CN103033469A - 一种测试硫化橡胶/钢丝帘线动态粘合性能的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种测试硫化橡胶/钢丝帘线动态粘合性能的方法，该方法可以测定硫化橡胶/钢丝帘线复合材料在不同拉伸形变、往复行程、疲劳周期、疲劳频率和温度下的耐疲劳性能，通过电子拉力试验机测定不同疲劳条件下粘合强度的变化,考察硫化橡胶/钢丝帘线的动态粘合性能的演变规律。该方法简单可靠，低投资，高效率，重复性好。本发明主要应用于轮胎、输送带等硫化橡胶/钢丝帘线复合材料领域，也可以用于评价橡胶/纤维帘线及橡胶/单根钢丝的动态粘合性能，尤其能较好地模拟轮胎行使过程中轮胎胎体胶/钢丝帘线的服役环境，为设计安全耐久高性能轮胎及轮胎寿命预测提供参考。
Description
技术领域
本发明涉及轮胎、输送带等硫化橡胶/钢丝帘线复合材料领域，特别适用于全钢子午线轮胎胎体胶/钢丝帘线的动态疲劳测试，通过测定动态疲劳后的粘合强度表征硫化橡胶/钢丝帘线的动态粘合性能，预测轮胎在行驶过程中硫化橡胶/钢丝帘线粘合的疲劳寿命。该方法也可以用于评价橡胶/纤维帘线及橡胶/单根钢丝的动态粘合性能。
背景技术
随着汽车工业的迅猛发展，为满足消费者对子午线轮胎安全性、舒适性及经济性的提高， 自20世纪70年代以来，钢丝帘线作为重要的骨架材料用于轮胎胎体及带束层。由于橡胶具有大形变、低弹性模量及明显的粘弹滞后性，钢丝帘线能否与橡胶实现良好粘合已经成为决定轮胎的使用寿命、耐久性及安全性的关键因素，现有的对硫化橡胶/钢丝帘线粘合性能的测试方法主要是EC法和ASTM法，利用计算机测试系统对拉伸速度、位移等因素进行控制，其操作较为简单，但测试过程局限于静态粘合强度的测量，而轮胎的工作状态主要是长期承受周期性载荷的作用，静态法不能模拟轮胎在使用过程中的真实状态，因此对轮胎行驶过程中承受周期载荷的硫化橡胶/钢丝帘线的粘合性能的表征已经成为轮胎科研工作者关注的焦点。
目前，对硫化橡胶/钢丝帘线的动态粘合性能的测试主要源于形变，一般有拉伸、压缩、剪切、弯曲4种形变形式，其中拉伸形变较简捷，应用最为广泛。近年来国内外科研工作者通过设计特定夹具、改造疲劳试验机、自制特定试样，考察硫化橡胶/钢丝帘线复合材料的动静态粘合强度，较为通用的测量方法主要有亨利实验法、波兹南工业大学法和超声波法。但鉴于疲劳试验在试件夹持、载荷施加、数据跟踪记录等方面存在许多困难，加上疲劳周期长，试验数据分散性大的特点，而橡胶明显的滞后粘弹性导致硫化橡胶/钢丝帘线复合材料破坏机理的复杂性，理论上的困难和试验技术上的障碍使得复合材料的疲劳研究进展迟缓。因此，开发一种简单易行的硫化橡胶/钢丝帘线动态粘合性能的测试方法是当今橡胶研究领域以及橡胶工业界所迫切需要的。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术存在的局限性与不足，发明一种评估硫化橡胶/钢丝动态粘合性能的测试方法，该法能模拟轮胎行使过程中所受周期载荷的作用，使硫化橡胶/钢丝帘线复合材料在接近真实服务状况下经受动态疲劳变化，通过测定经动态疲劳后的钢丝帘线抽出力表征硫化橡胶/钢丝帘线粘合性能在变载荷作用下的演变规律，能为材料抗疲劳设计和寿命预测提供足够的信息，适用于橡胶研究领域及橡胶工业。
为了实现上述目的，本发明在进行了硫化橡胶/钢丝帘线粘合性能方面的大量研究基础上，结合轮胎企业实际试验条件和需求，开发了一种低投资、高效率、简单易行、重复性好的评价硫化橡胶/钢丝帘线动态粘合性能的测试方法，该方法适合于大多数轮胎、输送带企业及研究机构，尤其适合全钢子午线轮胎胎体部位橡胶/钢丝的动态粘合性能。
本发明提供的硫化橡胶/钢丝帘线动态粘合性能测试主要分为以下步骤：
1）所需橡胶/钢丝帘线试样制备：按所需要求，设计试验配方，并制备混炼胶，混炼胶下片厚度7.0mm，裁取7.0×12.5×200.0mm胶条若干；裁取35-40mm所需规格钢丝帘线，合理处理钢丝表面，并密封保存。
本发明所述配方：NR 100phr，炭黑N326 55phr，白炭黑 10phr，氧化锌 8.0phr，硬脂酸 1.0phr，CZ 1.2phr，不溶性硫黄 5.0phr，其他助剂20.0phr。
2）橡胶/钢丝帘线硫化模具分为上模、中模、下模见图1a-c，安放模具下模、中模至合适位置，将下胶条装填入中模不相邻的模腔内，将若干钢丝帘线均匀嵌入槽内，将上胶条填入上述相应的模腔中，安放模具上模，置于平板硫化机上硫化，每块胶条尺寸为12.5×12.5×200.0mm。
3）清理胶条多余帘线端头，硫化橡胶/钢丝帘线试样距离两端25mm范围内，利用砂轮将厚度由12.5mm磨薄至约11.0mm，以便于夹持器固定试样，制得硫化橡胶/钢丝帘线试样见图2。
4）动态疲劳测试采用德默西亚橡胶屈挠疲劳试验机，其主体结构见图3，包括手轮1、立柱2、螺栓3、上夹持器4、下夹持器5、螺丝6及偏心轮7。调节偏心轮至测试往复运动中的行程，往复行程范围为50-80mm。安装试样时，使试样处于自然伸直状态，在试样两端25mm处（见图2，B.C处），利用下夹持器5夹紧试样，并拧紧螺丝3固定试样B、C处，然后通过转动手轮1，调节运动上夹持器，对试样施加拉伸形变，拧紧螺丝6通过上夹持器固定A、D处（见图2），试样安装完毕见图3。设置硫化橡胶/钢丝帘线试样动态疲劳测试参数，测试频率范围为3-8HZ、周期范围为0-200万次及温度范围为0-100℃，动态疲劳测试结束后，将试样立即从橡胶屈挠疲劳试验机上取下，使试样处于自然状态下停放48小时以上。硫化橡胶/钢丝帘线试样动态疲劳测试过程中的拉伸形变、往复行程、疲劳频率、温度及疲劳周期等工艺参数均在仪器安全使用范围内进行。
5）利用裁刀或钳子将硫化橡胶/钢丝帘线试样之间的钢丝中点裁断，制得粘合强度测试试样见图4，利用万能电子拉力机测量硫化橡胶/钢丝帘线的粘合强度，应当根据实际疲劳过程中往复行程量的大小，参照所测疲劳测试后不同位置的钢丝抽出力，合理处理抽出力数据，若不同位置钢丝抽出力变化不大，可取均值。
所述步骤1）按照GB/T 6038-2006，GB/T 16584-1996测定。
所述步骤2）按照GB/T 16586-1996测定。
所述步骤4）参考GB/T 1688-2008，GB/T 13934-2006测定。
所述步骤5）按照GB/T 16586-1996测定。
本发明涉及但未提及的步骤均按照或参考中华人民共和国国家标准进行。
本发明所提供的硫化橡胶/钢丝帘线动态粘合性能测试方法与现有技术的区别在于：模拟使用环境、低投资、高效率、简单易行、重复性好。
① 本发明测试方法投资较低，适用范围广，可适用于大中小型橡胶企业，尤其是轮胎企业，只需一台橡胶屈挠疲劳试验机即可实现，本发明将有广泛的应用前景。
② 本发明测试方法测试中试样形变方式与子午线轮胎行驶过程中胎体部位硫化橡胶/钢丝帘线承受载荷方式基本一致，测试过程可对试样同时施加横向与纵向载荷，能较好的预测胎体的使用寿命。
③ 本发明测试方法效率较高，易于操作和数据收集，可同时对多个试样施加载荷，缩短试验周期，所测数据具有较好的参考性。
④ 本发明测试方法中考察变量多，可考察硫化橡胶/钢丝帘线在不同频率、温度、周期、拉伸形变、往复行程下的粘合性能。
附图说明
图1-a 为橡胶/钢丝帘线硫化模具-上模
图1-b 为橡胶/钢丝帘线硫化模具-上模
图1-c 为橡胶/钢丝帘线硫化模具-下模
图2 为硫化橡胶/钢丝帘线试样
图3为硫化橡胶/钢丝帘线试样动态疲劳测试
动态疲劳测试采用德默西亚橡胶屈挠疲劳试验机，其主体结构见图3，包括手轮1、立柱2、 螺栓3、上夹持器4、下夹持器5、螺丝6及偏心轮7。
图4为粘合强度测试试样
具体实施方式
本发明用下列实施例来进一步说明本发明的技术特征，但本发明的保护范围并非局限于下列实施例。
实施例1
1. 按照配方NR 100phr，炭黑N326 55phr，白炭黑 10phr，氧化锌 8.0phr，硬脂酸 1.0phr，CZ 1.2phr，不溶性硫黄 5.0phr，其他20.0phr称取实验原材料；用酒精对镀铜钢丝（3+8×0.33HT）进行表面处理，干燥，密封保存。
2. 混炼采用密炼机，设定起始转速55rpm，初始温度60℃，首先加入NR混炼2分钟，待转矩曲线呈水平方向变化时，将小料加入到密炼机中混炼3分钟，待转矩曲线成水平方向变化时，加入炭黑N326、白炭黑，待混炼曲线转矩水平时停止混炼，排胶得到母炼胶；在开炼机上继续混炼，加入CZ、不溶性硫黄等，左右切割翻炼4次，薄通5次，下片，冷却停放，得到终炼胶，待停放8h后，测定混炼胶151℃下的硫化特性。
3. 将8根长度为40mm钢丝均匀排列于模具中模第一、三模腔中，在平板硫化机上制备硫化橡胶/钢丝帘线试样，硫化温度为151℃，硫化压力为9.0MPa，硫化时间为tc90+8min，硫化结束后，清理钢丝帘线多余端头，并用砂轮将试样两端磨至11.0mm，以便于夹具固定，所得试样见图2。
4. 动态疲劳测试采用德默西亚橡胶屈挠疲劳试验机，拉伸形变量为4.0mm(约3%应变)，往复行程为62mm，疲劳频率5Hz，疲劳周期为200 000次，取下硫化橡胶/钢丝帘线试样，停放48h。
5. 利用钳子将硫化橡胶/钢丝帘线试样之间的钢丝中点裁断，制得两个粘合强度测试试样，利用Zwick电子拉力机测定硫化橡胶/钢丝帘线的粘合力，所测两个试样共16根钢丝抽出力数据，取其均值，得粘合力为1102N。
实施例2
实施例2与实施例1步骤相同，但不同之处是步骤4，拉伸行变量为8.0mm(约6%应变)，所测粘合力为878N。
实施例3
实施例3与实施例1步骤相同，但不同之处是步骤4，拉伸行变量为0.0mm，往复行程为76mm，所测粘合力为1030N。
实施例4
实施例4与实施例1步骤相同，但不同之处是步骤4，疲劳频率为7HZ，所测粘合力为933N。
Claims (1)
1.一种硫化橡胶/钢丝帘线动态粘合性能的测试方法，实现硫化橡胶/钢丝帘线试样在不同拉伸形变、弯曲形变、疲劳周期、疲劳频率及温度下的耐疲劳性能，采用电子拉力机测量钢丝帘线抽出力表征硫化橡胶/钢丝帘线的动态粘合性能，具体步骤如下：
1）制备混炼胶，混炼胶下片厚度7.0mm，裁取7.0×12.5×200.0mm胶条若干；裁取35-40mm所需规格钢丝帘线，选用酒精、汽油等方法处理钢丝表面，并密封保存；
2）选择第一、三模腔装填胶料及钢丝帘线，利用平板硫化机硫化橡胶/钢丝帘线复合材料，清理胶条多余帘线端头，在硫化橡胶/钢丝帘线试样距离两端25mm范围内，利用砂轮将厚度由12.5mm磨薄至11.0mm，以便于夹具固定试样，制得硫化橡胶/钢丝帘线试样；
3）动态疲劳测试采用德默西亚橡胶屈挠疲劳试验机，调节偏心轮至所需往复行程，安装试样时，使试样处于自然伸直状态，在试样两端25mm处利用夹持器夹紧试样，并拧紧螺栓固定试样，然后通过转动手轮，调节运动夹持器上端面，对试样施加所需拉伸形变，拧紧螺丝，固定运动夹持器上端面，设置硫化橡胶/钢丝帘线试样动态疲劳测试参数，测试频率范围为3-8HZ、周期范围为0-200万次及温度范围为0-100℃，动态疲劳测试结束后，将试样立即从橡胶屈挠疲劳试验机上取下，使试样处于自然状态下按测试需要停放适当时间；
4）利用电子拉力机测量硫化橡胶/钢丝帘线的粘合强度，根据实际疲劳过程中屈挠形变大小，参照所测疲劳测试后不同位置的钢丝抽出力，合理处理抽出力数据，若不同位置钢丝抽出力变化不大，则取均值。
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