CN110446916A - 橡胶构件的耐冲击性评价方法 - Google Patents

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Abstract

损耗角正切tanδ是根据对橡胶构件施加规定频率的振动时的应力计算出的储能模量与损耗模量之比。在使用橡胶构件的断裂时伸长率Eb、断裂时拉伸强度TSb以及损耗角正切tanδ来评价橡胶构件的耐冲击性能时，使在橡胶构件的使用条件下施加的冲击的速度与振动的最大速度一致，从而确定损耗角正切tanδ的测量频率，从而能使用与实际施加于橡胶构件的冲击相对应的损耗角正切tanδ的值来评价耐冲击性能，能提高耐冲击性能评价的精度。

Description

橡胶构件的耐冲击性评价方法
技术领域
本发明涉及一种评价橡胶构件的耐冲击性能的耐冲击性评价方法。
背景技术
以往，使用断裂时伸长率Eb、断裂时拉伸强度TSb等机械强度指标作为传送带等的橡胶构件的性能评价指标。
例如在传送带中，在装载输送物品时，覆盖芯体的保护橡胶受到大的冲击，因此有时在保护橡胶的表层产生割伤。为了减少该割伤，已开发有机械强度(断裂时伸长率Eb、断裂时拉伸强度TSb)大的橡胶。
通常，作为这种橡胶材料的评价方法，已知DIN磨耗试验，在该试验中将由橡胶材料构成的试验片向外周面缠绕有研磨布的圆筒状构件按压，并且使圆筒状构件旋转规定次数来测量试验片的磨耗量。
此外，例如作为评价传送带用橡胶材料的耐久性的技术，已提出朝向由传送带用橡胶材料构成的试验片按规定时间喷射粒状物，基于因喷射粒状物而减少的试验片的重量来评价橡胶材料的耐久性的方法(参照下述专利文献1)。在下述专利文献1中，在粒状物与试验片的表面碰撞时，对试验片的表面施加大的冲击力，多次施加此冲击力，从而磨耗试验片的表面。即，能使试验片产生与实际的传送带磨耗的情况相同的磨耗，能与实际的传送带的耐久性匹配。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2008-224510号公报
发明内容
发明要解决的问题
在传送带等使用时可能会受到冲击的橡胶构件中，期望开发出除了耐磨耗性以外，还提高耐冲击性能的产品。耐冲击性能除了受如上所述的机械强度影响以外，还受橡胶的能量吸收性(由于粘性导致的变形损失)影响，但几乎没有进行对这些性能的定量评价，尚有改善的余地。
例如，从测量的简化的观点来看，作为表示橡胶构件的粘弹性特性的指标的损耗角正切tanδ使用在常温、数十Hz时的值，但由于橡胶构件的粘性依赖于速度，因此应评价与用途相应的速度区域(频率区域)的粘性特性。
本发明是鉴于如上所述的情况而完成的，其目的在于定量地评价橡胶构件的耐冲击性能。
技术方案
为达成上述的目的，方案1的发明的橡胶构件的耐冲击性评价方法使用橡胶构件的断裂时伸长率Eb、断裂时拉伸强度TSb以及损耗角正切tanδ来评价所述橡胶构件的耐冲击性能，所述耐冲击性评价方法的特征在于，基于在所述橡胶构件的使用条件下施加的冲击的速度，确定用于评价所述耐冲击性能的所述损耗角正切tanδ的测量条件。
方案2的发明的橡胶构件的耐冲击性评价方法的特征在于，所述损耗角正切tanδ是根据对所述橡胶构件施加规定频率的振动时的应力计算出的储能模量与损耗模量之比，通过使在所述橡胶构件的使用条件下施加的冲击的速度与所述振动的最大速度一致，来确定作为所述测量条件的所述规定频率。
方案3的发明的橡胶构件的耐冲击性评价方法的特征在于，表示所述损耗角正切tanδ与所述振动的频率的关系的频率特性曲线和表示所述损耗角正切tanδ与所述橡胶构件的温度的关系的温度曲线能相互转换，关于用于评价所述耐冲击性能的所述损耗角正切tanδ，基于所述频率特性曲线与所述温度曲线的对应关系计算出与所述规定频率对应的所述温度，使用对该温度下的所述橡胶构件施加振动时的应力来计算。
方案4的发明的橡胶构件的耐冲击性评价方法的特征在于，在所述橡胶构件是在传送带中覆盖带芯体的保护橡胶的情况下，将所述规定频率设为10kHz。
方案5的发明的橡胶构件的耐冲击性评价方法的特征在于，在使用将所述规定频率设为10kHz时的所述损耗角正切tanδ计算出的所述耐冲击性能评价指数为6000以上的情况下，判断为所述耐冲击性能高。
方案6的发明的橡胶构件的耐冲击性评价方法的特征在于，将所述橡胶构件的所述断裂时伸长率Eb、所述断裂时拉伸强度TSb以及所述损耗角正切tanδ相乘所得的耐冲击性能评价指数越大，则判断为该橡胶构件的耐冲击性能越高。
发明效果
根据方案1的发明，在使用橡胶构件的断裂时伸长率Eb、断裂时拉伸强度TSb以及损耗角正切tanδ来评价橡胶构件的耐冲击性能的情况下，基于在橡胶构件的使用条件下施加的冲击的速度，确定用于评价耐冲击性能的损耗角正切tanδ的测量条件。由此，能使用与实际施加于橡胶构件的冲击相对应的损耗角正切tanδ的值来评价耐冲击性能，能提高耐冲击性能评价的精度。
根据方案2的发明，通过使在橡胶构件的使用条件下施加的冲击的速度与振动的最大速度一致来确定损耗角正切tanδ的测量时频率(规定频率)，因此能反映根据冲击的速度而变化的橡胶构件的粘性，评价耐冲击性能。
根据方案3的发明，在不按频率而是按温度来进行损耗角正切tanδ的测量的情况下，也能计算出与使用橡胶构件时实际施加的冲击相对应的损耗角正切tanδ的值。
根据方案4的发明，能简单且高精度地评价传送带的保护橡胶的耐冲击性能。
根据方案5的发明，能提供在假定的使用环境下具有充分的耐冲击性能的传送带。
根据方案6的发明，能以简单的方法将断裂时伸长率Eb、断裂时拉伸强度TSb以及损耗角正切tanδ一元化地进行比较，能提供明确地反映橡胶构件的耐冲击性能的评价指标。
附图说明
图1是表示实施方式的耐冲击性评价方法的步骤的流程图。
图2是基于冲击的速度的评价用频率确定方法的说明图。
图3是基于冲击的速度的评价用频率确定方法的说明图。
图4是表示损耗角正切tanδ的主曲线(master curve)的曲线图。
图5是表示样品A～C的性能评价值以及性能评价试验结果的表。
图6是规定时段使用后的传送带保护橡胶的表面照片。
图7是表示样品A～C的耐冲击性能评价指数(Eb×TSb×tanδ)的曲线图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的橡胶构件的耐冲击性评价方法的优选的实施方式进行详细说明。
图1是表示实施方式的耐冲击性评价方法的步骤的流程图。
在本实施方式中，使用橡胶构件的断裂时伸长率Eb、断裂时拉伸强度TSb以及损耗角正切tanδ来评价橡胶构件的耐冲击性能。此外，在本实施方式中，设作为评价对象的橡胶构件为覆盖传送带的芯体的保护橡胶。
图1中为了方便对各步骤进行了排序，但也可以调换各参数的测量顺序等。
首先，对橡胶构件的断裂时伸长率Eb和断裂时拉伸强度TSb进行测量(步骤S10)。
断裂时伸长率Eb以及断裂时拉伸强度TSb均通过拉伸作为性能评价对象的橡胶构件的试验片来测量。断裂时伸长率Eb是通过拉伸而使试验片断裂时的伸长率，通过相对于初始的标线间距离的比率(％)表示。断裂时拉伸强度TSb是将通过拉伸而使试验片断裂时所记录的拉伸力除以试验片的初始截面积所得的值。
这些断裂时伸长率Eb以及断裂时拉伸强度TSb的详细的测量步骤在JIS K6251：硫化橡胶以及热塑性橡胶-拉伸特性的求法中有所规定。
接着，对橡胶构件的损耗角正切tanδ进行测量(步骤S12)。
损耗角正切tanδ是根据对橡胶构件施加规定频率的振动时的应力计算出的储能模量与损耗模量之比，即动态粘弹性测量中的损耗模量相对于储能模量的比例，值越大粘性越高，将动能转换为热能的性能越高。此外，粘性高时，冲击点的表观硬度增加，因此具有使应力向周围分散的效果，下落物的咬入量变小。
由此，橡胶构件的损耗角正切tanδ越高，则能判断为耐冲击性能越高。
橡胶构件的损耗角正切tanδ的测量一般通过动态粘弹性测量仪进行。
在动态粘弹性测量仪中，橡胶构件的试样被夹紧在测量头，从载荷产生部经由探头向试样施加应力。该应力以基于被设定为测量条件之一的频率的正弦波力的形式进行施加，以使试样的应变振幅固定。因该正弦波力而产生的试样的变形量(形变)由位移检测部检测，根据施加于试样的应力和检测到的形变，计算出/输出损耗角正切tanδ等各种粘弹性量。
在温度恒定的情况下，得到如图4所示的横轴表示频率、纵轴表示tanδ(此外，还能输出储能模量以及损耗模量)的主曲线。
在图4中，示出了3种橡胶构件(样品A～C)的损耗角正切tanδ。
样品A是本公司开发的耐冲击性橡胶实施例，样品B是JIS K6369所示的橡胶类H适合品(JIS-H适合品)，样品C是JIS K6369所示的橡胶类S适合品(JIS-S适合品)。
各个橡胶构件的损耗角正切tanδ整体上从低频带到高频带变大，但是频率特性互不相同。
需要说明的是，传送带的保护橡胶厚度一般多数为5mm至25mm，在本实施方式中使用厚度为10mm的试样。此外，温度条件为20℃。
此外，在实际使用中，在得到如图4所示的具有频率轴的主曲线的情况下，不是使振动频率改变来进行测量，而是使试样的温度改变来进行测量。这是因为表示损耗角正切tanδ与振动频率的关系的频率特性曲线和表示损耗角正切tanδ与进行测量的环境温度的关系的温度特性曲线能相互转换。
频率特性曲线与温度特性曲线的转换方法是现有技术，因此省略说明，低温下的损耗角正切tanδ对应于高频带下的损耗角正切tanδ，高温下的损耗角正切tanδ对应于低频带下的损耗角正切tanδ。
接着，确定用于评价耐冲击性能的损耗角正切tanδ的频率(评价用频率)(步骤S14)。
如上所述，在步骤S12中，作为横轴为频率的频率特性曲线，得到损耗角正切tanδ。在步骤S14中，根据该主曲线确定用于评价耐冲击性能的损耗角正切tanδ。
具体而言，通过使在橡胶构件的使用条件下施加的冲击的速度与振动的最大速度一致，从而确定作为用于评价耐冲击性能的损耗角正切tanδ的频率的评价用频率。
使用图2以及图3，对基于冲击的速度的评价用频率的确定方法进行说明。
例如，在作为评价对象的橡胶构件为覆盖传送带的芯体的保护橡胶的情况下，在橡胶构件的使用条件下施加的冲击是指装载有输送物品时受到时的冲击。一般，传送带的输送物品通过滑道(chute)等从比传送带表面(保护橡胶表面)高的位置下落，装载于传送带上。
输送物品到达传送带上时的下落速度Vf由输送物品的下落高度H来决定。即，V＝√2gH(g：重力加速度)。
图2是表示输送物品的下落高度H与到达传送带时的下落速度Vf的关系的曲线图。例如，在传送带的输送物品为矿石等的情况下，下落高度H高，为8m左右。在该情况下，到达传送带时的下落速度Vf为12.5m/s左右。
此外，在下落高度H比较短，例如为0.5m左右的情况下，到达传送带时的下落速度Vf为3.1m/s左右。
接着，为了使下落速度Vf与损耗角正切tanδ的测量条件建立联系，考虑动态粘弹性测量中的振动的最大速度。
如图3所示，在正弦波中，当设为振幅A、频率f(角频率ω＝2πf)时，位移U＝Asin(ωt)、速度V＝Aωcos(ωt)。
最大速度Vx在cos0°＝1时获得，
Vx＝Aω＝2πAf。
若将该最大速度Vx置换为先前研究的下落速度Vf，
则f＝Vf/2πA。
当将正弦波的振幅A设为0.1mm，代入先前研究的下落速度Vf＝3.1m/s(从高度0.5m处下落)～12.5m/s(从高度8m处下落)时，则正弦波的频率f对应于4.9kHz(从高度0.5m处下落)～19.9kHz(从高度8m处下落)。当使该区域对应于图4中表示的tanδ的曲线图时，则为网格部分(Logf＝3.7～4.3附近)。在该区域中，样品A的tanδ最高，其次是样品C、样品B的顺序。
为了在下落物(输送物品)碰到保护橡胶时不损伤保护橡胶，要求在下落物的咬入为最大的时刻的机械强度高。此时，下落物处于在下落方向上速度为0的状态，因此作为机械强度的指标直接使用在实验室测量的断裂时伸长率Eb以及断裂时拉伸强度TSb是合理的。
与此相对，碰撞初期的能量吸收性受到下落物与保护橡胶接触的初始速度的影响，因此考虑在橡胶构件的使用条件下施加的冲击的速度来设定表示橡胶构件的粘性的tanδ是合理的。
例如在输送物品从高度0.5m处下落的环境下使用的保护橡胶将4.9kHz作为评价用频率，在输送物品从高度8m处下落的环境下使用的保护橡胶将19.9kHz作为评价用频率。
再者，在橡胶构件的制造阶段，有时无法详细地掌握橡胶构件实际使用的环境，难以确定评价用频率。因此，如上所述，在作为评价对象的橡胶构件为覆盖传送带的芯体的保护橡胶的情况下，例如使用10kHz作为评价用频率的代表值。
这是因为，对于评价用频率低于10kHz的保护橡胶，即在使用环境下的冲击速度低的保护橡胶，耐冲击性能的要求低，进行使用耐冲击性能评价指数的评价的必要性也低。如图4所示，频率越大则损耗角正切tanδ的值越大，但通过将10kHz作为要求耐冲击性的保护橡胶的评价用频率的代表值，能简单且高精度地评价耐冲击性能。
需要说明的是，在图1的流程图中，在测量了损耗角正切tanδ的主曲线之后确定了评价用频率，但不限于此，也可以是例如确定了评价用频率后，在精确位置(pinpoint)测量该频率的损耗角正切tanδ。
此外，如上所述，在将温度特性曲线转换为频率特性曲线的情况下，也可以基于两曲线的对应关系计算出与评价用频率对应的温度，在精确位置测量向该温度的橡胶构件施加振动时的应力，计算出损耗角正切tanδ。
最后，利用断裂时伸长率Eb、断裂时拉伸强度TSb以及损耗角正切tanδ来评价橡胶构件的耐冲击性能(步骤S16)。
在本实施方式中，将橡胶构件的断裂时伸长率Eb、断裂时拉伸强度TSb以及损耗角正切tanδ相乘所得的耐冲击性能评价指数(Eb×TSb×tanδ)越大，则判断为该橡胶构件的耐冲击性能越高。
图5是表示样品A～C的性能评价值以及性能评价试验结果的表。需要说明的是，图5中表示的各值为准备多个同种的样品进行测量所得的值的平均值。
在图5中，将损耗角正切tanδ的评价用频率设为10kHz，表示为将损耗角正切tanδ最大的样品A的值设为100的相对值。
按样品A、B、C的顺序，断裂时拉伸强度TSb为22.3、28.2、20.9，断裂时伸长率Eb为572、562、530，损耗角正切tanδ的相对值为100、73、87。
根据这些测量值，耐冲击性能评价指数(Eb×TSb×tanδ)的相对值按样品A、B、C的顺序为100、90、76，能判断为按样品A、B、C的顺序耐冲击性能变高。
此外，如上所述，除了使用耐冲击性能评价指数(Eb×TSb×tanδ)的相对值对多个样品的耐冲击性能进行相对比较以外，也可以使用耐冲击性能评价指数的绝对值判断样品是否满足规定的耐冲击性能。
具体而言，例如在作为评价对象的橡胶构件为覆盖传送带的芯体的保护橡胶的情况下，在使用评价用频率＝10kHz下的损耗角正切tanδ计算出的耐冲击性能评价指数(Eb×TSb×tanδ)为例如6000以上的情况下，评价为耐冲击性能高(满足规定的耐冲击性能)。
图5中，进一步示出了样品A、B、C的断裂能指数(Eb×TSb)，以及耐冲击性能评价指数(Eb×TSb×tanδ)的绝对值。此外，图7是表示样品A～C的耐冲击性能评价指数(Eb×TSb×tanδ)的曲线图。将断裂能指数(Eb×TSb)乘以各频率下的tanδ(参照图4)所得的结果为图7的曲线图。
如图5所示，按样品A、B、C的顺序，断裂能指数(Eb×TSb)为12761、15848、11077，将断裂能指数(Eb×TSb)乘以10kHz下的损耗角正切tanδ所得的耐冲击性能评价指数(Eb×TSb×tanδ)为6543、5901、4944。
由此，按照上述基准，仅样品A符合于耐冲击性能评价指数(Eb×TSb×tanδ)6000以上。
作为性能评价试验，进行了坠落冲击试验(drop impact test)、DIN磨耗试验以及使用规定时段后的传送带保护橡胶的表面观察。
坠落冲击试验是使针从规定高度下落至试样表面，测量针的刺入深度。其结果是，按样品A、B的顺序为17.2mm、19.9mm(未对样品C实施)，可知样品A的耐下落冲击性比样品B高。
此外，DIN磨耗试验按JIS K6264-2所规定的方法进行，其结果是，按样品A、B、C的顺序为122、117、167。由此，可知对于耐DIN磨耗性而言，样品A和样品B为同样程度地高，样品C比样品A和样品B低。
在图6中表示由与样品A～C相同的原材料形成的传送带保护橡胶在使用了规定时段后的表面照片。样品A在保护橡胶的表面的割伤非常少。样品B的割伤虽然比样品A多，但也比较少。与此相对，样品C产生了多的割伤。
根据这些结果，可知使用断裂时伸长率Eb、断裂时拉伸强度TSb以及损耗角正切tanδ的耐冲击性能评价指数(Eb×TSb×tanδ)高精度地反映了实际的橡胶构件的耐冲击性能。
如以上说明的那样，在实施方式的橡胶构件的耐冲击性评价方法中，在使用橡胶构件的断裂时伸长率Eb、断裂时拉伸强度TSb以及损耗角正切tanδ来评价橡胶构件的耐冲击性能的情况下，基于在橡胶构件的使用条件下施加的冲击的速度，来确定用于评价耐冲击性能的损耗角正切tanδ的测量条件。由此，能使用与实际施加于橡胶构件的冲击相对应的损耗角正切tanδ的值来评价耐冲击性能，能提高耐冲击性能评价的精度。
此外，在实施方式的橡胶构件的耐冲击性评价方法中，通过使在橡胶构件的使用条件下施加的冲击的速度与振动的最大速度一致来确定损耗角正切tanδ的测量时频率(规定频率)，因此能反映根据冲击的速度而变化的橡胶构件的粘性，评价耐冲击性能。
此外，在实施方式的橡胶构件的耐冲击性评价方法中，在不按频率而是按温度来进行损耗角正切tanδ的测量的情况下，也能计算出与使用橡胶构件时实际施加的冲击相对应的损耗角正切tanδ的值。
此外，在实施方式的橡胶构件的耐冲击性评价方法中，能以简单的方法将断裂时伸长率Eb、断裂时拉伸强度TSb以及损耗角正切tanδ一元化地进行比较，能提供明确地反映橡胶构件的耐冲击性能的评价指标。
此外，通过像这样的评价指标，能明确耐冲击性橡胶构件的开发方针。例如低频带的损耗角正切tanδ高导致行驶阻力上升，因此，有利于建立选择性地提高耐切割性的橡胶构件的开发方针，诸如开发在抑制低频带的损耗角正切tanδ的同时使与冲击的速度相对应的高频带的损耗角正切tanδ提高的橡胶构件等。

Claims (6)

1.一种橡胶构件的耐冲击性评价方法，使用橡胶构件的断裂时伸长率Eb、断裂时拉伸强度TSb以及损耗角正切tanδ来评价所述橡胶构件的耐冲击性能，所述耐冲击性评价方法的特征在于，
基于在所述橡胶构件的使用条件下施加的冲击的速度，确定用于评价所述耐冲击性能的所述损耗角正切tanδ的测量条件。
2.根据权利要求1所述的橡胶构件的耐冲击性评价方法，其特征在于，
所述损耗角正切tanδ是根据对所述橡胶构件施加规定频率的振动时的应力计算出的储能模量与损耗模量之比，通过使在所述橡胶构件的使用条件下施加的冲击的速度与所述振动的最大速度一致，来确定作为所述测量条件的所述规定频率。
3.根据权利要求2所述的橡胶构件的耐冲击性评价方法，其特征在于，
表示所述损耗角正切tanδ与所述振动的频率的关系的频率特性曲线和表示所述损耗角正切tanδ与所述橡胶构件的温度的关系的温度曲线能相互转换，
关于用于评价所述耐冲击性能的所述损耗角正切tanδ，基于所述频率特性曲线与所述温度曲线的对应关系计算出与所述规定频率对应的所述温度，使用对所述温度下的所述橡胶构件施加振动时的应力来计算。
4.根据权利要求2或3所述的橡胶构件的耐冲击性评价方法，其特征在于，
在所述橡胶构件是在传送带中覆盖带芯体的保护橡胶的情况下，将所述规定频率设为10kHz。
5.根据权利要求4所述的橡胶构件的耐冲击性评价方法，其特征在于，
在使用将所述规定频率设为10kHz时的所述损耗角正切tanδ计算出的所述耐冲击性能评价指数为6000以上的情况下，判断为所述耐冲击性能高。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的橡胶构件的耐冲击性评价方法，其特征在于，
将所述橡胶构件的所述断裂时伸长率Eb、所述断裂时拉伸强度TSb以及所述损耗角正切tanδ相乘所得的耐冲击性能评价指数越大，则判断为所述橡胶构件的耐冲击性能越高。
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