CN114659902A - 一种低温条件下测量橡胶压缩永久变形的装置及检测方法 - Google Patents

Abstract

一种低温条件下测量橡胶压缩永久变形的装置内部设有预温室，通过在预温室内完成压缩、测量等操作，可使设备组件和被检测的橡胶试样在急冷急热条件下应力、应变小，用以内外温度交换，确保橡胶试样在检测过程中不受外界温度影响，样品夹持机构和移动平台采用自动化设备，操作简单且精确，厚度测量机构的加压方式通过弹簧、配重和量杆互相补偿，共同作用保证测量橡胶厚度的标准载荷要求。

Description

一种低温条件下测量橡胶压缩永久变形的装置及检测方法

技术领域

本发明涉及橡胶检测技术领域，特别是涉及一种低温条件下测量橡胶压缩永久变形的装置。

背景技术

橡胶材料的压缩永久变形是反映橡胶制品内在性能的重要参数，是指橡胶圆柱形试样被压缩一定高度后存放在规定的温度、时间和介质环境中，在标准实验室环境条件下释放压力，自由恢复一定时间后，测得的恢复样品高度与原高度比值。

在高温和常温条件下可以依照标准GB/T7759.1-2015硫化橡胶或热塑性橡胶压缩永久变形的测定第1部分在常温及高温条件下进行测试，所用设备和手段均不复杂。

在低温条件下，依照GB/T 7759.2-2014硫化橡胶或热塑性橡胶压缩永久变形的测定第2部分:在低温条件下进行测试，由于橡胶在压缩时会发生物理和化学变化，当压缩力消失后，这些变化会阻止橡胶恢复到其原始状态，于是就产生了压缩永久变形。压缩永久变形的大小取决于压缩作用时的温度和时间，以及恢复时的温度和时间，在低温下玻璃化和结晶效应是导致发生压缩永久变形的主要原因。

由于上述这些效应会随着温度的升高而逐渐消失，因此必须在试验温度下进行测量。但是目前受设备和手段的限制，很难准确地测试出准确数据。

因此，针对现有技术不足，提供一种低温条件下测量橡胶压缩永久变形的装置以解决现有技术不足甚为必要。

发明内容

本发明的目的在于避免现有技术的不足之处而提供一种低温条件下测量橡胶压缩永久变形的装置内部设有预温室，在急冷急热条件下应力应变小，用以内外温度交换，确保橡胶试样在检测过程中不受外界温度影响，样品夹持机构和移动平台采用自动化设备，操作简单且精确，厚度测量机构的加压方式通过弹簧、配重和量杆互相补偿，共同作用保证测量橡胶厚度的标准载荷要求。

本发明的上述目的通过如下技术手段实现。

提供一种低温条件下测量橡胶压缩永久变形的装置，包括：

壳体，壳体内部设置有预温室，预温室是隔绝壳体内外温度交换的恒温仓室，确保橡胶试样在稳定的温度环境下完成压缩和测量的操作；

样品夹持机构，样品夹持机构对橡胶试样进行固定，并橡胶试样压缩至规定高度，样品夹持机构安装于壳体顶部，且样品夹持机构的工作部置于预温室内；

厚度检测机构，厚度检测机构检测橡胶试样经样品夹持机构压缩后，对橡胶试样施加配重压力后，读取检测数值，厚度检测机构安装于壳体的顶部，且厚度检测机构的检测部位于预温室内；

移动平台，移动平台用于承载橡胶试样，并能够在X、Y和Z三轴方向上进行移位，将橡胶试样分别移动至样品夹持机构和厚度检测机构的正下方，移动平台装配于样品夹持机构下方的预温室内；

高低温处理机构，高低温处理机构使预温室内部温度保持恒定低温状态，使橡胶试样在恒定低温状态下进行压缩和检测，高低温处理机构安装于壳体的底部，且高低温处理机构的出风口连通至预温室的内部；

触控屏，触控屏用于参数设定、检测数据记录、样品夹持机构的操控、厚度检测机构的操控、调整移动平台位置及高低温处理机构驱动状态的调控，触控屏分别通过电信号与样品夹持机构、厚度检测机构、移动平台及高低温处理机构连接。

具体而言的，样品夹持机构包括气缸支架，气缸支架固定安装壳体顶部，气缸支架上固定安装气缸主体，气缸主体的驱动端转动安装穿插至预温室内部的连接组件，连接组件的底部由上至下依次安装有压板和夹具上板。

优选的，连接组件包括气压杆和导柱，气压杆的一端连接气缸主体的驱动端，另一端安装于压板上，位于气压杆两侧的压板上分别安装有导柱，导柱的顶端均贯穿箱体的顶部与固定在箱体顶部的释放底座转动连接。

具体而言的，厚度检测机构包括量杆，量杆贯穿释放底座和箱体的顶部至预温室内，量杆的顶部活动安装配重块，且底部安装有压足，量杆上安装有千分表，量杆与固定在释放底座上的操纵杆转动连接，且量杆中部安装有回弹补偿组件。

进一步的，回弹补偿组件包括限位卡箍和弹簧座，弹簧座套接与量杆外壁，且固定在释放底座上，弹簧座上安装有补偿弹簧，且补偿弹簧的顶部卡接于固定在量杆外壁的限位卡箍。

进一步的，移动平台上安装有夹具下板，且夹具下板上固定安装有两个等高的柱状限高块，限高块竖直排列于夹具下板的左右两侧，夹具下板上设置有试样检测放置区。

优选的，试样检测放置区以任意一侧的限高块的直径为宽，两个限高块的中心连线距离为长边，所形成的封闭区域为试样检测放置区。

进一步的，壳体的顶部位于气压杆、导柱和量杆贯穿的部位均安装有聚四氟乙烯隔热套，且量杆为钛合金联动杆。

具体而言的，检测方法如下：

S1、设备调试；

S2、选取3只橡胶试样，任意2个橡胶试样的高度差不超过0.01mm，并放入试样检测放置区；

S3、移动平台将橡胶试样移位至夹具上板的下方，等待压缩测试；

S4、气缸驱动连接组件使夹具上板对橡胶试样进行压缩，当压缩至规定高度时，开始计时；

S5、压缩至规定时间后，移动平台再将橡胶试样移位至厚度检测机构下方，等待厚度测量；

S6、驱动操纵杆，将压足落至橡胶试样的顶部，通过千分表进行读数，并记录数据。

优选的，步骤S1中的设备调试包括如下操作：

S11、分别在夹具上板和夹具下板的表面涂抹润滑剂；

S12、调整壳体水平高度，使壳体处于水平状态；

S13、校正配重块的质量和补偿弹簧的弹性系数；

S14、选择限高块的高度尺寸，并将限高块固定在夹具下板上；

S15、在触控屏上设定测量参数；

S16、启动高低温处理机构，使预温室内部温度达到试验温度。

本发明通过在预温室内完成压缩、测量等操作，可使设备组件和被检测的橡胶试样在急冷急热条件下应力、应变小，隔绝内外温度交换，确保橡胶试样在检测过程中不受外界温度影响，样品夹持机构和移动平台采用自动化设备，操作简单且精确，厚度测量机构的加压方式通过弹簧、配重和量杆互相补偿，共同作用保证测量橡胶厚度的标准载荷要求。

附图说明

利用附图对本发明作进一步的说明，但附图中的内容不构成对本发明的任何限制。

图1是本发明一种低温条件下测量橡胶压缩永久变形的装置结构示意图。

图2为图1左视视角的结构示意图。

图3为图1中的样品夹持机构部分的结构示意图。

图4为图1中的厚度检测机构部分的结构示意图。

图5为图4中A处的局部放大图。

图6为图1中千分表部分的结构示意图。

图7为图1中移动平台X-Z轴部分的结构示意图。

图8为图1中移动平台X-Y轴部分的结构示意图。

图9为图1中试样放置检测区的结构示意图。

从图1至图9中，包括：

1、壳体；

2、预温室；

3、样品夹持机构；

31、气缸支架，32、气缸主体，33、连接组件，34、压板，35、夹具上板；

331、气压杆，332、导柱，333、释放底座；

4、厚度检测机构；

41、量杆，42、配重块，43、压足，44、千分表，45、操纵杆，46、回弹补偿组件；

461、限位卡箍，462、弹簧座，463、补偿弹簧；

5、移动平台；

6、夹具下板；

7、限高块；

8、试样检测放置区；

9、高低温处理机构；

10、触控屏；

11、聚四氟乙烯隔热套。

具体实施方式

结合以下实施例对本发明作进一步描述。

实施例1。

如图1-9所示，一种低温条件下测量橡胶压缩永久变形的装置，包括：

壳体1，壳体1内部设置有预温室2，预温室2是隔绝壳体1内外温度交换的恒温仓室，确保橡胶试样在稳定的温度环境下完成压缩和测量的操作。

预温室2是连接高低温处理机构9和外部温度的平衡室，通过预温室2可以充分保证壳体1的内部温度稳定，保证测量数据精度。

如图3所示，样品夹持机构3，样品夹持机构3对橡胶试样进行固定，并橡胶试样压缩至规定高度，样品夹持机构3安装于壳体1顶部，且样品夹持机构3的工作部置于预温室2内。

样品夹持机构3包括气缸支架31，气缸支架31固定安装壳体1顶部，气缸支架31上固定安装气缸主体32，气缸主体32的驱动端转动安装穿插至预温室2内部的连接组件33，连接组件33的底部由上至下依次安装有压板34和夹具上板35。

壳体1的顶部位于气压杆331、导柱332和量杆41贯穿的部位均安装有聚四氟乙烯隔热套11，且量杆41为钛合金联动杆。

采用特殊配方聚四氟乙烯(PTFE)，特殊配方PTFE材料具有高强度、高耐磨、耐温性能好、在急冷急热条件下应力应变小、摩擦系数小等性能，用以壳体1内外温度交换，同时增加量杆41的自润滑性，减小摩擦力保障厚度计使用要求。

连接组件33包括气压杆331和导柱332，气压杆331的一端连接气缸主体32的驱动端，另一端安装于压板34上，位于气压杆331两侧的压板34上分别安装有导柱332，导柱332的顶端均贯穿箱体的顶部与固定在箱体顶部的释放底座333转动连接。

利用气缸主体32的压力联动夹具上板35，压缩橡胶试样至限制块高度，夹具上板35采用条形夹具。

如图4所示，厚度检测机构4，厚度检测机构4检测橡胶试样经样品夹持机构3压缩后，对橡胶试样施加配重压力后，读取检测数值，厚度检测机构4安装于壳体1的顶部，且厚度检测机构4的检测部位于预温室2内。

厚度检测机构4包括量杆41，量杆41贯穿释放底座333和箱体的顶部至预温室2内，量杆41采用加长设计，满足厚度检测机构4在高低温箱外工作，同时避免由于杆体连接而产生的机械误差。

量杆41的顶部活动安装配重块42，且底部安装有压足43，量杆41上安装有千分表44，量杆41与固定在释放底座333上的操纵杆45转动连接，且量杆41中部安装有回弹补偿组件46。

量杆41采用受环境温度影响极小的钛合金制作，钛合金具有高强度、密度小、韧性好、抗疲劳、耐腐蚀、导热系数低、高低温耐受性好、在急冷急热条件下应力应变小等性能。

如图5-6所示，回弹补偿组件46包括限位卡箍461和弹簧座462，弹簧座462套接与量杆41外壁，且固定在释放底座333上，弹簧座462上安装有补偿弹簧463，且补偿弹簧463的顶部卡接于固定在量杆41外壁的限位卡箍461。

加压方式通过补偿弹簧463、配重块42和量杆41互相补偿，共同作用保证测量橡胶试样厚度的标准载荷要求，补偿弹簧463选用稳定性最好65Mn材料缠制。

配重块42的质量参数、补偿弹簧463的弹性系数分别根据检测参数进行特殊定制，根据不同需求进行选择。

厚度测量机构4可以使用电子式自动橡胶厚度计直接与触控屏10连接，将数据导入触控屏10完成读数，也可采用机械结构的橡胶厚度计设外接口，以达到自动处理数据要求。

移动平台5，移动平台5用于承载橡胶试样，并能够在X、Y和Z三轴方向上进行移位，将橡胶试样分别移动至样品夹持机构3和厚度检测机构4的正下方，移动平台5装配于样品夹持机构3下方的预温室2内。

移动平台5上安装有夹具下板6，且夹具下板6上固定安装有两个等高的柱状限高块7，限高块7竖直排列于夹具下板6的左右两侧，夹具下板6上设置有试样检测放置区8。

如图9所示，试样检测放置区8以任意一侧的限高块7的直径为宽，两个限高块7的中心连线距离为长边，所形成的封闭区域为试样检测放置区8。

如图7和8所示，壳体1内的移动平台5与夹具下板6连接，采用标准步进电机滑台(CTM28-50)装置，保证X轴和Y轴方向移动，Z轴方向无障碍上升和下降，以达到试样压缩和测量要求，三轴步进电机滑台为本领域惯用技术手段，因此不加以赘述。

高低温处理机构9，高低温处理机构9使预温室2内部温度保持恒定低温状态，使橡胶试样在恒定低温状态下进行压缩和检测，高低温处理机构9安装于壳体1的底部，且高低温处理机构9的出风口连通至预温室2的内部。

高低温处理机构9的内部设置有温度平衡室，可保证温度平稳、均匀。

触控屏10，触控屏10用于参数设定、检测数据记录、样品夹持机构3的操控、厚度检测机构4的操控、调整移动平台5位置及高低温处理机构9驱动状态的调控，触控屏10分别通过电信号与样品夹持机构3、厚度检测机构4、移动平台5及高低温处理机构9连接。

触控屏10采用PLC触屏，进行参数设置、控制移动平台5位置移动以及测量读数工作。

本申请对橡胶试样的检测方法如下：

S1、设备调试。

S2、选取3只橡胶试样，任意2个橡胶试样的高度差不超过0.01mm，并放入试样检测放置区8。

S3、移动平台5将橡胶试样移位至夹具上板35的下方，等待压缩测试。

S4、气缸驱动连接组件33使夹具上板35对橡胶试样进行压缩，当压缩至规定高度时，开始计时。

S5、压缩至规定时间后，移动平台5再将橡胶试样移位至厚度检测机构4下方，等待厚度测量。

S6、驱动操纵杆45，将压足43落至橡胶试样的顶部，通过千分表44进行读数，并记录数据。

步骤S1中的设备调试包括如下操作：

S11、分别在夹具上板35和夹具下板6的表面涂抹润滑剂。

S12、调整壳体1水平高度，使壳体1处于水平状态。

S13、校正配重块42的质量和补偿弹簧463的弹性系数。

S14、选择限高块7的高度尺寸，并将限高块7固定在夹具下板6上。

S15、在触控屏上设定测量参数。

S16、启动高低温处理机构9，使预温室2内部温度达到试验温度。

本发明通过在预温室2内完成压缩、测量等操作，可使设备组件和被检测的橡胶试样在急冷急热条件下应力、应变小，隔绝内外温度交换，确保橡胶试样在检测过程中不受外界温度影响，样品夹持机构3和移动平台5采用自动化设备，操作简单且精确，厚度测量机构4的加压方式通过补偿弹簧463、配重块42和量杆41互相补偿，共同作用保证测量橡胶厚度的标准载荷要求。

实施例2。

一种低温条件下测量橡胶压缩永久变形的装置，其它特征与实施例1相同，不同之处在于：本申请根据GB/T5723标准要求，按橡胶试样硬度大于35IRHD的，对橡胶试样施加压力为22±5kPa，橡胶试样硬度小于35IRHD的，对橡胶试样施加压力为10±2kPa。

压足直径为6mm，因此，对橡胶试样施加压力值分别为63g，和29g。

通过计算和装置装配要求，补偿弹簧选择弹性系数为0.1kg/mm，长度为25mm，直径为6.5mm的标准弹簧。

厚度测量机构的配重分别为86.5g，和52.5g。

橡胶试样采用硬度：70IRHD，尺寸：直径13mm±0.5mm，高度6.3mm±0.5mm，数量：3只，样品状态完好的橡胶试样进行测试。

试验条件：-40℃×24h。

试验前橡胶试样的环境调节按GB/T2941标准要求，在室温23±2℃，相对湿度50％±5％的标准实验室环境条件下调节16h以上，分别测量3只样品的高度，并记录。

按橡胶试样的检测方法操作，将橡胶试样样品分别置入试样检测放置区8中，移动平台5将载有橡胶试样的夹具下板6移位至夹具上板35底部，启动气缸主体32，使夹具上板35与夹具下板6夹紧，将橡胶试样压缩至实验要求高度4.7mm。

压缩24h后，样品夹持机构3抬起，移动平台5将橡胶试样移位至厚度检测机构4下方，分别进行厚度检测，并记录数据。

待达到试验要求时间，操控试验装置，释放样品的压紧装置，分别测量3只样品高度，并记录。

试验记录如下：

压缩永久变形试验记录表

观察三组数据，三组数据的中值分别为31％、32％和31％，通过对比橡胶试样中值对比表，中值对比表是根据产品特性指定的现有厂实用的参数对比表，参数对比表由橡胶厂根据国家标准和产品特性出具的，值越小说明橡胶试样抗压缩变形的性能越好，三组橡胶试样为合格产品，且第一组和第二组的压缩变形相比第三组抗压缩变形的特性更好。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (10)

1.一种低温条件下测量橡胶压缩永久变形的装置，其特征在于，包括：

壳体，所述壳体内部设置有预温室，所述预温室是隔绝壳体内外温度交换的恒温仓室，确保橡胶试样在稳定的温度环境下完成压缩和测量的操作；

样品夹持机构，样品夹持机构对橡胶试样进行固定，并橡胶试样压缩至规定高度，所述样品夹持机构安装于所述壳体顶部，且样品夹持机构的工作部置于所述预温室内；

厚度检测机构，厚度检测机构检测橡胶试样经样品夹持机构压缩后，对橡胶试样施加配重压力后，读取检测数值，所述厚度检测机构安装于所述壳体的顶部，且厚度检测机构的检测部位于所述预温室内；

移动平台，移动平台用于承载橡胶试样，并能够在X、Y和Z三轴方向上进行移位，将橡胶试样分别移动至所述样品夹持机构和厚度检测机构的正下方，所述移动平台装配于所述样品夹持机构下方的预温室内；

高低温处理机构，高低温处理机构使预温室内部温度保持恒定低温状态，使橡胶试样在恒定低温状态下进行压缩和检测，所述高低温处理机构安装于所述壳体的底部，且高低温处理机构的出风口连通至所述预温室的内部；

触控屏，触控屏用于参数设定、检测数据记录、样品夹持机构的操控、厚度检测机构的操控、调整移动平台位置及高低温处理机构驱动状态的调控，所述触控屏分别通过电信号与样品夹持机构、厚度检测机构、移动平台及高低温处理机构连接。

2.根据权利要求1所述的一种低温条件下测量橡胶压缩永久变形的装置，其特征在于：所述样品夹持机构包括气缸支架，所述气缸支架固定安装所述壳体顶部，气缸支架上固定安装气缸主体，所述气缸主体的驱动端转动安装穿插至所述预温室内部的连接组件，所述连接组件的底部由上至下依次安装有压板和夹具上板。

3.根据权利要求2所述的一种低温条件下测量橡胶压缩永久变形的装置，其特征在于：所述连接组件包括气压杆和导柱，所述气压杆的一端连接所述气缸主体的驱动端，另一端安装于所述压板上，位于气压杆两侧的压板上分别安装有导柱，所述导柱的顶端均贯穿所述箱体的顶部与固定在箱体顶部的释放底座转动连接。

4.根据权利要求1所述的一种低温条件下测量橡胶压缩永久变形的装置，其特征在于：所述厚度检测机构包括量杆，所述量杆贯穿所述释放底座和箱体的顶部至所述预温室内，所述量杆的顶部活动安装配重块，且底部安装有压足，所述量杆上安装有千分表，量杆与固定在释放底座上的操纵杆转动连接，且量杆中部安装有回弹补偿组件。

5.根据权利要求4所述的一种低温条件下测量橡胶压缩永久变形的装置，其特征在于：所述回弹补偿组件包括限位卡箍和弹簧座，所述弹簧座套接与所述量杆外壁，且固定在所述释放底座上，所述弹簧座上安装有补偿弹簧，且所述补偿弹簧的顶部卡接于固定在量杆外壁的限位卡箍。

6.根据权利要求1所述的一种低温条件下测量橡胶压缩永久变形的装置，其特征在于：所述移动平台上安装有夹具下板，且所述夹具下板上固定安装有两个等高的柱状限高块，所述限高块竖直排列于夹具下板的左右两侧，所述夹具下板上设置有试样检测放置区。

7.根据权利要求6所述的一种低温条件下测量橡胶压缩永久变形的装置，其特征在于：所述试样检测放置区以任意一侧的限高块的直径为宽，两个限高块的中心连线距离为长边，所形成的封闭区域为试样检测放置区。

8.根据权利要求4所述的一种低温条件下测量橡胶压缩永久变形的装置，其特征在于：所述壳体的顶部位于所述气压杆、所述导柱和所述量杆贯穿的部位均安装有聚四氟乙烯隔热套，且量杆为钛合金联动杆。

9.根据权利要求1-8任意一项所述的一种低温条件下测量橡胶压缩永久变形的检测方法，其特征在于：检测方法如下：

S1、设备调试；

S2、选取3只橡胶试样，任意2个橡胶试样的高度差不超过0.01mm，并放入试样检测放置区；

S3、移动平台将橡胶试样移位至夹具上板的下方，等待压缩测试；

S4、气缸驱动连接组件使夹具上板对橡胶试样进行压缩，当压缩至规定高度时，开始计时；

S5、压缩至规定时间后，移动平台再将橡胶试样移位至厚度检测机构下方，等待厚度测量；

S6、驱动操纵杆，将压足落至橡胶试样的顶部，通过千分表进行读数，并记录数据。

10.根据权利要求9所述的一种低温条件下测量橡胶压缩永久变形的检测方法，其特征在于：步骤S1中的设备调试包括如下操作：

S11、分别在夹具上板和夹具下板的表面涂抹润滑剂；

S12、调整壳体水平高度，使壳体处于水平状态；

S13、校正配重块的质量和补偿弹簧的弹性系数；

S14、选择限高块的高度尺寸，并将限高块固定在夹具下板上；

S15、在触控屏上设定测量参数；

S16、启动高低温处理机构，使预温室内部温度达到试验温度。

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