【国家标准(GB)】 橡胶压缩或剪切性能的测定 (扬子尼机械示波器)

中华人民共和国国家标准
橡胶压缩或剪切性能的测定
（扬子尼机械示波器）
Rubber properties determination in compression or shear(Yerzley mechanical oscillograph)1适用范围
本方法用于测定硫化橡胶在常规的小变形范围内的力学性质。UDC 678.43/.46
：620.17
GB 7042—86
本方法适用于具有一定弹性的材料，该材料在室温下约受2MPa的压缩力或1MPa的剪切力后，能产生20%的变形，而且能取得三个以上完整周期的自由振荡曲线。2试验原理
在一个摆动的水平杠杆作用下，试样产生一定的压缩或剪切变形。整个系统随着试样的变形一恢复过程而运动。在杠杆臂的一端端部装有记录笔，随杠杆的摆动记录笔也上下运动，从而在记录鼓上记录出振荡过程的正弦曲线。由阻尼振荡曲线上可求出材料的一系列动态性能（包括蠕变及永久变形等）数据，另外还可在杠杆上加减负荷使试样产生静态变形，通过记录笔可以把静态负荷一形变曲线记录下来，由曲线可得到材料的静态模量等有关数据。用该方法测定的材料的弹性对研究材料的隔震与吸霞作用是很重要的，而且在高分子物理理论上也是严格的。试验数据可以作为质量控制、开发及研究工作的基础。3本试验专用术语及定义
3.1点模量一一又称为正割模量，是应力一应变曲线上某点的总应力与总应变之比值。3.2静态模量—应力一应变曲线上某点的切线的斜率，故又称为正切模量。3.3有效动态模量一一由简谐运动的阻尼自由振荡公式计算得到的动态模量值。4仪器
4.1仪器的原理结构如图1所示：杠杆支撑在刀口A上，刀口A在杠杆的正中部位，试样位于C点。杠杆的一端为记录笔，杠杆的E、F两点各有一根与杠杆臂垂直的横杆，横杆上可以放码，通过加、减码，从而对试样加减负荷。试样的下部是刀口B及稳定臂G。通过刀口B就可以直接把所施加的力传给试样，同时还能保持试样受力的表面始终处于水半位置。杠杆一端的记录笔P是直接与记录鼓H接触的，这样可以把试样的变形记录下来。杠杆左端装有弹簧钩S。4.2仪器的主要技术参数
国家标准局1986-11-24发布
1987-10-01实施
GB 7042—86
图1扬子尼机械示波器结构示意图4.2.1杠杆支点A到码中心点E、F的距离是254mm，刀口A与刀口B之间的距离是40.64mm，因此，杠杆的力臂比FA：AB=6.25:1。记录笔与支点A的距离是406.4mm，因此试样的变形以10倍的放大倍数记录在记录鼓上。
4.2.2码数量及尺寸
大码共14个，每个质量是641.25g，其外直径Φ88.7mm，厚13.5mm，中孔直径Φ13mm。小码1个，其质最是320.625g，外直径Φ88.7mm，厚6.75mm，中孔直径Φ13mm。4.2.3记录鼓转速及尺寸
记录鼓转动速度有两档：1r/min及4r/min。记录鼓圆周长是381mm。5试样
5.1压缩型试样为正圆柱形，其尺寸是直径Φ19.5±0.2mm，高h12.5±0.2mm。试样可以用模型硫化，也可以从成品上切取，并打磨到规定的尺寸。试样不得有气泡，缺陷及刀痕。5.2剪切型试样为两个长方体形的橡胶块夹在三个铜（或钢）片之间，橡胶块的尺寸是长为23.6土0.2mm，宽12.7±0.2mm，厚12.5±0.2mm。铜（或钢）片的尺寸是长38.10±0.05mm，宽12.70±
0.05mm，厚3.00±0.02mm。橡胶与铜（钢）片间或直接通过硫化或用粘合剂粘合。橡胶与铜（或钢）的粘合面尺寸是2×23.6×12.7mm2。图2为剪切型试验的试样形状示意图。试样的橡胶部分要保证无气泡、裂口及割痕。260
橡胶试柱
GB 7042-86
图2剪切型试样形状示意图
5.3试样的环境调节按GB527一83《硫化橡胶物理试验方法的一般要求》的3.1条及GB2941一82《橡胶试样停放和试验的标准温度、湿度及时间》的5.2条规定进行试验。6试验步骤
6.1仪器的初始状态调整
先卸下杠杆上的全部码，检查杠杆的平衡状态及与刀口的摩擦情况。拿下试样，松开弹簧钩。这时杠杆将自由摆动，直至停止在某一位置。调重块D，使杠杆的记录笔指在比水平位置稍稍偏下的位置上。
注意，杠杆刀口要用细软布料擦净并时常用钟表油润滑。6.2试验准备
6.2.1首先仪器左端的弹簧钩把杠杆锁住，取下全部码，把试样放在下平台的中央。上、下平台与试样的上、下面之间垫有400号A的水砂纸。砂纸的砂面与试样接触。然后向下调整螺旋测微器，使试样在不产生变形的条件下与上平台紧贴。锁住螺旋测微器。这步调整工作是否达到要求可以作如下检查。
6.2.1.1当松开弹簧钩时，记录笔不应摆动。如果记录笔明显落下（目测可以发现0.02mm的位置变化)，必须向下调整螺旋测微器。6.2.1.2向下调整螺旋测微器后，再挂上弹簧钩校验。用手轻按有记录笔一端的杠杆，如果这时记录笔不在已调好的位置，必须用力才能把记录笔压到调好的已知位置，这时就要向上调整螺旋测微器，直至挂上或松开弹簧钩都不影响记录笔的位置为止。6.2.2把记录纸装在记录鼓上。调整记录鼓的上、下位置，使记录笔所指的记录零位正好在图纸的一条水平线上。记录图纸是以毫米为单位的分格格式。6.3正式试验
GB 7042--86
根据所测项目的不同，有以下三种操作方法。但在试验前要先用一个试样作初步试验，以确定使试样产生20%的变形所需要的码个数。然后卸下码，挂上弹簧钩。6.3.1初始蠕变和初始永久变形的测定在上、下平台之间放好试样，松开弹簧钩，按6.2.1的步调整螺旋测微器的距离。挂上弹簧钩，在杠杆臂的右端加码（数已确定）。然后开动记录鼓，使其以4r/min的速度转动，同时记录笔在记录纸的上部绘出水平基准线。通过绘基准线，也使带动记录鼓的齿轮系统更紧密地啮合。当记录鼓转到接近第二圈的起点时，把转动速度调为1r/min，记录鼓转入第二圈并移动约三小格时，松开弹簧钩，杠杆随着试样的变形一恢复过程而开始振荡。6.3.1.1初始变的测定
接着6.3.1的试验步骤，随着振荡的逐渐停止，记录鼓继续转动一圈或几圈，然后关闭电动机，通过记录笔缓慢向下运动所绘出的轨迹线可得到试样的初始蠕变值。6.3.1.2初始永久变形的测定
求出初始蠕变值后，挂上弹簧钩，卸下码，再松开弹簧钩，保持杠杆的初始平衡状态。如果在试样的上平面与仪器的上平台之间出现空隙，这就是试样的初始永久变形。仔细向下旋转螺旋测微器，使上平台与试样刚刚接触，从螺旋测微器向下旋转的读数可以求出试样的初始永久变形。6.3.2扬子尼弹性、滞后、点模量、频率、有效动态模量及在定负荷下吸收的最大冲击能的测定6.3.1的步骤完成后，得到一条阻尼自由振荡曲线，然后再挂上弹簧钩，重复6.3.1的最后一步，直至得到三条同样长的阻尼自由振荡曲线。6.3.3振荡条件下的蠕变及永久变形的测定取得三条阻尼自由振荡曲线后，以4r/min的速度转动记录鼓，记录并测定振荡条件下的蠕变及永久变形，步骤同6.3.1.1及6.3.1.2。完成试验停止记录时，用手先向逆时针方向再向顺时针方向转动记录鼓，在振荡的水平线上记下杠杆的最终位置，最后挂上弹簧钩。6.3.4材料的静态负荷特性的测定这个试验有两种步骤，如果在做完6.3.2的试验后再测静态负荷特性，就先把全部码卸下，然后松开弹簧钩，向顺时针方向转动记录鼓，使图纸移动4～5mm，记下该点为零变形点。6.3.4.1从零点开始进行加负荷试验，每次在杠杆下端加一个码，交替加在杠杆上横交叉杆的两边。每加一个码把图纸向顺时针方向转动2mm，当试样达到50%的变形或全部码都加在下端时，无论先达到哪个结果，都可以结束加负荷的试验步骤。这时把图纸向逆时针方向转动2mm，然后以与加负荷试验相反的步骤做减负荷试验，每减一个磁码把图纸向逆时针方向转动2mm。加减码的速度要均匀，杠杆运动要稳，加减14个码需要的时间大约为3～3.5min。试验表明，一些胶料的减负荷曲线的终点比加负荷曲线的起点低。6.3.4.2如果在6.3.1步骤之后就进行静态负荷特性试验，就必须在试验开始前对试样进行机械调节。即在杠杆的F端施加足够的压力，使试样变形达30%左右，然后松开，如此往复三次以上，以调节试样在静态负荷特性试验前的机械状态。6.4试验结束后，把试样留在上、下平台之间，以防因弹簧钩突然脱开而造成人身或设备事故。6.5进行剪切型试验时，要把下平台的圆盘卸下或把原圆形平面的下平台换成带有长方槽的下平台，并在支架上装一对长约30至35mm的杆，以扩大上、下平台之间的距离，从而容纳体积较大的剪切型试样。
剪切型试验的试验项目、步骤及内容与压缩型试验相同，本标准不再重复。6.3～6.4的步骤既适用于压缩型试验，也适用子剪切型试验。但两种试验的计算公式系数不同。7试样数目
7.1初始永久变形及初始蠕变，需要3个试样。7.2动态性能包括扬子尼弹性、点模量、频率、有效动态模量、最大振荡能及最终蠕变、永久变形262
等，需要2个试样。
GB 7042-86
7.3静态负荷特性即静态杨氏模或剪切模量，需要2个试样。8试验结果及数据处理
8。！把所得试验结果取算术平均值，然后代人相应公式。8.1.1蠕变在一定负荷下经过规定的时间，从阻尼自由搬荡曲线上测到的垂直距离PQ（见图3.图4）即为该条件下的变（mm）。图3典型的压缩试验曲线
图4典型的剪切试验曲线
8.1.2永久变形按6.3.1.2及6.3.2的步骤，可測得试样的初始永久变形和最终永久变形。永久变形可以用绝对量（mm）表示，也可以用绝对量与试样未变形的尺寸之比表示，该比值通常称为相对永久变形，用百分数表示。当对不同的材料进行比较时，应当用相对永久变形。8.1.3扬子尼弹性由图3、图4可见，第个搬荡波上行程为BC，下行程为AB，它们分别在纵轴上的投影之比为扬子尼弹性，即：R-BC
式中：R—一扬子尼弹性，%；
阻尼自由振荡曲线上第一个波的上行程在纵轴上的投影，mm，BC
（1）
AB-—阻尼自由振荡曲线上第一个波的下行程在纵轴上的投影，mm。8.1.4扬子尼滞后由于内摩擦的作用，使试样损失部分的冲击能，该损失的部分能量占总能量的百分数为扬子尼滞后。即：
式中；H
扬子尼滞后，%
扬子尼弹性。
（2）
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8.1.5点模量由图3、图4可见：A/（mm）除以10为试样的形变；AJ/10尤形变的试样尺寸之比为相对形变。对压缩型试样，试样尺寸是指圆柱高；对剪切型试样，试样尺寸是指夹层间的试样厚。把总应力与韬对形变相比就得到点模量。8.1.6频率由阻尼自由振荡曲线上数出适当的完整周期数，测量这些周期在该正弦曲线上的水平轴向距离。如图3、图4数出JK之间的周期数，计算JK的长代人式（3）计算频率f：NCX
式：了——频率，Hz，
X———完整的周期数;
IK一一沿阻尼自电搬荡曲线的水半轴上X个周期的阻尼自由摄荡波所经过的距离，mm；-记录鼓的转速，r/min，
C——记录鼓的圆周长，381mm。(3)
8.1.7有效动态模量首先求出杠杆的总转动惯量1。根据杠杆臂截面积的不同，总转动惯量计算式是：
I= Ig+nlebZxz.net
式中：1——总转动惯量，kg·m2;ls——杠杆臂的转动惯髓，kg·m2，le
个码的转动惯量，kg·m2;
F位置与E位置的码数之差，即n=n，-n。当杠杆臂的截面是25.4×38.1mm2时，I = (0,1574 +0.0417n)
当系统的总转动惯量已知时，有效动态模量的计算式如下，压缩型试验：K= 0.9961f2
式中：K。—压缩有效动态模量，MPa，一系统总转动惯量，kg·m2，
f——频率，Hz。
剪切型试验：
K s = 0.498/f2
式中：Ks剪切有效动态模量，MPa多1—-系统总转动惯量，kg·m2；（5)
（6）
f-—频率，Hz。
应当指出，在转动惯量公式中，0.1574kg·m2是个象征性的量。作为杠杆臂本身的转动惯最即/s的值，·般要由每个杠杆的精确测量值来代表。8.1.8橡胶弹簧的最大吸收能E由图3、图4上取第个服荡波的下行程AB在纵轴上的投影，代入下式求出E，及E
E.= 1.05n AB
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E，=0.524n·B
式中：E.----压缩型试验的最大吸收能，kJ/m\，E，一剪切型试验的最大吸收能，kJ/m\；AB一一阻尼追由搬荡曲线第-个波的下行程存纵轴上的投影，mm；一偿码个数。
8.1.9静态模鼠图5为图3，图4中加荷及减荷的阶梯曲线的放大图。把各负荷一形变点连接得到滞后环LM，測定LM上某点的切线斜率，就得到静态杨氏模量或静态剪切模量。a。缩型试验
b：剪切型试验
图5加拟荷及减荷阶梯曲线和滞后环般是测定试样变形20%的静态模鼠，其简易方法如下：在曲线LM上选一·个有代表性的点。把一根真尺放在该点，形成该点的切线，延长切线与记录线上的一条水平线交于N点，从N点沿垂真方向数出25.4mm的垂直距离，记为R点，把R点作为起点绘条水平线与切线交于S点，则从RS的距离就可计算出20%变形时的静态模量。静态杨氏模量（MPa）：0.35-RS（mm）；静态剪切模量（MPa）：0.088·RS（mm）。8.1，10在压缩型试验，要号患试样形状的影响。试样的受力部分的表面面积与不受力部分的裁面面积的比值为形态因子。计算杨氏模鼠时必须把形态因了放人相应的公式中。本试验所用的压缩型圆柱试样，其形态因子为0.375。9试验报告
试验报告包括下列内容：
试样的编号，
试验温度及湿度
试验类型，压缩型或剪切型：
试验结果；
讨论。
附加说明：
GB704286
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