如何理解贯彻GB／T7762-200x《硫化橡胶或热塑性橡胶耐臭氧龟裂静态拉伸试验》

如何理解贯彻GB／T7762—200x《硫化橡胶或热塑性橡胶耐臭氧龟裂静态拉伸试验》?

40?郑云中等如何理解贯彻GB/T7762—200x

如何理解贯彻GB/T7762—200x

《硫化橡胶或热塑性橡胶耐臭氧龟裂静态拉伸试验》

郑云中谢宇芳

(广州合成材料研究院广州510665)

橡胶制品在使用过程中会受到应力作用而产生

变形,橡胶在应变条件下易受臭氧的作用而出现龟

裂.对橡胶制品有必要采取防护臭氧龟裂的措施,

从而提高产品质量,延长使用寿命.臭氧老化试验

是检验橡胶制品质量好坏的一项重要性能指标的手

段.为了使企业更好地理解和正确执行本标准,进

一

步广泛宣传本标准的试验方法,现将对GB/T7762

—

87修订后的新标准作如下介绍.

1范围

本标准规定了硫化橡胶或热塑性橡胶在静态拉

伸应变下,暴露于含一定臭氧的空气和规定温度下,

并在无光直接照射的环境中耐臭氧龟裂的试验方

法.

2定义

2.1临界应变

暴露于规定的臭氧浓度的空气和规定的温度,

湿度和规定的暴露时问后,而不出现臭氧龟裂的最

流量计

大拉伸应变.

2.2极限应变

低于某一拉伸应变的臭氧龟裂所需要的时问明

显增加,实际上变为无限大,此时的拉伸应变为极限

应变.

3原理

静态拉伸应变试样暴露在含规定臭氧浓度的空

气中和恒定温度的密闭箱内,按规定的时间检查试

样龟裂.

4装置

试验装置见图1.

4.1试验箱

试验箱是密闭的,无光照的,试验温度恒定控制

在±2℃内;箱室内壁,导管和安装试样的框架等是

不容易分解臭氧的耐腐蚀的材料制成,试验箱设有

观察试样的窗口,可以安装灯光检查试样.

收稿日期:2002.03-20

图I试验装置示意图

2002年第3期合成材料老化与应用?41?

4.2臭氧发生器

采用紫外灯或无声放电装置.

采用无声放电时,用来产生臭氧或作稀释的空

气应通过硅胶干燥塔进行干燥,或通过活性炭进行

净化处理.从发生器出来的臭氧化空气经过热交换

器后才进入臭氧箱内,并将其调节到试验所规定的

温度和湿度.

4.3臭氧浓度和臭氧化空气流速的调节

采用紫外光源时,可以通过调节施加在灯光上

的电压或气体流速,或将暴露于流动空气中的灯管

的一部分屏蔽起来控制产生臭氧的浓度.当使用无

声放电管时,通过调节施加在发生器上的电压,电极

尺寸,氧气流速或空气流速来控制.

通过机械可以调节试验箱内的臭氧化空气,最

适宜的流速在(1216)mm/8,其计算方法是测定的

气体流量除以箱与气流垂直的有效横截面积.

4.4臭氧浓度的测定

试验箱内臭氧浓度的测定按附录A进行或按

ISO1431—3规定进行.

5试样

5.1试样制备

试样制备应符合GB/T9865?1的规定.试样最

好是刚从模压出的试片上裁取,如果需要,可从成品

上裁取.试样表面应有一面完好无损,裁割的或磨

光的表面不能用作评价耐臭氧性能.不同材料的比

较只有用相同的方法制成相同的样品才能有效评价

其表面龟裂.

每一试验条件至少使用三个试样.

5.2长条试样

试样的宽度不少于10mm,厚度(20±0.2)mm,

拉伸前夹紧之间的长度不少于40mm.试样被夹持

的端部可用耐臭氧漆防护.为防止油漆所使用的溶

剂使橡胶明显膨胀,应小心选用油漆.不得采用硅

油.此外也可用改善试样两端的办法,例如试样端

部采用突出部分,使其两端能延伸而不致引起应力

过分集中,并在臭氧暴露期间不会在夹持处断裂.

图2哑铃试样

5.3哑铃试样

试样的长度为50mm,宽为5mm,拉伸之间顶端

(12×12)mm,见图2.

注:(1)建议在用高度抛光的铝箔硫化试片,铝箔一直在试样上

直到制成试样为止,这样可使试样表面受到加工保护,保持表面清

洁.

(2)不能裁取标准试样时,可采用长度为50ram,宽度为2mm的

T50哑铃试样.试验表明,当用此种试样检查龟裂开始时间时.在相

同的伸长率下和标准试样得到的试验结果相近.

(3)采用环形试样时,可在拉伸范围内连续拉伸,而代替几种不

同变形下暴露的试样.当用以确定临界变形时,发现这种方法得到

的结果与标准试样得到的结果相近.

(4)由于可以代替几种不同变形下的暴露试样.矩形试样可以弯

曲成环形的形式,以一个试样提供不同的拉伸应变量.

6调节

6.1未拉伸试样调节

对所有试验,试样硫化后到受到拉伸试验之间

的最短时间间隔不得少于16h.

对非产品试验,试样在硫化后到受到拉伸试验

的最长时间间隔为4周.

对产品试验,试样在硫化后到受到拉伸试验之

间的时间间隔应尽可能不超过3个月,在其它情况

下,试验应在用户收到产品后2个月内进行.

为了防止影响臭氧龟裂的出现,硫化后的试样

放到储存柜内存放期间,不允许不同组分的橡胶试

样和试片相互接触.例如抗臭氧剂从一种橡胶表面

迁移到相邻的橡胶表面上.

建议在不同组分的试样和试片之间放置铝箔,

但也可以采用其它防止添加剂迁移的方法.

样品和试样应在暗处储存,从硫化后到试验前

的期间内,应储存于基本无臭氧的大气环境中,标准

储存温度应按GB/T2941规定,对有特殊用途的,也

可采用其它适用的控制温度.对于产品来说,也尽

可能采用这些储存条件.作对比试验时,储存时间

和条件都应相同.

对于热塑性橡胶应该在成型后立即储存.

6.2拉伸状态调节

拉伸后,试样应该在无光,基本无臭氧大气中调

节48h到96h,调节温度应按GB/T2941规定,但是对

有特殊用途的,可采用其它适用温度.各试样在调

节期间不要互相接触或受到其它损伤.作对比试验

时,调节时间和温度都应相同.

7试验条件

7.1臭氧浓度

?

42?郑云中等如何理解贯彻GB/T7762—200x

试样臭氧试验应在如下任一种浓度下进行:

(25,4-5)X10～,(50,4-5)x10～,(1(30±10)X

10一,(2oo±20)X10—8

除非另有规定,一般在(50±5)X10的臭氧浓

度下试验.试验采用的臭氧浓度应根据橡胶耐臭氧

龟裂程度和使用条件选取.如果知道橡胶在低臭氧

浓度环境下使用,只要求低臭氧浓度试验,建议在

(25±5)X10浓度下试验;如果耐高臭氧的高聚物

试验,建议在(100±10)X10一或(2OO.4-20)×10浓

度下试验.如90%的相对湿度下进

行.

7.4伸长率

通常选用下列一种或多种伸长率进行试验:

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:试验方法A和方法B使用的伸长率应该与样品实际使用中

的伸长率相近.

8试验结果的影响因素

8.1不同应变试样对臭氧龟裂的影响

橡胶制品使用时不可避免受到应力作用而产生

变形,臭氧极易与变形的橡胶发生作用而产生臭氧

龟裂现象.所以在进行臭氧老化试验时橡胶试样要

在一定的拉伸应变条件下进行.为了探索不同的应

变对出现龟裂的时间的关系,作如下应变条件试验.

试样是天然胶掺少量三元乙丙制成的硫化胶,试样

拉伸的伸长率分别为80%,50%,40%,30%,20%,

15%,10%.在臭氧浓度为100X10和40℃条件下

试验,其结果于表1.

表1不同的伸长率对臭氧龟裂的影响

伸长率%80504030201510

龟裂时间(小时)1.52.53.558.512.520

时l’~lh(对敌到腰’

图3应变与出裂时间对数

从表1结果看出,橡胶试样应变越大,龟裂时问

越早,裂纹多且密,伸长率在10%一20%范围出现的

裂纹较粗且数量较少,对观察裂纹和裂纹增长速度

较为方便和准确.为了客观评价橡胶制品耐臭氧性

能,通常可采用几种不同的伸长率进行试验,并使这

些伸长率接近于实际应用状态.一般试验采用伸长

率20%,因为伸长率20%较接近实际应用状态.

已发现应变对数对龟裂时间对数作出的直线图

能够观察到不同伸长率的极限临界应变(如图3所

示).

用方法C确定临界应变,试样是天然胶掺少量

乙丙胶加抗臭氧剂制成的硫化胶试样.试样的伸长

率分别为80%,50%,40%,30%,20%,15%,在臭氧

浓度为100X10和40℃条件下试验,其结果列于表

2

表2不同伸长率对龟裂时间的影响

伸长率(%)8050403020l5

2小时不龟裂8小时不龟裂8小时不龟裂24小时不龟裂24小时不龟裂72小时不龟裂

龟裂时间(小时)

4小时龟裂l6小时龟裂l6小时龟裂48小时龟裂48小时龟裂96小时不龟裂

2002年第3期合成材料老化与应用?43?

根据表2结果,用应变对数对不出现龟裂的最

长时间和出现龟裂最早时间的对数作图,见图4.

懿

巅

莨

248162448726

时问(对数刻度)h

图4结果表示图

从图4可看出在规定暴露时间为24小时的临

界应变为30%,或其它时间的临界应变.

8.2不同橡胶和不同臭氧浓度对龟裂时间的影响

试样采用顺丁胶,异戊胶,天然胶,丁苯胶,丁腈

胶,氯丁胶,丁基胶和乙丙胶等硫化胶,在臭氧浓度

为100×10和50×10进行试验,其结果列于表

3

从表3结果看出,顺丁胶,异戊胶,天然胶,

丁苯胶,丁腈胶在50×10臭氧浓度下试验时,

在不很长的试验时间容易分辨出其耐臭氧性能,但

在100×10臭氧浓度下试验时,由于龟裂时间

快,致使分不出天然胶,异戊胶和丁苯胶龟裂时间

的先后次序,故难于分出它们的耐臭氧性能的好

坏.而氯丁胶,丁基胶和乙丙胶在10o×10矗臭氧

浓度下能够分出其耐臭氧性能的好坏.所以对天然

胶,异戊胶,顺丁胶和丁腈胶等通用不饱和橡胶可

采用臭氧浓度为50×10～,而对氯丁胶,丁基胶

和乙丙胶可采用较高臭氧浓度100×10矗或200×

10—试验.

8.3含臭氧空气的流速

含臭氧空气流速的大小和均匀性是保证获得良

好试验结果的重要因素.臭氧是不稳定的气体,它

受热或紫外光的作用而分解,与橡胶作用也会消耗

一

部分,为了供给补充新鲜的臭氧和保持规定的试

验浓度,所以在试验箱内要连续通人流速足够大的

含臭氧空气,为此作了含臭氧空气不同的流速对龟

裂时间的影响,其结果列于表4.

表3各种橡胶伸长率20%在不同臭氧浓度下对龟裂时间的影响

臭氧浓度龟裂时间

(pphm)顺丁胶异戊胶天然胶丁苯胶丁腈胶氯丁胶丁基胶乙丙胶

501Brain25min32rain30rain3c10min48h48h不龟裂48h不龟裂

l00lOmin15min15min15min150min16h5OhlOOh不龟裂

表4臭氧浓度50×10时臭氧空气不同流速对龟裂时间的影响

龟时唧\漉速

\(血)\\11’~/8

20l7l6l5l4l2l0

胶\,,

顺丁胶20l8l5l5l5l4l0

异戊胶30282525252312

丁苯胶353330303023l2

天然胶37353232323025

从表4结果看出,含臭氧空气流速在(12—16)

mm/8之问的龟裂时问接近,所以选取含臭氧空气

流速为(12～16)mlIL/8作试验是合适的.

8.4温度对龟裂时间的影响

温度的选择一方面根据橡胶制品在环境中使用

的温度,另一方面要考虑臭氧容易受热作用而分

解,所以臭氧老化试验的温度不宜过高.现作了

20cc,30cc,4JDcc和50cc等不同温度的试验,其结

果列于表5中.

-

44?郑云中等如何理解贯彻GB/T7762—200x

表5不同温度对龟裂时间的影响

20304050

胶种—————～:

顺丁胶15151517

异戊胶25252527

天然胶32323234

丁苯胶30303032

丁腈胶30o30o30o305

从表5结果看出,试验温度在20℃,30℃和

4|D℃时,其龟裂时间相同,但在50℃时其龟裂时

间延长,这可能是臭氧在50℃时开始分解而降低

了试验箱内的臭氧浓度,而使到龟裂时间延长.由

于我国最高气温一般在(3744)℃,所以试验温

度选取(40±2)℃作为本标准的试验温度是合适

的.

9试验程序

9.1概述

调节好规定的臭氧化空气的温度,流速和臭氧

浓度.然后将已拉伸和经适当调节的试样放入试验

箱内,并保持试验条件恒定.

按规定的试验时间用七倍放大镜检查试样龟裂

情况,在检查时用适当的光源照明试样.放大镜可

放在箱壁窗口上,或将试样从试验箱内取出作短时

间的检查,检查时不要触摸或碰撞试样.

应注意臭氧毒性较大的问题,测定臭氧浓度或

检查试样时操作人员尽量减少与臭氧接触.

9.2暴露试验可从如下三种方法中选择.

9.2.1方法A

按20%伸长率的试样经72小时后检查试样龟

裂情况.或按适用材料特性选择其它伸长率和暴露

时间.

9.2.2方法B

采用一种或多种伸长率的试样,除非另有规

定,采用一种伸长率时,应采用20%伸长率.在2

小时,4小时,8小时,l6小时,24小时,48小

时,72小时和96小时后检查试样,必要时可适当

延长暴露时间,并记录各种伸长率的试样出现龟裂

的时间.

9.2.3方法C

用不少于四种伸长率的试样,在2小时,4小

时,8/J,时,l6/J,时,24/J,时,48/J,时,72/J,时

和96小时后检查试样,如果需要可适当延长暴露

时间,并记录每种伸长率的试样出现龟裂的时间,

以测定临界应变.

1O结果表示

l0.1方法A

以无龟裂或出现龟裂来报告试验结果.如果有

龟裂,需要评价龟裂程度,可以用出现裂纹说明

(例如个别裂纹,单位面积上的裂纹的数目,以及

十条最大裂纹的平均长度),或拍照龟裂试样的照

片来说明.

l0.2方法B

在规定拉伸条件下,按第一次出现龟裂所需的

时间作为评价试样耐臭氧能力.

l0.3方法C

确定在规定暴露时间后不出现龟裂的最大应变

和出现龟裂的最小应变的临界范围.如果重复试验

得到不同的结果,则列出试验中观察到的极限范

围,例如,分别采用拉伸10%,15%和20%