任务三胶料硬度测定

1、高分子材料性能与结构测试高分子材料性能与结构测试生物与化学工程系生物与化学工程系 王巧娥王巧娥项目五项目五 橡胶半成品质量检验橡胶半成品质量检验 项目五项目五 橡胶半成品质量检验橡胶半成品质量检验 任务任务5-3 5-3 胶料硬度的测定胶料硬度的测定1.告知告知v知识目标：知识目标：v1了解橡胶塑性的概念和表示方法了解橡胶塑性的概念和表示方法 v2理解影响橡胶塑性的因素理解影响橡胶塑性的因素 v3掌握橡胶塑性测试的设备和方法掌握橡胶塑性测试的设备和方法 v能力目标：能力目标：v1能进行橡胶门尼粘度的测试能进行橡胶门尼粘度的测试 v2会操作门尼粘度仪试验机会操作门尼粘度仪试验机 2.引入引入v发

2、放学习任务单和学习工作单及工作工艺卡，发放学习任务单和学习工作单及工作工艺卡，学生分析工作任务单，明确工作任务，并从学生分析工作任务单，明确工作任务，并从工作任务中分析完成工作的必要信息。工作任务中分析完成工作的必要信息。v未硫化胶可塑性的测定方法未硫化胶可塑性的测定方法v可塑性测试的要求可塑性测试的要求v可塑性测试可塑性测试 过程步骤过程步骤v数据处理方法数据处理方法3.实施实施v查阅相关资料查阅相关资料v各组制定完成工作和学习的方案计划各组制定完成工作和学习的方案计划v指导老师讲解示范指导老师讲解示范v各组在组长带领下，通过学习工作单的引导各组在组长带领下，通过学习工作单的引导完成工作任务

3、。完成工作任务。 4.检查评价检查评价v各小组自我检查任务完成质量各小组自我检查任务完成质量v各小组间相互评价任务实施情况并进行提问各小组间相互评价任务实施情况并进行提问与解答。与解答。5.归纳总结归纳总结v指导老师对各组的讲解进行评价；指导老师对各组的讲解进行评价；v指导老师系统讲解指导老师系统讲解门尼粘度仪的结构与性能；门尼粘度仪的结构与性能；门尼粘度仪的操作步骤和安全操作要求。门尼粘度仪的操作步骤和安全操作要求。任务任务5-3 5-3 胶料硬度的测定胶料硬度的测定 台式硬度计台式硬度计 任务任务5-3 5-3 胶料硬度的测定胶料硬度的测定v硬度的含义：硬度的含义： 硬度硬度是指材料抵抗其

4、他较硬物体压入其是指材料抵抗其他较硬物体压入其表面的能力。表面的能力。v硬度值的大小是表示材料软硬程度的有条件硬度值的大小是表示材料软硬程度的有条件性的定量反映，它本身不是一个单纯的确定性的定量反映，它本身不是一个单纯的确定的物理量，而是由材料的弹性、塑性、韧性的物理量，而是由材料的弹性、塑性、韧性等一系列力学性能组成的综合性指标。等一系列力学性能组成的综合性指标。v硬度的作用：硬度的作用： 根据硫化胶硬度大小可以判断胶料半成根据硫化胶硬度大小可以判断胶料半成品的配炼质量及硫化程度，同时可间接了解品的配炼质量及硫化程度，同时可间接了解橡胶的其它力学性能。橡胶的其它力学性能。v硬度值的大小不仅取

5、决于该硬度值的大小不仅取决于该材料的本身材料的本身，也，也取决于取决于测量条件测量条件和和测量方法测量方法。v硬度试验的主要目的：硬度试验的主要目的： 是测量该材料的适用性，并通过对硬度是测量该材料的适用性，并通过对硬度的测量间接了解该材料的其他力学性能，例的测量间接了解该材料的其他力学性能，例如磨耗性能、拉伸性能、固化程度等。如磨耗性能、拉伸性能、固化程度等。 v目前国际上有多种橡胶硬度计，总的可分为目前国际上有多种橡胶硬度计，总的可分为两大类两大类，一类是圆锥形平端针压头，一类是圆锥形平端针压头( (压针压针) )，如邵尔硬度计；二是圆球形压头，如国际硬如邵尔硬度计；二是圆球形压头，如国际

6、硬度（度（IRHDIRHD）、）、 邵坡压硬度计、赵氏硬度计筹。邵坡压硬度计、赵氏硬度计筹。两者的共同点是在一定力的作用下两者的共同点是在一定力的作用下( (弹簧或定弹簧或定负荷砝码负荷砝码) )，测量橡胶的抗压性能。不同的是，测量橡胶的抗压性能。不同的是，除了压针形状不同外，加入负荷的形式不同，除了压针形状不同外，加入负荷的形式不同，前者为动负荷，后者为定负荷。前者为动负荷，后者为定负荷。v我国一般测定橡胶硬度采用邵氏硬度我国一般测定橡胶硬度采用邵氏硬度，邵氏，邵氏硬度又分为硬度又分为 A A、C C、D D 等几个型号，等几个型号，邵氏邵氏 A A 为测量软质橡胶，为测量软质橡胶，邵氏邵氏

7、 C C 为测量半硬质橡胶，为测量半硬质橡胶，D D 型型为测量硬质橡胶。为测量硬质橡胶。v测试原理测试原理 压入硬度试验是测量规定形状的压针在压入硬度试验是测量规定形状的压针在一定的条件下压入橡胶的深度，最后换算为一定的条件下压入橡胶的深度，最后换算为一定的硬度单位表示出来。一定的硬度单位表示出来。v邵氏硬度计邵氏硬度计测定的是压针压入深度与压针露出长度测定的是压针压入深度与压针露出长度（2.5mm2.5mm）之差对压针露出长度比值百分率。）之差对压针露出长度比值百分率。v可用下列公式表示可用下列公式表示 T=2.5T=2.50.025h 0.025h h=(2.5 h=(2.5T)/2.5

8、T)/2.5100100v其中：其中： T T压针压入深度，压针压入深度，mmmm； h h邵氏硬度。邵氏硬度。v由此可知，对于一个流动性很好的材料由此可知，对于一个流动性很好的材料 T T=2.5=2.5，所以，所以 h h 为为 0 0，对于刚性材料，对于刚性材料T T=0=0，h h=100=100，硬度范围，硬度范围 0 0100100，测定最佳范围测定最佳范围在在 20 209090。v仪器仪器v 硬度计按形式可分为硬度计按形式可分为台式台式和和手提式手提式，一般，一般实验实验室多采用台式室多采用台式硬度计，使用支架固定硬度计或在压硬度计，使用支架固定硬度计或在压针轴上用砝码加力使压

9、足和试样接触，或两种方法针轴上用砝码加力使压足和试样接触，或两种方法兼用，可以提高测量准确度。兼用，可以提高测量准确度。v对于邵尔硬度计，对于邵尔硬度计，A A型推荐使用型推荐使用 1 kg 1 kg 砝码砝码，D D 型型推荐使用推荐使用 5kg 5kg 砝码加力砝码加力。台式硬度计是由底座、。台式硬度计是由底座、工作台面、压针、刻度表、砝码和主柱等组成，如工作台面、压针、刻度表、砝码和主柱等组成，如图图 4 43 3 所示。所示。 图 43 硬度计示意图 1底座；2工作台面；3压针；4刻度表；5砝码；6主柱 a 压针伸出量对应硬度读数为压针伸出量对应硬度读数为0 图图1 邵氏邵氏A型硬度计

10、压针型硬度计压针a 压针伸出量对应硬度读数为压针伸出量对应硬度读数为0 图图2 邵氏邵氏D型硬度计压针型硬度计压针v试样试样v1) 1) 试样试样厚度不小于厚度不小于 6mm6mm；如试样厚度低于；如试样厚度低于 6mm6mm，可用同样胶片重迭起来，但重迭片数，可用同样胶片重迭起来，但重迭片数不不得超过得超过3 3 层层，每层厚度不小于，每层厚度不小于 2mm2mm，但这样，但这样测量的结果与在整块试样上测量的硬度是不测量的结果与在整块试样上测量的硬度是不能相比较。能相比较。v2) 2) 试样表面应光滑、平整，不应有缺胶，机试样表面应光滑、平整，不应有缺胶，机械损伤及杂质等。如试样表面有杂质，

11、需用械损伤及杂质等。如试样表面有杂质，需用纱布沾酒精擦净。纱布沾酒精擦净。v3) 3) 试样必须有足够的尺寸，保证压针和试样试样必须有足够的尺寸，保证压针和试样接触位置接触位置距离边缘至少距离边缘至少12mm12mm，即试样外形尺，即试样外形尺寸必须在寸必须在24mm 24mm 以上以上。v4) 4) 试样在试验温度下应试样在试验温度下应至少停放至少停放5h5h。v试验步骤试验步骤v1) 1) 整理设备仪器、环境，准备相关工具。整理设备仪器、环境，准备相关工具。v2) 2) 试验前检查硬度计指针是否指于试验前检查硬度计指针是否指于零点零点( (如指针量如指针量偏离零位时，可以松动右上角压紧螺丝

12、，转动表面，偏离零位时，可以松动右上角压紧螺丝，转动表面，对准零位对准零位) )，并检查压针压于玻璃面上，并检查压针压于玻璃面上( (压针端面与压针端面与压脚底面严密接触于玻璃板上压脚底面严密接触于玻璃板上) )，是，是 否否指于指于100100，如不指零位和如不指零位和 100100时，可轻微按动压针几次，如时，可轻微按动压针几次，如仍不指零位和仍不指零位和100100度时，则不能使用，如在定荷架度时，则不能使用，如在定荷架上使用时，可拔动手柄，使工作台上升，将定位销上使用时，可拔动手柄，使工作台上升，将定位销插入工作台下部小孔，调整工作台水平后使用，如插入工作台下部小孔，调整工作台水平后使

13、用，如仍不指仍不指100100时同样不可使用。时同样不可使用。v3) 3) 将试样置于硬度计玻璃面上。用定负荷架辅助将试样置于硬度计玻璃面上。用定负荷架辅助测定试样的硬度。在试样缓慢地受到测定试样的硬度。在试样缓慢地受到 lkgf lkgf 负荷，负荷，( (硬度计的底面与试样表面平稳地完全接合硬度计的底面与试样表面平稳地完全接合) )时时立即立即读数读数（1s 1s 内内）。）。v4) 4) 试样上的试样上的每一点只准测量一次每一点只准测量一次硬度，点与点间硬度，点与点间距离不少于距离不少于 6mm6mm，点与边间距不少于，点与边间距不少于 12mm12mm。v5) 5) 每个试样的测量点不

14、少于每个试样的测量点不少于 5 5 个，取其个，取其中值中值为试为试验结果，试验结果精确到整数位。验结果，试验结果精确到整数位。v6) 6) 如是手提式把试样放置在坚固的平面上，如是手提式把试样放置在坚固的平面上，拿住硬度计，压足中孔的压针距离试块边缘拿住硬度计，压足中孔的压针距离试块边缘至少至少12mm12mm，平稳地把压足压在试样上，不能，平稳地把压足压在试样上，不能有任何振动，并保持压足平行于试样表面，有任何振动，并保持压足平行于试样表面，以使压针垂直地压入试样。所施加的力要刚以使压针垂直地压入试样。所施加的力要刚好足以使压足和试样完全接触，好足以使压足和试样完全接触，除另有规定，除另有

15、规定，必须在压足和试样完全接触后必须在压足和试样完全接触后1s1s内读数内读数，如，如果是其他间隔时间读数则必须说明。果是其他间隔时间读数则必须说明。v7) 7) 使用邵尔硬度计时，当使用邵尔硬度计时，当 A A 型硬度计测量型硬度计测量值超出值超出 9090时推荐用时推荐用 D D 型硬度计，当型硬度计，当 D D 型型硬度计测量值低于硬度计测量值低于 2020时推荐用时推荐用 A A 型硬度型硬度计，计，A A 型硬度计示值低于型硬度计示值低于 1010时是不准确的，时是不准确的，测量结果不能使用。测量结果不能使用。v8) 8) 试验结束后，清理现场并作好相关实验使试验结束后，清理现场并作

16、好相关实验使用记录。用记录。v影响因素影响因素v 温度的影响温度的影响 v 当当试样温度高试样温度高时，由于高聚物分子的热时，由于高聚物分子的热运动加剧，分子间作用力减弱，内部产生结运动加剧，分子间作用力减弱，内部产生结构的松驰时间下降，降低了材料的抵抗作用，构的松驰时间下降，降低了材料的抵抗作用，因而因而硬度值降低硬度值降低。胶料不同其影响程度不同，。胶料不同其影响程度不同，如结晶速度慢的如结晶速度慢的天然橡胶天然橡胶，温度对其，温度对其影响小影响小些，而些，而氯丁橡胶，丁苯橡胶氯丁橡胶，丁苯橡胶等则影响等则影响显著显著。v 试样厚度的影响试样厚度的影响 v 邵尔邵尔 A A 型硬度值是由压

17、针压入试样的深型硬度值是由压针压入试样的深度来测定的，因此试样厚度直接影响试验结度来测定的，因此试样厚度直接影响试验结果。试样受到压力后产生变形，受到压力的果。试样受到压力后产生变形，受到压力的部分变薄，硬度计压针则会受到承托试样的部分变薄，硬度计压针则会受到承托试样的玻璃片的影响，硬度值增大。所以，玻璃片的影响，硬度值增大。所以，试样厚试样厚度小硬度值大度小硬度值大，试样厚度大硬度值小试样厚度大硬度值小，结果，结果如表如表 4 41 1。试样必须具备一定的厚度。试样必须具备一定的厚度。v 读数时间的影响读数时间的影响 v 邵尔邵尔 A A 型硬度在测量时读数时间对试验结果型硬度在测量时读数时

18、间对试验结果影响很大。压针与试样受压后影响很大。压针与试样受压后立即读数立即读数与指针稳定与指针稳定后再读取数值，所得的结果相差甚大，前者后再读取数值，所得的结果相差甚大，前者高高，后，后者偏低，二者之差可达者偏低，二者之差可达 5 5 至至 7 7度左右，尤其在合度左右，尤其在合成橡胶测试中较为显著，由于橡胶是高分子粘弹性成橡胶测试中较为显著，由于橡胶是高分子粘弹性体，受外力作用后具有松驰现象，随着压针对试样体，受外力作用后具有松驰现象，随着压针对试样加压时间的增长，因而试样对硬度计压针反抗力减加压时间的增长，因而试样对硬度计压针反抗力减小，所以硬度减小。所以当试样受压小，所以硬度减小。所以当试样受压后应立即读取后应立即读取数据。数据。v 压针长度对试验结果的影响压针长度对试验结果的影响 在标准中规定邵在标准中规定邵尔尔 A A 型硬度计的压针型硬度计的压针露出加压面露出加压面的高度为的高度为2.5mm2.5mm。在自由状态时指在自由状态时指 针应指零点。当压针压在平滑的针应指零点。当压针压在平滑的金属板或玻璃上时，仪器指针应指金属板或玻璃上时，仪器指针应指 100 100 度。度。v 如果指示大于或小于如果指示大于或小于 100 100 度时，说明压针露度时，说明压针露出高度大于出高度大于 2.5mm 2.5mm 或小于或小于 2.5mm2.5mm，在这种情况下，在