖于硬度的值 角柱型 : 0+2 _ 1 9 3 ) 卅 = 4 、 、●●● ● , f● / 、 度 矗宽 为 十 a . 一 一 司 B 2011. N0 _3 王作龄等 编译.橡胶试验方法 (二十九) 47 作为圆柱型试样形状 ,规定厚度 :直径 比大 是 l : 225。 另外 ,对于剪切变形 ,在试样 高度高时或变 形大时增加弯 曲因素,单纯剪切变形也就消失 了 ( 图 4-6— 7) 。剪切变形时的修正项根据表 4-6— 4 的 表示式 。 表 4— 6— 3 形状系数 圆柱型 角柱型 : : 一截面积为正方形时为 a b4h S = 表 4- 6-4 剪切变形的形状修正项 圆柱型 布 角柱型 商 致为 l : 1. 5。式 ( 4. 6— 22) 中使 k=O. 8 时,修正项 作为试样形状 ,规定厚度:直径 ( 或宽度 ) 是 1: 4 以上 ,而此时的修正项是 0. 97~ O. 98,可 以 忽略。 6. 4. 1. 5 自由衰减法 自由衰减法有各种各样 ,而代表性的是杨子 尼机械示波器 。压缩变形或剪切变形都能进行测 定。 (1) 试验装置 图 4— 6. 8 是杨子尼机械示波器的原理图。 其悬 臂梁 中央 由刀 口支承,试样处于悬臂梁与 固定板 之间,固定板上装有干分尺,可 以读取移动量 。 在悬臂梁的两端安装附加重锤 。表盘被笔直地安 装在悬臂梁 的延长处,将悬臂梁的运动 自动记录 在记录 圆筒的记录纸上 。 图 4- 6-8 杨 子尼机 械示波器的原理 (2) 计算方法 ( 参照补充III) 对数衰减衰率 人可 由同样符号相邻的两个峰 高度之 比定义 ( 参照图 4-6. 9) 如式 (4— 6— 23) 。 人 : 1nf, ] x3/ J (4. 6— 23) 此外,衰减较小材料 的情况 ,测定数周期分离的 峰也可 由下式计算: n/ X nk 1 i七] \ 种 上 }J 作为如 图 4. 6. 9 所示参考 曲线, 在不能正确规定零 录计 应变的情况,也可用正负峰间的距离代替 。 A: I n f 粤 l (4 -6 _2 4 ) 3 + 4 图 4-6— 9 自由衰减振动曲线 《 橡塑资源利用》 20l 1. N0 . 3 贮存弹簧常数 K 可根据周期 t。 和支承重锤 的质量 rn由式 (4. 6. 25) 求出。 +等 ] 2 ·( 十 ]= (-+ 等 )(4 -6 -2 5 ) K,≈m(^ ) 2 (4. 6. 26) tan 一 A ( 4—6 — 2 8 ) 损耗因数可根据对 衰减率由式 4_6— 27) 求出。 (待续) 7 201 5 年载重轮胎翻新率提高到 25% 2010 年 ,我国年均橡胶消耗量 占世界橡胶消 费总量的 30%,生产轮胎消耗橡胶 已占全国橡胶 资源消耗总量的 70%左右 ,年产生废轮胎 2-33 亿 条 ,重量约合 860 万吨 ,折合橡胶资源约 300 多 万吨 ,若能全部回收再利用,相当于我 国 5 年的 天然橡胶产量 。为 了有力引导、规范我 国废旧轮 胎综合利用工作 ,提高废旧轮胎综合利用水平 , 建设资源节约型、环境友好型废 旧轮胎综合利用 产业 ,推动橡胶工业可持续发展。工业和信 息化 部 2011 年 1 月 21 日公布了 《 废 旧轮胎综合利用 指导意见》( 以下简称意见) 。 意见指出,我国已初步形成旧轮胎翻新再制 造 ,废轮胎生产再生橡胶、橡胶粉和热解四大业 务板块 。现有轮胎翻新企业约 10o0 家、再生橡胶 企业约 1500 家、 橡胶粉和热解企业约 100 家。 2009 年,我国轮胎翻新产量仅为 1300 万条,翻新率不 足 5%,而发达国家在 45%以上 ;再生橡胶产量 约 270 万吨,橡胶粉产量约 20 万吨,废旧轮胎 的 翻新率 、回收率和利用率都处于较低水平。意见 特别强调,我 国废 旧轮胎综合利用产业发展面临 企业综合实力不强;尚未建立起运转规范的回收 体 系;产品技术、质量标准规范不完善;普遍缺 乏技术研发手段和力量,科技创新能力不足等 四 大 问题 。 意见提 出了废旧轮胎综合利用 的发展 目标, 到 2015 年 ,载重轮胎翻新率提高到 25%,巨型工 程轮胎翻新率提高到 30%,轿车轮胎翻新实现零 的突破 。废轮胎 资源加工环保达标率达到 80%。 稳定发展再生橡胶产品,年产量达到 300 万吨; 橡胶粉年产量达到 100 万吨;热解达到 12 万吨。 培育 1O家左右废旧轮胎综合利用知名企业。 为实现上述 目标 ,意见提出了下一阶段的叫 大重点任务 。一是提 高轮胎翻新率 ,优化产品结 构,加强源头治理,提高新轮胎出厂质量 。二是 加强再生橡胶产业节能减排 ,改进再生工艺和发 展再生品种 ,提高产业集中度和企业环保净化装 备水平。三是逐步扩大橡胶粉直接应用范 围,促 进下游新产 品的直接应用。四是促进热解技术不 断优化,严禁利用废轮胎 “ 土法炼油 ” 。 同时,意见要求主管部 门应高度重视废 }日 轮 胎综合利用工作,支持建设废旧轮胎综合利用集 聚区,推进 《 废 旧轮胎回收利用管理条例》立法 和相关标准建设工作 。建设和规范废旧轮胎 回收 体系 ,严格行业市场准入制度,支持鼓励轮胎翻 新和再生橡胶生产采用新工艺、新技术 ,实施技 术改造项 目。 ( 金秋石化科技传播工作室钱伯章供稿 )

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