CN105092376B - 一种导电橡胶的弹性模量获取方法 - Google Patents

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张建国
许社教
田锦
张聪
王森
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Abstract

本发明涉及一种导电橡胶的弹性模量获取方法,其特征是:至少包括如下步骤:建立已知参数导电橡胶的弹性模量库;根据建立的数据库查询需要的导电橡胶弹性模量值。本发明设计流程明确,易于操作;对于导电橡胶条在非均匀的径向压缩情况下,本发明给出符合工程实际的导电橡胶弹性模量获取方法;对于未作测试的导电橡胶试件可依据本发明提供的方法外推获得导电橡胶弹性模量数据。

Description

一种导电橡胶的弹性模量获取方法
技术领域
[0001] 本发明涉及导电橡胶弹性模量检测技术,特别是一种导电橡胶的弹性模量获取方 法。
背景技术
[0002] 近些年来,随着电子工业的发展,电磁波屏蔽密封材料需求不断扩大。导电橡胶作为复合导电高分子材料中的一种,是以橡胶弹性体为基体加上导电填料制成,既保留了基体橡胶的弹性,又具有导电填料的导电性。
[0003] 导电橡胶中的弹性体既可以是通用橡胶,也可以是聚氨酯、硅橡胶和氟硅橡胶等特种橡胶。
[0004] 导电橡胶制品已广泛地用于航天、飞机制造和机械制造业、医学、电气及电子工业,可作为传感器、电阻器、加热器、弱电流的整流系统等,也可用于电子仪表和系统的电屏蔽和防漏电,以及用来生产防静电的其它许多制品。
[0005] 抗电磁干扰用屏蔽橡胶是密封件市场中发展最快的一部分,越来越多的被用于电子与通讯设备及装置上。抗电磁干扰屏蔽导电橡胶也已应用于高度完整的商用电子,计算机、通讯、医疗设备。其中,电磁相容性EMC和EMI的电磁防护被认为是至关重要的两个因素,其典型的应用领域是通讯设备、微波无线电设备和计算机控制系统的电磁屏蔽。
[0006] 导电橡胶的力学变形情况会直接影响电子设备的电磁屏蔽效果,影响电子产品的使用特性,以及能否通过民品或军品严格的电磁兼容测试实验。
[0007] 弹性模量是导电橡胶这种复合材料重要的参数之一。然而,在大多数情况下,导电橡胶的弹性模量是不被告知的。而且,导电橡胶的弹性模量是与橡胶的材料组成、工作环境等因素有关,不是一个恒定值。
[0008] 从宏观角度来说,弹性模量是衡量导电橡胶抵抗弹性变形能力大小的度量,从微观角度来说,则是原子、离子或分子之间键合强度的反映,凡影响键合强度的因素均能影响材料的弹性模量。
[0009] 关于普通橡胶弹性模量的测量方法GB/T 7757-2009/IS0 7743:2007《硫化橡胶或热塑性橡胶压缩应力应变性能的测定》中予以了规定。标准中规定了三种测定方法:
[0010] 方法A是将标准试样与金属板加润滑剂相配进行测试(对圆柱体的端面横截面为受力面进行压缩实验)。
[0011] 方法B和方法A相似,只有试样组件的配合方式不同,也是对圆柱体的端面横截面为受力面进行压缩实验。
[0012] 方法C使用产品或产品的一部分并且金属板经润滑剂润滑。对于异型件,应使用50mm〜IOOmm长作为试样(如果有必要增加力的读数,也可一起使用两条这种异型件)。对于内径50mm〜IOOmm的环状产品,可使用整个产品。对于小产品,可将多个产品并排平行放置进行试验,以增加力的读数。
[0013] 由上述标准测试过程可以看出,A、B方法只适用于端面轴向压缩且截面形状不发 生变化的橡胶压缩情况。然而,在实际应用中,导电橡胶有很多情况下受到的是径向非均匀性压缩,(如图1所示)导电橡胶在径向压缩时,其受力与轴向压缩时并不相同。此时,试件从上到下的截面形状与尺寸不相同,故而并不能够简单地套用标准弹性模量试验中的弹性模量数据。径向压缩时,在受力方向上的导电橡胶截面为变化的长方形,径向压缩和轴向压缩体现出的变形与受力特征差异非常大,所获取的弹性模量差异也很大,是两种完全不同的压缩方式。
[0014]如果采用C法,所测试导电橡胶的尺寸受到限制,如果我们采用的导电橡胶条的尺寸偏小,变形量最小可能达到百分之一毫米级别。此时施加在试样上面的力会因为量值太小而无法显示。
[0015] 所以,传统的弹性体A、B、C测试方法对于获取径向压缩的导电橡胶弹性模量都不适用。
发明内容
[0016] 本发明解决的技术问题是提供一种导电橡胶的弹性模量获取方法,以便为导电橡胶力学仿真、电磁兼容仿真测试等工作提供技术支持。
[0017] 本发明的目的是这样实现的,一种导电橡胶的弹性模量获取方法,至少包括如下步骤:
[0018] 一、建立已知参数导电橡胶的弹性模量库
[0019] (1)获取不同直径导电橡胶的受力与变形数据;
[0020] (2)描述不同直径的导电橡胶受力与变形曲线;
[0021] (3)判断线段是否需要采用分段一次多项式插值法外推橡胶条的受力值;需要继续步骤⑷;不需要转步骤(5);
[0022] ⑷采用分段一次多项式插值法外推导不同给定直径的橡胶条的受力值;
[0023] (5)依据弹性模量公式:
[0024]
Figure CN105092376BD00041
[0025] 计算线性段的弹性模量;
[0026] 式中:〇—单位面积上承受的力;ε—外力作用下的相对形变;定义工程中实用的弹性模量,g卩:单位长度上导电橡胶受到的压缩力与相对形变的比;
[0027] ⑶将测量值存入存贮器;
[0028] 二、根据建立的数据库查询需要的导电橡胶弹性模量值
[0029] ⑵输入相同参数不同直径导电橡胶的直径值;
[0030] ⑶输入所述导电橡胶位移值;
[0031] (9)根据导电橡胶的直径值和位移值在存贮器中查找区间;
[0032] (10)采用分段一次多项式插值法外推导给定直径的橡胶条的受力值;
[0033] (11)依据弹性模量公式:
[0034]
Figure CN105092376BD00042
[0035] 计算给定直径橡胶条的弹性模量。
[0036] 所述的步骤⑴是利用测力计和位移测试装置,实测导电橡胶样品的压缩受力-变形数据。
[0037] 所述的步骤(4)采用分段一次多项式插值法是通过如下方法实现:每两个相邻点连成一条直线,介于两点之间的截面直径对应导电胶条受力值应当在这条直线上,通过该折线得到任意直径d导电胶条对应的受力值F。
[0038] 本发明的优点是:
[0039] 1)设计流程明确,易于操作;
[0040] 2)对于导电橡胶条在非均匀的径向压缩情况下(例如导电橡胶条在安装槽中发生的径向压缩),本发明给出符合工程实际的导电橡胶弹性模量获取方法;
[0041] 3)对于未作测试的导电橡胶试件可依据本发明提供的方法外推获得导电橡胶弹性模量数据。
附图说明
[0042] 下面结合实施例附图对本发明作进一步说明:
[0043] 图1导电橡胶径向压缩时的剖面图;
[0044] 图2本发明实施例流程图;
[0045] 图3铝镀银导电橡胶条受力-压缩曲线;
[0046] 图4压缩量为25%的不同直径导电橡胶受力值;
[0047] 图5分段一次多项式插值法示意图;
[0048] 图6铝镀银导电橡胶条压缩-变形曲线。图中,实线代表实测数据,虚线代表线性插值计算所得数据。
具体实施方式
[0049] 如图2所示,一种导电橡胶的弹性模量获取方法,至少包括如下步骤:
[0050] —、建立已知参数导电橡胶的弹性模量库
[0051] (1)获取不同直径导电橡胶的受力与变形数据;
[0052] 利用测力计和位移测试装置,实测导电橡胶样品的压缩受力-变形数据,该测试方案不局限于获得标准尺寸的橡胶试件在轴向压缩情况下的压缩-变形数据,对于导电橡胶条所受径向的非均匀压缩情况(例如导电橡胶条在安装槽中发生的径向压缩进行分析),或者导电橡胶尺寸过小的情况,本测试方案同样适用。
[0053] (2)描述不同直径的导电橡胶受力与变形曲线;
[0054] 由图3可以发现,随着导电橡胶条直径的不断增大,则其达到相同百分比形变所需的受力值也会增大,即其对应的曲线斜率越大,受力值的大小是随着导电橡胶条直径增大而单调递增的。因此,曲线是非线性的。
[0055] (3)判断线段是否需要采用分段一次多项式插值法外推橡胶条的受力值;需要继续步骤⑷;不需要转步骤(5);
[0056] ⑷采用分段一次多项式插值法外推导不同给定直径的橡胶条的受力值;
[0057] 采用的分段一次多项式插值法,S卩:每两个相邻点连成一条直线,介于两点之间的截面直径对应导电胶条受力值应当在这条直线上,通过该折线关系最终可得到任意直径d 导电胶条对应的受力值F。
[0058] 如图4所示,压缩量为25%时,铝镀银胶条不同直径对应受力值的变化曲线。该插值方法能够严格保证“直径越大的导电橡胶条的受力-压缩曲线斜率越大”这一基本趋势。
[0059] (5)依据弹性模量公式:
[0060]
Figure CN105092376BD00061
[0061] 计算线性段的弹性模量;
[0062] 式中:〇—单位面积上承受的力;ε—外力作用下的相对形变;定义工程中更实用的弹性模量,g卩:单位长度上导电橡胶受到的压缩力与相对形变的比。这种定义尤其适用于工程中常见的导电橡胶条受径向压缩的情况。
[0063] ⑶将测量值存入存贮器;
[0064] 二、根据建立的数据库查询需要的导电橡胶弹性模量值
[0065] ⑵输入相同参数不同直径导电橡胶的直径值;
[0066] ⑶输入所述导电橡胶位移值;
[0067] (9)根据导电橡胶的直径值和位移值在存贮器中查找区间;
[0068] (10)采用分段一次多项式插值法外推导给定直径的橡胶条的受力值;
[0069] (11)依据弹性模量公式:
[0070]
Figure CN105092376BD00062
[0071] 计算给定直径橡胶条的弹性模量。
[0072] 本发明中导电橡胶条之间存在单调递增的趋势,所以受力-压缩曲线的约束条件是:直径为d(dl<d<d2)的导电橡胶条的受力-压缩曲线应当处于直径为dl、d2的两条受力-压缩曲线之间。
[0073] 如图5所示,以压缩量25 %的导电胶条为例进行取值外推:
[0074] 分别得到五种直径的导电橡胶条在25%处的受力值(表1)。因为受力值F是随着导电橡胶条直径d增大而单调递增的,对直径d与受力值F之间的关系进行线性插值即可得到压缩量为25%的任意直径导电橡胶条的受力值。
[0075] 表1铝镀银导电橡胶条在25%压缩量时的受力值
[0076]
Figure CN105092376BD00063
[0077] 插值结果及弹性模量获取:
[0078] 通过逐点插值,采用分段一次多项式插值法归纳得到材料为铝镀银的不同直径导电橡胶压缩-变形曲线如图6所示,其对应各点的斜率即相应的压缩弹性模量。
[0079] 根据单位长度导电橡胶条的受力一变形曲线可以得到实际工程中有限长度胶条压缩到某一比率时需要提供的压缩力。
[0080] 对于铜镀银、玻璃镀银等其他材料的导电橡胶条均可以按照上述步骤参照铝镀银 导电胶条的实施例获得对应不同直径的弹性模量。

Claims (1)

  1. I. 一种导电橡胶的弹性模量获取方法,其特征是:至少包括如下步骤: 一、 建立已知参数导电橡胶的弹性模量库 (1) 获取不同直径导电橡胶的受力与变形数据; (2) 描述不同直径的导电橡胶受力与变形曲线; (3) 判断线段是否需要采用分段一次多项式插值法外推橡胶条的受力值;需要继续步 骤⑷;不需要转步骤⑸; (4) 采用分段一次多项式插值法外推导不同给定直径的橡胶条的受力值; (5) 依据弹性模量公式:
    Figure CN105092376BC00021
    计算线性段的弹性模量; 式中:σ一单位面积上承受的力;ε一外力作用下的相对形变;定义工程中更实用的弹 性模量,g卩:单位长度上导电橡胶受到的压缩力与相对形变的比; (6) 将测量值存入存贮器; 二、 根据建立的数据库查询需要的导电橡胶弹性模量值 ⑺输入相同参数不同直径导电橡胶的直径值; ⑻输入所述导电橡胶位移值; ⑼根据导电橡胶的直径值和位移值在存贮器中查找区间; (10) 采用分段一次多项式插值法外推导给定直径的橡胶条的受力值; (11) 依据弹性模量公式:
    Figure CN105092376BC00022
    计算给定直径橡胶条的弹性模量; 所述的步骤(1)是通过测力计和位移测试装置,实测导电橡胶样品的压缩受力-变形数 据; 所述的步骤(4)采用分段一次多项式插值法是将每两个相邻点连成一条直线,介于两 点之间的截面直径对应导电胶条受力值应当在这条直线上,通过该折线关系最终可得到任 意直径导电胶条对应的受力值。
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