專利名稱：一種測試硫化橡膠/鋼絲簾線動態(tài)粘合性能的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及輪胎、輸送帶等硫化橡膠/鋼絲簾線復(fù)合材料領(lǐng)域，特別適用于全鋼子午線輪胎胎體膠/鋼絲簾線的動態(tài)疲勞測試，通過測定動態(tài)疲勞后的粘合強(qiáng)度表征硫化橡膠/鋼絲簾線的動態(tài)粘合性能，預(yù)測輪胎在行駛過程中硫化橡膠/鋼絲簾線粘合的疲勞壽命。該方法也可以用于評價橡膠/纖維簾線及橡膠/單根鋼絲的動態(tài)粘合性能。
背景技術(shù)：
隨著汽車工業(yè)的迅猛發(fā)展，為滿足消費者對子午線輪胎安全性、舒適性及經(jīng)濟(jì)性的提高，自20世紀(jì)70年代以來，鋼絲簾線作為重要的骨架材料用于輪胎胎體及帶束層。由于橡膠具有大形變、低彈性模量及明顯的粘彈滯后性，鋼絲簾線能否與橡膠實現(xiàn)良好粘合已經(jīng)成為決定輪胎的使用壽命、耐久性及安全性的關(guān)鍵因素，現(xiàn)有的對硫化橡膠/鋼絲簾線粘合性能的測試方法主要是EC法和ASTM法，利用計算機(jī)測試系統(tǒng)對拉伸速度、位移等因素進(jìn)行控制，其操作較為簡單，但測試過程局限于靜態(tài)粘合強(qiáng)度的測量，而輪胎的工作狀態(tài)主要是長期承受周期性載荷的作用，靜態(tài)法不能模擬輪胎在使用過程中的真實狀態(tài)，因此對輪胎行駛過程中承受周期載荷的硫化橡膠/鋼絲簾線的粘合性能的表征已經(jīng)成為輪胎科研工作者關(guān)注的焦點。目前，對硫化橡膠/鋼絲簾線的動態(tài)粘合性能的測試主要源于形變，一般有拉伸、壓縮、剪切、彎曲4種形變形式，其中拉伸形變較簡捷，應(yīng)用最為廣泛。近年來國內(nèi)外科研工作者通過設(shè)計特定夾具、改造疲勞試驗機(jī)、自制特定試樣，考察硫化橡膠/鋼絲簾線復(fù)合材料的動靜態(tài)粘合強(qiáng)度，較為通用的測量方法主要有亨利實驗法、波茲南工業(yè)大學(xué)法和超聲波法。但鑒于疲勞試驗在試件夾持、載荷施加、數(shù)據(jù)跟蹤記錄等方面存在許多困難，加上疲勞周期長，試驗數(shù)據(jù)分散性大的特點，而橡膠明顯的滯后粘彈性導(dǎo)致硫化橡膠/鋼絲簾線復(fù)合材料破壞機(jī)理的復(fù)雜性，理論上的困難和試驗技術(shù)上的障礙使得復(fù)合材料的疲勞研究進(jìn)展遲緩。 因此，開發(fā)一種簡單易行的硫化橡膠/鋼絲簾線動態(tài)粘合性能的測試方法是當(dāng)今橡膠研究領(lǐng)域以及橡膠工業(yè)界所迫切需要的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的局限性與不足，發(fā)明一種評估硫化橡膠/鋼絲動態(tài)粘合性能的測試方法，該法能模擬輪胎行使過程中所受周期載荷的作用，使硫化橡膠/鋼絲簾線復(fù)合材料在接近真實服務(wù)狀況下經(jīng)受動態(tài)疲勞變化，通過測定經(jīng)動態(tài)疲勞后的鋼絲簾線抽出力表征硫化橡膠/鋼絲簾線粘合性能在變載荷作用下的演變規(guī)律，能為材料抗疲勞設(shè)計和壽命預(yù)測提供足夠的信息，適用于橡膠研究領(lǐng)域及橡膠工業(yè)。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明在進(jìn)行了硫化橡膠/鋼絲簾線粘合性能方面的大量研究基礎(chǔ)上，結(jié)合輪胎企業(yè)實際試驗條件和需求，開發(fā)了一種低投資、高效率、簡單易行、重復(fù)性好的評價硫化橡膠/鋼絲簾線動態(tài)粘合性能的測試方法，該方法適合于大多數(shù)輪胎、輸送帶企業(yè)及研究機(jī)構(gòu)，尤其適合全鋼子午線輪胎胎體部位橡膠/鋼絲的動態(tài)粘合性能。本發(fā)明提供的硫化橡膠/鋼絲簾線動態(tài)粘合性能測試主要分為以下步驟
I)所需橡膠/鋼絲簾線試樣制備按所需要求，設(shè)計試驗配方，并制備混煉膠，混煉膠下片厚度7. 0mm，裁取7. OX 12. 5X200. Omm膠條若干；裁取35_40mm所需規(guī)格鋼絲簾線，合理處理鋼絲表面，并密封保存。本發(fā)明所述配方NR IOOphr,炭黑N326 55phr,白炭黑IOphr,氧化鋅8. Ophr,硬脂酸L Ophr, CZ L2phr,不溶性硫黃5. Ophr,其他助劑20. Ophr。2)橡膠/鋼絲簾線硫化模具分為上模、中模、下模見圖la-c，安放模具下模、中模至合適位置，將下膠條裝填入中模不相鄰的模腔內(nèi)，將若干鋼絲簾線均勻嵌入槽內(nèi)，將上膠條填入上述相應(yīng)的模腔中，安放模具上模，置于平板硫化機(jī)上硫化，每塊膠條尺寸為12. 5 X 12. 5 X 200. 0mm。3)清理膠條多余簾線端頭，硫化橡膠/鋼絲簾線試樣距離兩端25mm范圍內(nèi)，利用砂輪將厚度由12. 5_磨薄至約11. 0_，以便于夾持器固定試樣，制得硫化橡膠/鋼絲簾線試樣見圖2。4)動態(tài)疲勞測試采用德默西亞橡膠屈撓疲勞試驗機(jī)，其主體結(jié)構(gòu)見圖3，包括手輪1、立柱2、螺栓3、上夾持器4、下夾持器5、螺絲6及偏心輪7。調(diào)節(jié)偏心輪至測試往復(fù)運動中的行程，往復(fù)行程范圍為50-80_。安裝試樣時,使試樣處于自然伸直狀態(tài),在試樣兩端25mm處(見圖2，B. C處)，利用下夾持器5夾緊試樣，并擰緊螺絲3固定試樣B、C處，然后通過轉(zhuǎn)動手輪I，調(diào)節(jié)運動上夾持器，對試樣施加拉伸形變，擰緊螺絲6通過上夾持器固定A、D處(見圖2)，試樣安裝完畢見圖3。設(shè)置硫化橡膠/鋼絲簾線試樣動態(tài)疲勞測試參數(shù)，測試頻率范圍為3-8HZ、周期范圍為0-200萬次及溫度范圍為0-100°C，動態(tài)疲勞測試結(jié)束后，將試樣立即從橡膠屈撓疲勞試驗機(jī)上取下，使試樣處于自然狀態(tài)下停放48小時以上。硫化橡膠/鋼絲簾線試樣動態(tài)疲勞測試過程中的拉伸形變、往復(fù)行程、疲勞頻率、溫度及疲勞周期等工藝參數(shù)均在儀器安全使用范圍內(nèi)進(jìn)行。5)利用裁刀或鉗子將硫化橡膠/鋼絲簾線試樣之間的鋼絲中點裁斷，制得粘合強(qiáng)度測試試樣見圖4，利用萬能電子拉力機(jī)測量硫化橡膠/鋼絲簾線的粘合強(qiáng)度，應(yīng)當(dāng)根據(jù)實際疲勞過程中往復(fù)行程量的大小，參照所測疲勞測試后不同位置的鋼絲抽出力，合理處理抽出力數(shù)據(jù)，若不同位置鋼絲抽出力變化不大，可取均值。所述步驟I)按照 GB/T 6038-2006, GB/T 16584-1996 測定。所述步驟2)按照GB/T 16586-1996測定。所述步驟4)參考 GB/T 1688-2008，GB/T 13934-2006 測定。所述步驟5)按照GB/T 16586-1996測定。本發(fā)明涉及但未提及的步驟均按照或參考中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。本發(fā)明所提供的硫化橡膠/鋼絲簾線動態(tài)粘合性能測試方法與現(xiàn)有技術(shù)的區(qū)別在于模擬使用環(huán)境、低投資、高效率、簡單易行、重復(fù)性好。①本發(fā)明測試方法投資較低，適用范圍廣，可適用于大中小型橡膠企業(yè)，尤其是輪胎企業(yè)，只需一臺橡膠屈撓疲勞試驗機(jī)即可實現(xiàn)，本發(fā)明將有廣泛的應(yīng)用前景。②本發(fā)明測試方法測試中試樣形變方式與子午線輪胎行駛過程中胎體部位硫化橡膠/鋼絲簾線承受載荷方式基本一致，測試過程可對試樣同時施加橫向與縱向載荷，能較好的預(yù)測胎體的使用壽命。③本發(fā)明測試方法效率較高，易于操作和數(shù)據(jù)收集，可同時對多個試樣施加載荷，縮短試驗周期，所測數(shù)據(jù)具有較好的參考性。④本發(fā)明測試方法中考察變量多，可考察硫化橡膠/鋼絲簾線在不同頻率、溫度、周期、拉伸形變、往復(fù)行程下的粘合性能。


圖l_a為橡膠/鋼絲簾線硫化模具-上模 圖ι-b為橡膠/鋼絲簾線硫化模具-上模 圖Ι-c為橡膠/鋼絲簾線硫化模具-下模 圖2為硫化橡膠/鋼絲簾線試樣 圖3為硫化橡膠/鋼絲簾線試樣動態(tài)疲勞測試
動態(tài)疲勞測試采用德默西亞橡膠屈撓疲勞試驗機(jī)，其主體結(jié)構(gòu)見圖3，包括手輪1、立柱2、螺栓3、上夾持器4、下夾持器5、螺絲6及偏心輪7。
圖4為粘合強(qiáng)度測試試樣
具體實施例方式本發(fā)明用下列實施例來進(jìn)一步說明本發(fā)明的技術(shù)特征，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并非局限于下列實施例。實施例11.按照配方NR IOOphr,炭黑N326 55phr,白炭黑IOphr,氧化鋅8. Ophr,硬脂酸1.Ophr，CZ1. 2phr,不溶性硫黃5. Ophr,其他20. Ophr稱取實驗原材料；用酒精對鍍銅鋼絲(3+8 X O. 33HT)進(jìn)行表面處理，干燥，密封保存。2.混煉采用密煉機(jī)，設(shè)定起始轉(zhuǎn)速55rpm，初始溫度60°C，首先加入NR混煉2分鐘，待轉(zhuǎn)矩曲線呈水平方向變化時，將小料加入到密煉機(jī)中混煉3分鐘，待轉(zhuǎn)矩曲線成水平方向變化時，加入炭黑N326、白炭黑，待混煉曲線轉(zhuǎn)矩水平時停止混煉，排膠得到母煉膠；在開煉機(jī)上繼續(xù)混煉，加入CZ、不溶性硫黃等，左右切割翻煉4次，薄通5次，下片，冷卻停放，得到終煉膠，待停放8h后，測定混煉膠151°C下的硫化特性。3.將8根長度為40mm鋼絲均勻排列于模具中模第一、三模腔中，在平板硫化機(jī)上制備硫化橡膠/鋼絲簾線試樣，硫化溫度為151°C，硫化壓力為9. OMPa，硫化時間為tc9(l+8min,硫化結(jié)束后,清理鋼絲簾線多余端頭,并用砂輪將試樣兩端磨至11. Omm,以便于夾具固定，所得試樣見圖2。4.動態(tài)疲勞測試采用德默西亞橡膠屈撓疲勞試驗機(jī)，拉伸形變量為4. Omm (約3%應(yīng)變)，往復(fù)行程為62mm，疲勞頻率5Hz，疲勞周期為200 000次，取下硫化橡膠/鋼絲簾線試樣，停放48h。5.利用鉗子將硫化橡膠/鋼絲簾線試樣之間的鋼絲中點裁斷，制得兩個粘合強(qiáng)度測試試樣，利用Zwick電子拉力機(jī)測定硫化橡膠/鋼絲簾線的粘合力，所測兩個試樣共16根鋼絲抽出力數(shù)據(jù)，取其均值，得粘合力為1102N。實施例2
實施例2與實施例1步驟相同，但不同之處是步驟4，拉伸行變量為8. Omm(約6%應(yīng)變)，所測粘合力為878N。實施例3
實施例3與實施例1步驟相同，但不同之處是步驟4，拉伸行變量為O. 0mm，往復(fù)行程為76mm，所測粘合力為1030N。實施例4
實施例4與實施例1步驟相同，但不同之處是步驟4，疲勞頻率為7HZ，所測粘合力為933N。
權(quán)利要求
1.一種硫化橡膠/鋼絲簾線動態(tài)粘合性能的測試方法，實現(xiàn)硫化橡膠/鋼絲簾線試樣在不同拉伸形變、彎曲形變、疲勞周期、疲勞頻率及溫度下的耐疲勞性能，采用電子拉力機(jī)測量鋼絲簾線抽出力表征硫化橡膠/鋼絲簾線的動態(tài)粘合性能，具體步驟如下 1)制備混煉膠，混煉膠下片厚度7.Omm,裁取7. OX 12. 5X200. Omm膠條若干；裁取35-40mm所需規(guī)格鋼絲簾線，選用酒精、汽油等方法處理鋼絲表面，并密封保存； 2)選擇第一、三模腔裝填膠料及鋼絲簾線，利用平板硫化機(jī)硫化橡膠/鋼絲簾線復(fù)合材料，清理膠條多余簾線端頭，在硫化橡膠/鋼絲簾線試樣距離兩端25mm范圍內(nèi)，利用砂輪將厚度由12. 5mm磨薄至11. Omm,以便于夾具固定試樣,制得硫化橡膠/鋼絲簾線試樣； 3)動態(tài)疲勞測試采用德默西亞橡膠屈撓疲勞試驗機(jī)，調(diào)節(jié)偏心輪至所需往復(fù)行程，安裝試樣時，使試樣處于自然伸直狀態(tài)，在試樣兩端25_處利用夾持器夾緊試樣，并抒緊螺栓固定試樣，然后通過轉(zhuǎn)動手輪，調(diào)節(jié)運動夾持器上端面，對試樣施加所需拉伸形變，擰緊螺絲，固定運動夾持器上端面，設(shè)置硫化橡膠/鋼絲簾線試樣動態(tài)疲勞測試參數(shù)，測試頻率范圍為3-8HZ、周期范圍為0-200萬次及溫度范圍為0-100°C，動態(tài)疲勞測試結(jié)束后，將試樣立即從橡膠屈撓疲勞試驗機(jī)上取下，使試樣處于自然狀態(tài)下按測試需要停放適當(dāng)時間； 4)利用電子拉力機(jī)測量硫化橡膠/鋼絲簾線的粘合強(qiáng)度，根據(jù)實際疲勞過程中屈撓形變大小，參照所測疲勞測試后不同位置的鋼絲抽出力，合理處理抽出力數(shù)據(jù)，若不同位置鋼絲抽出力變化不大，則取均值。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種測試硫化橡膠/鋼絲簾線動態(tài)粘合性能的方法，該方法可以測定硫化橡膠/鋼絲簾線復(fù)合材料在不同拉伸形變、往復(fù)行程、疲勞周期、疲勞頻率和溫度下的耐疲勞性能，通過電子拉力試驗機(jī)測定不同疲勞條件下粘合強(qiáng)度的變化,考察硫化橡膠/鋼絲簾線的動態(tài)粘合性能的演變規(guī)律。該方法簡單可靠，低投資，高效率，重復(fù)性好。本發(fā)明主要應(yīng)用于輪胎、輸送帶等硫化橡膠/鋼絲簾線復(fù)合材料領(lǐng)域，也可以用于評價橡膠/纖維簾線及橡膠/單根鋼絲的動態(tài)粘合性能，尤其能較好地模擬輪胎行使過程中輪胎胎體膠/鋼絲簾線的服役環(huán)境，為設(shè)計安全耐久高性能輪胎及輪胎壽命預(yù)測提供參考。
文檔編號G01N19/04GK103033469SQ201210537820
公開日2013年4月10日 申請日期2012年12月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月13日
發(fā)明者史新妍, 馬明強(qiáng) 申請人:青島科技大學(xué)