DIN 53504 橡胶的拉伸应力及应变特性的判定

德国标准DIN53504(1994年5月)橡胶的拉伸应力/应变特性的判定1.范围和应用领域本标准所指定的试验方法用来确定以下数值：特定形状的橡胶试样在一个恒定的速度和给定应变的情况下拉伸直至断裂的过程中的断裂拉伸强度，屈服拉伸强度以及断裂伸长率。昀好所有力的延伸曲线或至少其中的一部分要标示清楚，因为橡胶的性质是受到拉伸应力的影响时不能完全地表现出拉伸强度和断裂延展的特性。2．概念2．1断裂拉伸强度断裂拉伸强度σR，是断裂力FR与试样原始横截面面积A0的比值。2．2屈服拉伸强度屈服拉伸强度σmax，是所测昀大力Fmax与试样原始横截面面积A0的比值。注：如果对橡胶的拉伸测试在正常环境温度或高于环境温度的情况下进行，力FR与力Fmax实际上是相等的。2．3断裂伸长率断裂伸长率εR，是断裂时长度方向的变化LR-LO与试样原始测量长度尺寸LO之间的比值。就环形试样而言LO是内圆周长度，而对哑铃型试样则指两个测量标记间的间距。2．4应力在给定应变下的应力σi，是为获得给定延长量而施加的力Fi与试样原始横截面面积A0的比值。注1：使用环形试样时伸长量应参照原始试样中间圆周长度Um，而不是内圆周长度。注2：在这种情况下使用术语“模数”(如弹性模数)是不正确的，应该避免。因为该术语通常只应用于在应力和应变之间存在比例关系的物质，而橡胶即使在应变很小的情况下也不存在这种情况。注3：除了此处定义的应力之外，按照ISO/DIS37的规定应确定在给定应力下的延伸。2．5力的延伸曲线力的延伸曲线反映试样在从拉伸到断裂的过程中的伸长量与拉伸力之间的关系3．标记按照本标准的规定进行的对橡胶试样的拉伸测试使用一个R1环状测片进行标记：TestDIN53504-R14．器械4．1测量试样厚度的装置为了测量试样的厚度，DIN53534(1994年5月版本)5.2款所提到的测量厚度的仪器是必要的。4．2确定环形试样原始横截面的仪器为了确定环形试样原始横截面，要使用一个能允许试样在设定的空气或水中集结的天平。4．3拉伸试验机拉伸试验机应该与DIN51221提出的1级相一致。因为试验要在一个不同于周围环境的温度下进行，所以要用到一个受控（人造）大气的实验室。实验室的温度应该接近试样的温度，并且在试验的过程中保持稳定于±2°C以内。更具体的细节请看分条款6.1为了测环形试样，试验机应该配备一个动力装置，以及一个能自由旋转的滑轮，每旋转一周，前端应转过大约50mm。在没有施加非正常压力的情况下，应该能保证通过移动接近的滑轮使试样能够配合。为了测量哑铃型测件，试验机应该配备两个卡爪。卡爪应设计为能确保试样的纵向轴线随时与试验机拉紧方向的轴线保持一致。使用模板可能影响卡爪。试样在被夹持状态下应确保不会发生相对卡爪的滑动，好的卡爪是在应力增加的情况下能维持甚至增加对试样的压力。卡爪不应导致试样过早断裂。试验机应该能够允许绘制力的延伸曲线或应力应变曲线。变形测定器应该适合在测试的任何时间确定试样测量长度的变化量并且惯性要尽可能小。5．试样5．1形状试样测试结果的获得与试样形状之间不具比较性。图一试验用滑轮表一滑轮尺寸5．1．1环形试样图二环形试样表二环形试样的参数5．1．2哑铃形试样5．2准备试样单独准备试样时选择取样的形状。取样的厚度应该与昀终使用的试样的厚度相同，如果试样不能从完成品上直接切割，就切取适当厚度的取样，以便试样直接从取样上获得。图二哑铃形试样表二哑铃形试样的参数将不平处磨去。试样厚度偏差不可大于三次分别测量值的平均值的±2.5%。按照ISO4661-1的描述准备试样，在准备环形试样时，昀好使用环形切割机。需要注明的是，试样厚度不同于表二和表三所示（如，试样从完成品中取得）时其测试结果不可与那些厚度在规定范围之内的试样的测试结果进行简单的比较。前者的试验结果应该在试验报告中确定。5．3试样数量使用至少三件试样，或者在需要鉴定的情况下使用至少七件。对哑铃形试样而言，所用三件（或七件）试样相对于其中任一件应该在两个方向按照正确的角度选择。如果允许，应尽量选择垂直或平行于材料颗粒的角度。5．4基准标记使用无接触式变形测定器测定哑铃形试样延展情况时，在试样上做基准标记来设定规格长度。要注意标记和标记者不可对待测物材料产生有害影响。标记线应该尽可能细并且与中心线距离大致相等。确认二者之间距离应在1%以内或者更小。6．步骤6．1概要在(23±2)OC(环境温度，简写)进行试验，或者使其满足以下任一温度（比较ISO471:1983）:-70,-50,-40,-25,-10,0,40,55,70,85,100,125,150,175,200,225,或者250OC。试验前，使试样适应环境温度至少20分钟，试验不能进行超过16小时。并且在需要鉴定的情况下，不可超过硫化后72小时。注：当环状试样在低于环境温度下进行试验时，用摩擦系数较低的材料（如四氟乙烯）制成的物品替换滑轮以确保在环形方向上统一分配压力，6．2确定试样的尺寸试验前，在周围温度下测试不少于三点的试样厚度，对哑铃形试样更适宜在两端和L0值以内取，昀好取两端和中心点。根据平均厚度和模具昀窄处宽度（两断面间距）计算原始横截面面积。在需要鉴定的情况下，直接测量试样昀窄处的宽度。环形试样原始横截面面积可以利用阿基米德密度定律，通过量取样品在空气和水中的重量计算获得。利用等式（1）计算A0。2/)(4310ddWA+⋅⋅=πρ（1）其中：1W是试样的质量，单位g；ρ是试样的密度，单位3/cmg；3d是1R型试样的外径，单位mm；4d是1R型试样的内圆周长，单位mm；利用同样的方法通过等式（2）确定密度ρ：ρρ⋅−=211（2）其中：1W是试样在空气中的质量，单位g；2W是试样在水中的质量，单位g；Wρ水在23C°时的密度0.99753/cmg。6．3哑铃状试样夹爪应该使用模具将试样插入卡爪，以便使试样保持在夹入时，纵向轴线与拉伸方向轴线重合。确保被夹具夹住的末端面积尽可能大，但要避免宽度大于kb的区域被夹入，并且不允许有相对卡爪的滑动。6．4拉伸试验6．4．1哑铃型试样给出一种应优先选用的自由接触式拉伸测量方法，在该种情况下，原始延展力曲线不会转化为初应力的结果。使用自由接触式变形测定器时，应该采用以下步骤：（a）按照如5.4所描述方式标示原始测量长度0L，不可对试样进行拉伸；（b）按照6.3所描述的方式将试样插入卡爪；（c）施加一个在小于50mm/min速率下不超过0.1Mpa的原始拉伸力，然后停机；（d）转换变形测定器系统来获得基准标记并测量在原始拉伸力作用下0L的变化。（e）使用一个适当的速率（对32SS以及AS3型试样使用200mm/min，对1S型试样使用500mm/min）开机，并画出力的延伸曲线。初始曲线的定位是原始拉伸力和初始测量长度变化的一项功能。使用一个放在试样上的变形测定器时，应采用以下步骤：（a）如6.3所描述，将试样插入卡爪；（b）施加一个在小于50mm/min速率下不超过0.1Mpa的原始拉伸力，然后停机；（c）将变形测定器放在试样上间距等于0L处。（d）使用一个适当的速率（参阅上面）开机，并画出力的延伸曲线。本方法因为初始拉伸力的应用而导致结果有部分失真。因此，初始拉伸力应该选择尽可能小又能确保拉紧试样。在测量长度以外发生断裂的试样不必评价。6．4．2环形试样在测量环形试样时，拉伸测量应该基于滑轮轴线的间隙（如表1所提供），被系统所记录的任何拉伸变化用来测量横截面间距。把试样无拉伸的恰当地放入滑轮时，滑轮的间隙应该按照表1所提供的数据调整。以50mm/min的速率旋转，然后以500mm/min的速率打开机器，并画下力的延伸曲线。6．5确定应力/应变性质如果不可能或没有必要全部画力的延伸曲线，在以下数据中挑选两个测其拉伸力：50，100，200，300，500%。测环形试样时，延伸是基于初始平均圆周长度和内圆周长的断裂伸长量。因此，为了获得第一段提到的伸长量，选择一下断裂伸长量（*ε）：R1型试样：54.5；109；217.9；326.9；544.8%；R2型试样：55.5；110；221.9；332.8；554.6%。使用以下等式（3）计算这些量*ε的百分比：443*2dddUiUm+===εεε（3）其中：ε是需要的延长量（基于Um）百分比；Um是试样平均周长，单位mm；Ui是试样内圆周长，单位mm;3d是试样外径，单位mm；4d是试样内径，单位mm.7．评价7.1断裂拉伸强度按照6.2的规定，通过测量每一个试样的原始横截面面积来计算断裂拉伸强度Rσ，单位Mpa或者N/mm,环形试样使用等式（4），哑铃型试样使用等式（5）：02AFRR=σ（4）0AFRR=σ（5）其中：RF是断裂时的力，单位N；0A是原始横截面面积，单位2mm注：S2型试样测得的断裂拉伸强度会明显高于由R1型试样所测得的值。7.2屈服拉伸强度计算屈服拉伸强度maxσ，单位Mpa或2/mmN。对环形试样使用等式（6），对哑铃型试样使用等式（7）0maxmax2AF=σ（6）0maxmaxAF=σ（7）其中：maxF是昀大力，单位N；0A是初始横截面面积，单位2mm。7．3断裂伸长率计算断裂伸长率Rε，作为一个百分比，使用以下等式（8）：10000⋅−=LLLRRε（8）其中：RL是断裂时的基准长度，单位mm；0L是初始基准长度，单位mm。计算环形试样断裂时的基准长度(内圆周长度)RL，单位mm，使用等式（9）UDLRR+=2(9)其中：RD是断裂时滑轮轴线的间隙，单位mm；U是一个滑轮的周长，单位mm.7.4应力在给定应变iF(单位Mpa或N/2mm)的情况下，计算应力，对环形试样使用等式（10），对哑铃型试样使用等式（11）：100σ（10）0iiFAσ=（11）其中：iF是应变i（比较6.5）时的力；0A是初始横截面积，单位2mm用给定应变的数值作为符号σ的下标，如100σ表示伸长率为100%。7．5综述在单独数据的基础上计算中值○1和值域○1注：断裂拉伸强度和断裂伸长率的测量值可以通过应用威布尔分布（Weibulldistribution）来进行评价，而应力值可以用普通分布表示。8．试验报告试验报告应提及本标准并包含以下内容：（a）产品测试的类型和名称；（b）用来比较试样的方法；（c）试样的厚度和类型，以及使用环形试样时，试样的横截面面积（d）取样说明；（e）应变测量系统的使用，以及分析和判断的细节；（f）初始应力的应用，用Mpa或N/2mm表示；（g）断裂拉伸强度Rσ，屈服拉伸强度maxσ，单位Mpa或N/2mm。精确到0.1Mpa或0.1N/2mm；（h）断裂伸长率Rε作为百分比取值应取昀接近的整数。（i）给定应变时的应力iσ，单位Mpa或N/2mm。精确到0.1Mpa或0.1N/2mm；（j）本标准所规定的任何偏差；（k）试验日期。注：以上（g）(h)(i)三点须详细注明中值，分布，试样数量以及所有的单独数据9．精度为了评价试验结果，表4从三个不同的拉伸强度级别列出了精度数值。所列数据由S2型试样确定，并包含断裂拉伸强度，断裂伸长率和100%应变状况下的应力。1989年，17家实验室联合组成了国家联合实验室试验。在该注○1：参阅DIN53598第一章试验中确定了短周期试验精度，也就是应用于一周内测得的数据的再现性限制和重复性限制。该试验的组织和评价在ISO5725中有详细描述。重复性限制（同一操作者，同一设备）：同一操作者使用同一设备和同样的试验材料在间隔一周以内所完成的两个单独的试验，其结果超出重复性限制r的情况二十次中只允许出现一次。再现性限制（不同操作者，不同设备）：两个不同的操作者，在不同的试验室间进行的使用同一材料的试验，其结果超出再现性限制的情况二十次中只允许出现一次。参考标准：DIN51221Part1拉伸试验器械，一般需求；DIN53534橡胶试样和完成品线性尺寸的判定；DIN53598Ppart1塑料和橡胶试验中随即取样的统计计算；平均断裂拉伸强度x单位MPa重复性限制再现性限